Диссертация (1097947), страница 55

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

Текст из файла (страница 55)

Как и в СВЧ разряде в волноводе, в ПС ТРПТ (параграф 2.1 главы2862), её величина попадает в диапазон значений Tv  X 1g  , измеренных методами спектроскопииКАРС, КРС и абсорбционной спектроскопии в различных газовых разрядах.3.2.3. Электродный СВЧ разрядОписаниеэкспериментальнойустановкидляисследованийпространственно-неоднородного электродного СВЧ разряда в азоте приведено в параграфе 2.2 главы 2диссертации.+Из абсолютных и относительных измерений интенсивностей излучения 2 системымолекулы азота и 1 системы иона молекулы азота методами неразрешеннойвращательной и частично разрешенной колебательной структуры определяются:32поступательная температура Tg; заселенности N vC 0 и N vBi 0 в состояниях С Пu и B Σu;32колебательные распределения состояний С Пu и B ΣuКоэффициенты скоростей возбуждения и ионизации молекулазота электронным ударом определяются из решения уравнения Больцмана дляэлектроновПо измеренным значениямпоступательной температуры Tg иотношениям заселенностей NvC 0 / NvBi 0в приближении СИМ [73, 330.

334, 389399, 580, 587-589] определяетсянапряженность электрического поля EИз измерений заселенностейПо измеренным значениямпоступательной температуры Tg иколебательным распределениям в состояниях32С Пu и B Σu в приближении КМ определяетсяФРКУ молекулы азота в основном состоянии1X Σ+gN vC 0 и NvBi 0 с учетом найденных1+значений Tg, E и ФРКУ молекулы азота в основном состоянии X Eопределяется концентрация электронов NegРис.145. Экспериментально-расчетная методика для определения N e , E , Tg и Tv  X 1g в приэлектродной области СВЧ разряда, возбуждаемого вблизи электрода-антенны. 2+ - втораяположительная система азота. 1- - первая отрицательная система иона молекулы азота.В данной работе, для определения пространственного распределения N e , E , Tg иTv  X 1g  в приэлектродной области СВЧ разряда, возбуждаемого вблизи электрода-антенны,развита экспериментально-расчетная методика (рис.

145).287Она сочетает уровневую СИМ азотной НТП, предложенную в [73, 330. 334, 389–399,580, 587–589], и методы ЭС. Значения колебательной температуры Tv  X 1g  и напряженностьэлектрического поля E используются в качестве подгоночных параметров.Рис.146.распределениеРадиальноеNe ,определенныеизабсолютных измерений заселенностейсостояний () - C 3u , vC  0 и () B 2u , vB  0 (рис.

92, параграф 2.2, глава2). Штриховая линия – критическаяконцентрация электронов (7.45  1010 см3). В верхнем правом углу - радиальноераспределение E . Условия такие же, какна рис. 86 (параграф 2.2, глава 2).На первом этапе, в каждой точке приэлектродной области СВЧ разряда, подгонкойрассчитанного отношения заселенностей NvC 0 / NvBi 0 молекулы и иона молекулы азота всостояниях C 3 u и B 2u к измеренному методом ЭС определяется величина E.

ФРЭЭнаходится из решения кинетического уравнения (параграф 1.4 главы 1). Исходнымипостоянными параметрами при решении уравнения для ФРЭЭ являются давление ипоступательная температура. Распределение заселенностей молекулы азота по колебательнымуровням в основном состоянии, необходимое для определения ФРЭЭ рассчитывается поформуле Тринора (для v =0 – 10). Для учета столкновений второго рода электронов смолекулами азота на начальной итерации, ФРЭЭ вычисляется при Tv  X 1g  = Tg . ВеличинаTv  X 1g  находится из сопоставления рассчитанных и измеренных значений относительныхзаселенностей NvC / NvC 0 колебательных уровней vC молекулы азота в состоянии C 3  u .ПространственноераспределениепоступательнойтемпературыTgиотносительныхзаселенностей NvC / NvC 0 в приэлектродной области СВЧ разряда определяются из обработкиспектров излучения, состоящих из полос N2  C 3u  B3 g  и N2  B 2u  X 2g  , методамиобращения Абеля (параграф 2.2 главы 2), относительных интенсивностей, неразрешеннойвращательной и частично разрешенной колебательной структуры (параграф 2.1 главы 2).288Двухпараметрическая подгонка повторяется до тех пор, пока не достигаются сходимости дляискомых значений напряженности электрического поля E и Tv  X 1g  .На втором этапе, для найденных значений E и Tv  X 1g  , и из абсолютных измеренийзаселенностей N vC 0 и NvBi 0 (параграф 2.1 главы 2) определяется N e .Нарис.146приведенырадиальныераспределениязначенийнапряженностиэлектрического поля E и концентрации электронов N e в приэлектродном слое r =0–2.5 мм придавлении 1 Тор.

Здесь r отсчитывается от оси симметрии электрода - антенны (рис. 60,параграф 2.1. глава 2). Концентрация электронов N e , как видно на рис. 146, слабо зависит отрадиуса r в пределах приэлектродного слоя. Значения концентрации электронов, определенныепо заселенностям N2  C 3u , vC  0  и N2  B 2u , vB  0  (рис.

92, параграф 2.2, глава 2) сиспользованием измеренных значений напряженности электрического поля E =125 – 140 В/см(рис. 146, в верхнем правом углу), находятся в хорошем согласии. Значение N e составляет1.3  1011 см-3, что выше, чем критическая концентрация электронов (7.45  1010 см-3).Концентрация электронов слабо зависит от r в приэлектродной области СВЧ разряда. Припереходе в сферическую область разряда концентрация электронов N e становиться меньшекритической.

Экспериментально-расчетная методика, предложенная в [73, 330. 334, 389–399,580, 587–589], применима только к приэлектродной области. Во внешней сферической областиразряда интенсивность излучения иона мала по сравнению с интенсивностью второйположительной системы азота. В данной области электродного СВЧ разряда в заселениеизлучающего состояния C 3 uмолекулы азота существенную роль играют вторичныепроцессы.В диссертации, развита экспериментально-расчетная методика для обоснованияприменимости модели [73, 330. 334, 389–399, 580, 587–589] и определения параметров СВЧразряда в сферической области.

Она основывается на сочетании уровневой полуэмпирическойСИМ азотной НТП и методов электрофизических измерений поглощенной слабоионизованнымгазом удельной мощностиPabsи ЭС. Описание уровневой полуэмпирической СИМэлектродного СВЧ разряда приведено в параграфе 1.3 главы 1 и в параграфе 3.1 настоящейглавы диссертации. Функции распределения электронов и возбужденных частиц (нейтральныхи ионизованных атомов и молекул азота) по энергиям находятся из самосогласованногорешения кинетического уравнения для электронов и уравнений баланса для концентрацийчастиц в основном и электронно-возбужденных состояниях. Исходными постояннымипараметрами при решении уравнений являются давление p = 1 Тор и поступательная289температура Tg . Исходными варьируемыми параметрами в уравнениях являются значения N e иОниE.определяютсяпространственноговрезультатераспределенияпоследовательныхрассчитанныхиитерацийизсопоставленияизмеренныхпоглощеннойслабоионизованным газом удельной СВЧ мощности Pabs и заселенностей по колебательнымуровням молекулы азота в возбужденном состоянии C 3  u .

Величины Pabs и Tg слабо зависятот r в приэлектродной и сферической области разряда. Величина Tv  X 1g  есть результатсамосогласованного решения кинетического уравнения для электронов и уравнений балансадля концентраций частиц в основном и возбужденных состояниях (параграф 1.3 глава 1).В приэлектродной области разряда зависимость значений поступательной температурыTg, ФРВУ и ФРКУ молекулы и иона молекулы азота в возбужденных состояниях C 3  u и B2 Σ u+от радиуса определяются из измерений пространственного распределений интенсивностейN2 C3Πu ,vC  B3Πg ,vBи N+2  B2 Σu+ ,vBi  X 2Σ g+ ,v Xi  .

В сферической области Tg и ФРКУмолекулы азота в состоянии C 3  u определяется из обработки интенсивностей полосN2 C3Πu ,vC  B3Πg ,vB .Описаниеинтерпретациииобработкиспектровиспусканияэлектродного СВЧ разряда методами обращения Абеля, относительных интенсивностей,неразрешенной вращательной и частично разрешенной колебательной структуры приведено вглаве 2 диссертации. Значения поступательной температуры и ФРКУ молекулы азота всостоянии C 3  u слабо зависят от радиуса r в приэлектродном и сферическом слоях разряда(параграф 2.2 главы 2). Значения N e и E согласуются с теми, что получены посредствомэкспериментально расчетной методики [73, 330.

334, 389–399, 580, 587–589] (рис. 146).Значение рассчитанного в рамках уровневой полуэмпирической СИМ разряда удельногоэнерговкладаPabsв приэлектродном слое составляло 5 Вт/см3. ЗначениеTv  X1g  ,рассчитанное в рамках уровневой полуэмпирической СИМ, равняется 3600 К. Оно меньше, чемсоответствующее значение Tv  X1g  = 4500 – 5000 К (таблица 7 и рис. 90 и 91, параграф 2.2,глава 2), определенное с использованием экспериментально - расчетной методики [73, 330.

334,389–399, 580, 587–589]. Различие в температурах Tv  X1g  , полученное по модели [73, 330. 334,389–399, 580, 587–589] и уровневой полуэмпирической СИМ, развитой в диссертации,объясняется учетом в ней вкладом вторичных процессов в заселении колебательных уровнейсостоянии. Из расчетов, выполненных с использованием уровневой полуэмпирической СИМследует, что в приэлектродной области СВЧ разряда на формирование заселенностей уровней всостоянии C 3  u в первую очередь влияют процессы возбуждения из основного состояния290X 1 g электронным ударом (процесс 10.0, табл. 3, параграф 1.3) и радиационного распадасостояния C 3  u (процесс 19.0, табл.

3). Для колебательных уровней vC =3 и 4 состоянияC 3  u соизмеримый вклад дают процессы предиссоциации (процессы 80.0–83.0) и возбуждениямолекул азота в состояние C 3  u в результате столкновений колебательно-возбужденныхмолекул в основном и состоянии B 3  g (процесс 89.0). Значения Pabs , Ne, Tv  X 1g  и E,полученные в сферической области электродного СВЧ разряда меньше, чем в егоприэлектродной области. Величины Pabs , Ne, Tv  X 1g  и E равняются 0.1  0.03 Вт/см3,(82.4)1010 см-3, 3600 500 К и 153 В/см, соответственно. Заключения о механизмахформирования ФРКУ молекулы азота в состоянии C 3  u , рассмотренные чуть раньше для СВЧразряда, возбуждаемого в резонаторе в азота, справедливы для сферической, областиэлектродного СВЧ разряда.3.3.

Выводы к главе 3Таким образом, развита уровневая полуэмпирическая СИМ азотной НТП с участиемкинетики молекулы и иона молекулы азота в электронно-возбужденных состояниях.Отличительные особенности модели от доложенных в литературе заключаются в том, что:первичные и вторичные физико-химические процессы, учитываемые в модели с участиемчастиц в основном и излучающих электронно-возбужденных состояниях, представляющихинтерес для спектральной диагностики азотной НТП, описываются с разрешением поколебательным уровням.

Модель включает экспериментальную базу данных спектрального икомпонентного состава, концентраций атомов азота и молекул в основном и электронновозбужденных состояниях, уровневых и интегральных коэффициентов скоростей и сеченийпроцессов, ФРКУ молекулы азота в возбужденных состояниях, измеренных в проточныхреакторах, в газовых разрядах и послесвечении в азотосодержащих смесях, В моделииспользуется метод идентификации и установления иерархии первичных и вторичныхпроцессов, играющих заметную роль в образовании и гибели частиц в возбужденныхсостояниях, представляющих интерес для спектральной диагностики и приложений азотнойНТП в технологиях. Развитие и усовершенствование уровневой полуэмпирической СИМпозволило, впервые: теоретически описать результаты экспериментальных исследованийкинетики ФРКУ v =0 – 47, v A = 0–13, vB =0–17 и vC =0–4 молекулы азота в основном X 1 g , втриплетных состояниях A3u , B3 g и C 3u , соответственно, в ПС ТРПТ и СВЧ разрядах в291азоте; установить процессы, обуславливающие формирование во времени ФРКУ молекулыазота в триплетных состояниях A3u , B3 g и C 3u в газовых разрядах в азоте; теоретическипредсказать измеренные концентрации заселенностей молекул и атомов азота в состоянияхA3u , C 3 u и4S,2D,2P в газовых разрядах в азоте; восполнить недостающие уровневыекоэффициенты процессов и определить их зависимость от поступательной температуры;развить экспериментально-расчетные методики и применить их для диагностики концентрацииэлектронов, напряженности электрического поля и степени колебательно-поступательнойнеравновесности в ПС ТРПТ и СВЧ разрядах в азоте.

Характеристики

Список файлов диссертации