Диссертация (1097947), страница 54

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

Текст из файла (страница 54)

Описание уровневой полуэмпирической СИМ СВЧ разряда в азоте воткрытом волноводе приведено в параграфе 1.3 главы 1 и параграфе 3.1 настоящей главыдиссертации. Функции распределения электронов и возбужденных частиц (нейтральных иионизованных атомов и молекул азота) по энергиям находятся в результате самосогласованногорешения кинетического уравнения для электронов и уравнений баланса для концентрацийчастиц в основном и электронно-возбужденных состояниях. Исходными постояннымипараметрами при решении уравнений являются: давление p , поступательная температура Tg ,радиус разрядной кюветы R , температура стенки разрядной кюветы TW (= 300 К), вероятностигетерогенной дезактивации энергии молекул и рекомбинации атомов азота в основном ивозбужденных электронных состояниях.

Исходными варьируемыми параметрами в уравненияхявляются значения N e и E . Они определяются в результате последовательных итераций изсопоставления рассчитанных и измеренных значений Pabs и ФРЭЭ. Величина Tv  X 1g  естьрезультат самосогласованного решения кинетического уравнения для ФРЭЭ и уравненийбаланса для концентраций частиц в основном и электронно-возбужденных состояниях(параграф 1.3 глава 1). Поступательная температура, определена из решения уравнениятеплопроводности с учетом измеренной Pabs . Её значение на оси разрядной трубки составляет1300 К.

Она сопоставима с результатами её определения методами ЭС в СВЧ разряде в азоте,возбуждаемого поверхностной волной [626]. В этой работе также приведены результатыизмерений ФРЭЭ, выполненных зондовым методом. Это побуждает выполнить сравнениеФРЭЭ, измеренной в [626] и рассчитанной в диссертации, при сопоставимых высоких283значениях поступательной температуре в СВЧ разрядах.

Подобное сравнение можнорассматривать также в качестве тестирования вычислительных кодов для определения ФРЭЭ вСВЧ полях.Рис.144.Рассчитанные(сплошные линии) с использованиемуровневой полуэмпирической СИМ иизмеренные (значки) ФРЭЭ в СВЧ разряде в азоте возбуждаемого: а) впрямоугольномрезонаторе[613],Tv X 1g =4500 К: б) поверхностнойволной [626], Tv  X 1g  =5000 К.Рис. 144 иллюстрирует сравнение результатов расчетов и зондовых измерений ФРЭЭ вСВЧ разряде, возбуждаемых в открытом волноводе и поверхностной волной.

Для СВЧ разряда,возбуждаемого в открытом прямоугольном волноводе, удовлетворительное согласие междурассчитанными и измеренными значениями Pabs и ФРЭЭ достигается при значениях Ne и E,равных (1.5  0.24)  1011 см-3 и 55  6 В/см, соответственно. Значения средней энергииэлектронов 2.2 эВ и Ne, полученные в результате расчетов, находятся в удовлетворительномсогласии с данными зондовых измерений 2.0 эВ и 3.0  1011 см-3, соответственно (погрешностьизмерений не превышает 15-20%). В обоих СВЧ разрядах значение Tv  X 1g  , при которомдостигается удовлетворительное согласие для измеренных и рассчитанных ФРЭЭ, как и в ПСТРПТ (параграф 1.1 главы 1), находятся в диапазоне температур, полученных методамиспектроскопии КАРС, КРС и абсорбционной спектроскопии. Для СВЧ разряда в открытомпрямоугольном волноводе Tv  X 1g  больше, чем поступательная температура и равняется4500  500 К (таблица 7, параграф 2.0, глава 2).

Для СВЧ разряда, возбуждаемого поверхностнойволной, значение колебательной температуры составляет 5000  1000 К. Отметим, что величинаTv X 1g , полученная в результате расчетов в [626], составляет 10 000 – 12 000 К и находитсявне интервала экспериментальных значений, полученных методами спектроскопии КАРС, КРСи абсорбционной спектроскопии. По - видимому, значение Tv  X 1g  , определенное в [626],является завышенным. Расчеты ФРКУ молекулы азота в состоянии C 3  u , выполненные врамках уровневой полуэмпирической СИМ СВЧ разряда, возбуждаемого в открытом284волноводе, показывают, что: она слабо отличается от распределения Больцмана; заселениеуровней vC = 0 – 4 состояния C 3  u молекулы азота происходит, преимущественно, в результатепрямого электронного удара молекул азота из колебательных состояний основногоэлектронного состояния X 1 g , а их дезактивация - в результате радиационного распада.Механизм заселения колебательных уровней состояния C 3  u молекулы азота совпадает с тем,что предложен в [73, 330, 334, 388–399].3.2.2.

СВЧ разряд в прямоугольном резонатореОписание экспериментальной установки СВЧ разряда, возбуждаемого в резонаторе вазоте, приведено в параграфе 2.1 главы 2. Определение в стационарном приближении значенийN e , E , Tv X 1 gоснованосочетаниинаи Tg в СВЧ разряде, возбуждаемого в прямоугольном резонаторе в азоте,уровневойполуэмпирическойСИМразрядаиметодовэлектрофизических измерений поглощенной слабоионизованным газом удельной СВЧмощности Pabs и ЭС. Результаты определения N e , E и Tg сравниваются с результатами ихопределения в СВЧ разряде, возбуждаемого в прямоугольном волноводе (предыдущийподпараграф), а Tv  X 1g  с использованием методов спектроскопии КАРС (параграф 1.1 главы1).

Функции распределения электронов и возбужденных частиц (нейтральных и ионизованныхатомов и молекул азота) по энергиям находятся из самосогласованного решения кинетическогоуравнения для электронов и уравнений баланса для концентраций частиц в основном иэлектронно-возбужденных состояниях. Исходными постоянными параметрами при решенииуравнений являются p , Tg , R , TW (= 300 К), вероятности гетерогенной дезактивации энергиимолекул и рекомбинации атомов азота в основном и возбужденных электронных состояниях.Исходными варьируемыми параметрами в уравнениях являются N e и E . Они определяются врезультате последовательных итераций из сопоставления рассчитанных и измеренных значенийPabs и ФРКУ молекулы азота в состоянии C 3  u . Величина Tv  X 1g  есть результатсамосогласованного решения кинетического уравнения для ФРЭЭ и уравнений баланса дляконцентраций частиц в основном и электронно-возбужденных состояниях (параграф 1.4 глава1).

Поступательная температура Tg, ФРВУ и ФРКУ молекулы и иона молекулы азота ввозбужденных состояниях C 3  u и B2 Σ u+N2 C3Πu ,vC  B3Πg ,vBопределяются из измерений интенсивностейи N+2 B2 Σu+ ,vBi  X 2Σ g+ ,v Xi . Описание интерпретации и обработкиспектров испускания методами неразрешенной вращательной и частично разрешенной285колебательной структуры приведено в главе 2 диссертации. Поступательная температура,определенная из спектральных измерений, сравнивается с её значением, полученным изрешения уравнения теплопроводности с учетом измеренной Pabs =0.4  0.1 Вт/см3. В СВЧразряде в азоте, возбуждаемого в прямоугольном резонаторе в азоте, удовлетворительноесогласие результатов численного моделирования ФРКУ молекулы азота в состоянии C 3  u иPabs достигается при E =30  6 В/см и Ne=(9.0  2.4)  1010методомнеразрешеннойвращательнойструктурысм-3.

Значение Tg , определеннойполосN2 C3Πu ,vC  B3Πg ,vBиN+2 B2 Σ+u ,vBi  X2 Σg+ ,vXi , составляет Tg =460  50 К (таблица 7, параграф 2.2 главы 2). Еёвеличина согласуется с результатми определения поступательной температуры из решенияуравнения теплопроводности. Различие поступательных температур в СВЧ разрядах,возбуждаемых в прямоугольном волноводе и резонаторе велико. В СВЧ разряде в резонатореосуществлялось принудительное охлаждение разрядной трубки (параграф 2.2 глава 2), итемпература её внешней поверхности слабо отличалась от комнатной.

В случае СВЧ разряда воткрытом волноводе температура поверхности кварцевой трубки не контролировалась и моглабыть велика. Механизмы формирования ФРКУ молекулы азота в состоянии C 3  u в СВЧразрядах, возбуждаемых в открытом волноводе и в резонаторе отличаются. Это обусловленоразличием в значениях Tg , N e и E . Более низкие значения Tg , N e и E в СВЧ разряде врезонаторе по сравнению с их значениями в СВЧ разряде в открытом волноводе приводят ктому, что в СВЧ разряде в резонаторе, вклады первичных и вторичных процессов в заселениеуровней состояния C 3  u становятся соизмеримыми.

Эффективность вклада вторичныхпроцессов взаимного тушения молекул азота в состоянии A3u в заселение излучающегосостояния C 3  u повышается с уменьшением Tg , N e и E . Это подтверждается результатамиспектральных измерений (параграф 2.2, глава 2) и численного моделирования кинетики ФРКУмолекулы азота в состоянии C 3  u (параграф 3.1 настоящей главы диссертации). Для СВЧразряда в резонаторе СИМ [73, 330, 334, 388–399] для диагностики Tv  X 1g  не применима.Температура Tv  X 1g  , полученная в рамках уровневой полуэмпирической СИМ СВЧ разряда врезонаторе, развитой в диссертации, равняется 3500  500 К. Значение Tv  X 1g  , определенноев СВЧ разряде в резонаторе меньше, чем соответствующее значение, определенное в СВЧразряде в открытом волноводе. Это объясняется меньшими значениями E и N e , полученнымив СВЧ разряде в резонаторе.

Характеристики

Список файлов диссертации