Диссертация (1097947), страница 51

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 51)

ФРКУ молекулы азота в состоянии B3 g в ПС ТРПТ при p =3.9 Тор. Значки Ο- эксперимент [1520]: а) - 10 мА (заселенности нормированы к заселенности на уровне vB =2); б)- 75 мА (заселенности нормированы к заселенности на уровне vB =3). Линия - расчет поуровневой полуэмпирической СИМ, развитой в диссертации. Время пребывания молекул вразрядной зоне 30 мс.Рис.135. ФРКУ молекулы азота в состоянии B3 g в ПС столбе ТРПТ.

Значки Ο эксперимент [948]: а) - 50 мА, p =1.2 Тор; б) - 130 мА, p =2.5 Тор. Линии - расчет по уровневойполуэмпирической СИМ, развитой диссертации.Результаты расчетов и измерений [567, 657, 1201, 1314, 1442] заселенностей N vCколебательных уровней vC =0–4 молекулы азота состояния C 3 u в зависимости от времени t pпребывания газа в газовом разряде приведены на рис.

75, 80, 90, 132 и 133.267Рис.136. ФРКУ молекулы азота всостоянии B3 g в ПС ТРПТ при p =1.2 Тор.Значки - эксперимент [1519]: а) - 5 мА; б) - 20мА; в) - 50 мА. Линия - расчет по уровневойполуэмпирическойСИМ,развитойвдиссертации.Рис.137. ФРКУ молекулы азота в состоянии A3u в ТРПТ при p =1 Тор. Значки Ο эксперимент [1527, 715]: а) - 5 мА; б) - 50 мА. Линия - расчет по уровневой полуэмпирическойСИМ, развитой в диссертации.Рис.138.

Концентрации 1) - атомов азота в основномэлектронном состоянии4Sи 2) - молекул азота всостоянии A3u , vA  0 в ТРПТ в зависимости от силыразрядного тока. Значки (Ο и ◊) - эксперимент [715]. Линии- расчет по уровневой полуэмпирической СИМ, развитой вдиссертации.Рис.139. ФРКУ иона молекулы азота в состоянии B 2u в ПС ТРПТ при p =2.5 Тор.Значки Ο - эксперимент [1314]. Линия - расчет по уровневой полуэмпирической СИМ, развитойв диссертации.268Рис.140. Концентрация молекулазота в состоянии C 3u , vC  0 в ПСТРПТвзависимостиразрядноготока.отсилыЗначки(Ο),соединенные пунктирной линией–эксперимент [708, 734, 1193, 1509].Сплошная линия, соединяющая значки(□),расчет-поуровневойполуэмпирической СИМ, развитой вдиссертации.Рис.141.Десятичныйлогарифмотношений концентраций ионов N 4 / N 2 ,N 3 / N 2 и N  / N 2 в ТРПТ в зависимостиот десятичного логарифма от плотностисилы разрядного тока.

Значки (Ο и ◊) эксперимент [133, 141]. Линии - расчет поуровневойполуэмпирическойСИМ,развитой в диссертации.Для состояний B3 g , A3  u и B 2u подобное сопоставление результатов расчетов иизмерений [715, 948, 1314, 1519, 1520, 1527] приведено на рис.134–137 и 139, соответственно.На рис.138, 140 и 141 приведены результаты расчетов и измерений в ПС ТРПТ [133, 141, 708,715, 734, 1193, 1509, 1527] абсолютных значений концентрации N ( 4 S ) , N2 ( A3u , vA  0) ,N2 (C 3u , vC  0) и в зависимости от тока в газовом разряде.Как видно из рис.

75, 80, 90, 132–141 для сформированного самосогласованного наборауровневых коэффициентов скоростей и сечений элементарных процессов наблюдаетсяудовлетворительное согласие. Последнее имеет место также при сравнении результатоврасчетов по уровневой полуэмпирической СИМ, развитой в диссертации, с экспериментом из[489]. Измеренные концентрации лежат в диапазоне N2 ( A3u ) - 1011–1012 см-3; N ( 4 S ) - 1013–1015 см-3; N ( 2 D) - 1010–1011 см-3; N ( 2 P) - 1010–1011 см-3; измеренное значение Tv ( X 1g )составляет 4500 К.

Рассчитанные с помощью уровневой полуэмпирической СИМ азотной269низкотемпературной плазмы соответствующие значения составляют для N2 ( A3u ) - 5.1∙1012 см3; N ( 4 S ) - 2.4∙1014 см-3; N ( 2 D) - 4.1∙1011 см-3; N ( 2 P) - 2.6∙1011 см-3 и Tv ( X 1g ) =4300 К.Рис.142.заселенностиРассчитанныемолекулазотавсостоянии C 3 u на уровне 1) - vC  0,2) - vC  1, 3) - vC  2, 4) - vC  3 и 5) -vC  4 в СВЧ разряда [657, 665, 947,1126, 1130, 1131, 1132, 1137, 1305,1307–1310]. Сплошная линия - модель[389–399]. Пунктирная линия - расчетпо СИМ, развитой в диссертации.Для анализа иерархии процессов, отвечающих за заселение и дезактивациюколебательных уровней vest возбужденных состояний est молекулы азота, предложен метод. Оноснован на сопоставлении характерных времен, определяющих изменение концентрациичастицы в исследуемом квантовом состоянии в плазмообразующем газе. Они оцениваютсяследующим образом: время заселения электронного состояния est прямым электронным ударомиз состояний X 1 g (v  0  20) определяется из соотношения1eVvestN  Ne =   K veVest v  v ; (3.1.0) vN vY время радиационного распада излучающего электронного состояния est перехода est  estвычисляется из соотношения vrad = Av1 v ; (3.1.1)est estestвремя,соответствующеепроцессустолкновениймеждутяжелымичастицами(молекулами и атомами) в возбужденных состояниях estY и estZ , рассчитывается из соотношения1veYstвремяпредиссоциациидляN  estY   N  estZ   ; (3.1.2)=  K vYZY  estNv Yestколебательныхуровнейрассчитывается на основе соотношения vpr = 1/ K vpr .

(3.1.3)estestvestвозбужденногосостояния270На основании расчетов и экспериментов, можно сделать вывод, что в ПС ТРПТ ирезонаторном СВЧ разряде на формирование заселенностей колебательных уровней всостоянии C 3  u в первую очередь влияют следующие процессы (табл. 3, глава 1): возбуждениемолекул азота в состоянии C 3  u из основного состояния X 1 g электронным ударом (процесс10.0,  vevC - характерное время); радиационный распад состояния C 3  u (процесс 19.0,  vradCхарактерное время); взаимное тушение состояния A3  u с образованием C 3  u (процессы 31.040.0,  vAA- характерное время); предиссоциация колебательных уровней vC =3 и 4 состоянияCC 3  u (процессы 82.0-83.0,  vprC - характерное время); взаимное тушение состояний A3  u иB 3  g с образованием состояния C 3  u (процесс 77.0); ступенчатое возбуждение состоянияC 3  u при столкновениях колебательно-возбужденных молекул в основном и состоянии B 3  g(процесс 89.0,  vBX- характерное время).

Косвенное влияние на формирование ФРКУ молекулыCазота в состоянии C 3  u оказывают процессы, определяющие баланс частиц на высокихколебательных уровнях v >4 основного состояния X 1 g , в метастабильном состоянии Α3 Σu+ исостоянии B 3  g : возбуждение состояний Α3 Σu+ и B 3  g из состояния X 1 g электроннымударом (процессы 8.0 и 9.0); ступенчатое возбуждение состояния B 3 g в результатестолкновений колебательно-возбужденных молекул в состоянии X 1  g с молекулами всостоянии A3u (процесс 43.0,  vAX- характерное время); тушение состояния B 3 g в результатеBстолкновений с молекулами в состоянии X 1  g (процесс 44.0,  vBX- характерное время); обменBэнергией между молекулами в состояниях X 1 g и B 3  g (процесс 42.0,  vXB- характерноеBвремя); радиационный распад состояния B 3  g (процесс 18.0,  vrad- характерное время).BПри временах tp<10-8–10-7 c для широкого круга условий [133, 141, 564, 565, 567, 657,665, 708, 715, 734, 947, 948, 1126, 1130, 1131, 1132, 1137, 1193, 1201, 1305, 1307–1310, 1314,1442, 1509, 1519, 1520, 1527] имеет место следующая иерархия времён  vevC   vrad, которыеCзаметно меньше, чем  vAA,  vXBи  vprC .

Заселение колебательных уровней vC =0–4 состоянияCCC 3  u происходит в результате однократного электронного удара из основного состоянияX 1 g , преимущественно с уровня v =0, поскольку высоколежащие колебательные уровни v  1состояния 1 g не успевают заселиться (рис. 142). При временах tp=10-7–10-5 в заселениисостоянияC 3u ,нарядувозбуждениемэлектроннымударомизсостоянияX 1 g271определяющую роль начинает играть процесс (19.0, табл.3). В зависимости от условийполучается различное соотношение времен  vevC и  vrad. Это отражается на скорости измененияCзаселенностей колебательных уровней состояния C 3  u .

Например, в ПС ТРПТ [1314], онауменьшается для всех колебательных уровней. В ПС ТРПТ [567, 657,] уменьшение скоростизаселения наиболее выражено для уровней vC =0 и 1 и, менее, для высоких колебательныхуровней. Расчетные ФРКУ молекулы азота состояний C 3  u и 1 g заметно отличаются отбольцмановских. ФРКУ молекулы азота состояния C 3  u подобна измеренному в ИТР [1201,1442] (рис. 132). Здесь же для сравнения приведены результаты расчета ФРКУ молекулы азотасостояния C 3  u для условий [1201, 1442].

Наблюдается удовлетворительное согласие междурезультатами расчета и измерений. ФРКУ молекулы азота состояния 1 gотражаетособенности колебательного возбуждения электронным ударом. Уровень v =0 состояния 1 gперезаселен по сравнению с высоколежащими уровнями.

Заселенности высоколежащихуровней характеризуется высокой колебательной температурой, превышающей значениеTv 1g[402, 564]. Как видно на рис. 142, результаты расчетов эволюции заселенностейсостояния C 3  u на временах t p  10-5 c, для рассматриваемых условий, с использованиемуровневой полуэмпирической СИМ и модели [73,389–399], в которой заселение и дезактивациясостояния C 3  u обусловлены процессами 10.0 и 19.0, совпадают [947]. Вторичнымипроцессами в заселения состояния C 3  u можно пренебречь.К моменту t p  10-4 c, колебательные уровни vC =0–4 начинают также заселяться свысоколежащих уровней v  1 состояния 1 g (рис. 142). Расчеты показывают [947], чтопроисходит передача энергии электронов на возбуждение молекул и атомов и образуютсячастицы в метастабильных и электронно-возбужденных состояниях. На заселение уровнейvC =0–4 начинают оказывать вторичные процессы (31.0–40.0, табл.

3, параграф 1.3),эффективность которых зависит от колебательного уровня vC и условий разряда. Так, придавлении 2.5 Тор и температуре газа 500 К, что соответствует условиям ПС ТРПТ [1314], врассматриваемый момент времени, справедлива иерархия времен vev 0   vrad0 , (3.1.4)CC vrad1   vev 1   vAA1 , (3.1.5)CCC vev 2   vrad2   vAA2 , (3.1.6)CCC vrad3   vAA3   vev 3 , (3.1.7)CCC272 vAA4   vrad4   vev 4   vpr4 , (3.1.8)CCCCПри больших давлениях (9.5 Тор) и температуре газа 600 К, что соответствует условиямПС ТРПТ [567, 657], иерархия времен несколько отличается: vev 0   vrad0 , (3.1.9)CC vev 1   vrad1   vAA1 , (3.1.10)CCC vrad2   vev 2   vAA2 , (3.1.11)CCC vAA3   vrad3   vev 3   vpr3 , (3.1.12)CCCC vAA4   vrad4   vpr   vev 4 .

Характеристики

Список файлов диссертации