Диссертация (1097947), страница 60

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

Текст из файла (страница 60)

Гистограммы колебательной ивращательнойобработкитемператур,спектровбезэлектродномВЧпостроенныеизКАРС,записанныхвразрядеиндуктивно-емкостного типа при давлении газа 1.5 Тор ивкладываемой мощности 0.5 Втсм-3. a) Tv  X 1g получена из обработки 29 спектров КАРС (Q01 иQ12 - ветвей). б)Tv12  X 1g получена изобработки 38 спектров КАРС (Q12 и Q23 - ветвей)в) Trot  X 1g  получена из обработки 17 спектровКАРС (Q12 - ветви).С повышением давления до 8 Тор каких-либо линий, соответствующих переходу v =2 v = 3 (Q23), не наблюдалось (рис. 181 и 182). При p=1.5 Тор наилучшее согласие междурасчетом и экспериментом достигается для исследуемых переходов при значениях Trot  X 1g  иTv  X 1g  , приведенных в таблице 11. С увеличением давления до 8 Тор и вкладываемой вразряд мощности Tv  X 1g  уменьшалась до 2700 К, а Tg увеличивалась до 750 К.313Рис.186.

Гистограммы вращательной Trot  X 1g  и колебательной Tv  X 1g  температур,построенные по результатам обработки спектров КАРС, записанных в безэлектродном ВЧразряде индуктивно - емкостного типа при полном давлении 8 Тор и мощностиэнерговыделения 2 Вт/см3. а) Trot  X 1g получена из обработки 49 спектров КАРС (Q01 -ветви). б) Tv  X 1g  получена из обработки 42 спектров КАРС (Q01 и Q12 - ветвей).На рис.183–185 приведены гистограммы для Trot  X 1g  и Tv  X 1g  , полученные приобработке спектров, записанных в электродном и безэлектродном ВЧ разрядах и прикалибровочных измерениях, при которых водород нагревался в камере в условияхтермодинамического равновесия в статических условиях. Значения температур, определенныхдля различных условий эксперимента, распределены согласно закону Гаусса с относительнымстандартным отклонением для Trot  X 1g  и Tv  X 1g  , лежащим в диапазоне 7%–16%.Согласно результатам, представленным в [1564], флюктуации спектров КАРС молекулыводородаглавнымобразомобусловленымалойширинойеёспектральныхлиний,флюктуациями спектральной формы и амплитуды излучения лазера на красителе приневысоких давлениях.

Сюда же следует добавить флюктуацию частоты, спектральной формы иамплитуды излучения Nd+3:YAG лазера, шумы приемника, регистрирующего полезный сигналКАРС, и механические колебания экспериментальной установки [424, 1565]. Стандартныеотклонения, полученные при обработке спектров КАРС, соизмеримы с величиной стандартныхотклонений, полученных при измерениях Tg методами широкополосной спектроскопии КАРС314[1566] и двухволновой спектроскопии КАРС, основанной на определении Tg по линиям S-ветвимолекулы водорода [1565]. Эти отклонения составляют 15% и 11%, соответственно.

Онизаметно выше, чем стандартные отклонения (~3–5%), имевшие место в [424, 480, 482, 485, 532],где в качестве «термометра» использовались молекулы азота. Несмотря на большуюпогрешность определения температур метод широкополосной спектроскопии КАРС позволяетзаметно (до нескольких десятков секунд) уменьшить время, необходимое для измеренияTrot  X 1g  и Tv  X 1g  .Рис.185. Сравнение значений вращательной температуры измеренных с использованиемразличных схем фазового синхронизма. Значки  и  обозначают величины вращательнойтемпературы, измеренных с использованием коллинеарной схемы взаимодействия лазерныхпучков и Planar BOXCARS, соответственно, при давлении газа 30 Тор.Чтобы убедиться в том, что недостатки, присущие коллинеарной схеме взаимодействиялазерных пучков, не оказывают заметного влияния на результаты измерений исследуемыхпараметров, в данной работе были выполнены эксперименты с целью сравнения Trot  X 1g  ,полученных с использованием коллинеарной схемы взаимодействия лазерных пучков и PlanarBOXCARS.

Эти измерения рассматривались как калибровка спектрометра КАРС. В этихэкспериментах водород нагревался до нескольких сотен К в условиях термодинамическогоравновесия. Измерения температуры были выполнены на расстоянии ~ 1 мм от поверхностинагретого верхнего электрода. Его температура контролировалась термопарой и изменялась вдиапазоне от 350 до 650 К при p= 30 Тор, при котором достигалось высокое отношениесигнал/шум при использовании Planar BOXCARS. Значения Tg, измеренные при использовании315обеих схем фазового синхронизма, находятся в хорошем согласии в пределах стандартногоотклонения (рис.

185).Рис.186.СопоставлениерасчетногоиэкспериментальногоспектровКАРС,усредненного по 10 лазерным вспышкам, в безэлектродном ВЧ разряде индуктивно емкостного типа. Полное давление газа равно 8 Тор при мощности 2 Вт/см3. Точкисоответствуют экспериментальным данным. Экспериментальные данные получены прииспользовании planar BOXCARS. Линии обозначают результаты расчетов. Наилучшее согласиемежду расчетом и экспериментом достигается при значениях вращательной температурыTrot  X 1g  t=750 K. Гистограмма значений вращательной температуры Trot  X 1g  , приведеннаяв правом верхнем углу построена из обработки 29 спектров КАРС, записанных в однойлазерной вспышке.

Среднее значение вращательной температуры равно 75015 K и находится вхорошем согласии со значением Trot  X 1g  , полученной из обработки спектров КАРС,записанных с применением коллинеарной схемы взаимодействия лазерных пучков при тех жесамых условиях (рис. 182 и 185).Подобного рода измерения были выполнены также непосредственно в безэлектродномВЧИЕ разряде при давлении 8 Тор и выделяемой мощности 2 Вт/см 3. На рис. 186 приведеносравнение между расчетным и экспериментальным спектром КАРС, записанным с316использованием схемы Planar BOXCARS, для колебательно-вращательного перехода v = 0  v= 1 (Q01). Здесь же в правом верхнем углу приведена гистограмма Trot  X 1g  . Полученноесреднее значение Trot  X 1g  находится в хорошем согласии с её значением, полученным прииспользованииколлинеарнойэкспериментальныхусловияхсхемы(рис.взаимодействия182).лазерныхУстановленноепучковприколичественноетехжесогласиеподтверждает пригодность применения коллинеарной схемы взаимодействия лазерных пучковдля измерений исследуемых параметров ВЧ разрядов.

Следует добавить, что значения Tgсовпадают с температурой верхнего электрода в диапазоне от 300 до 500 K, что такжесвидетельствует о надежной калибровке широкополосного спектрометра КАРС.Рис.188. Проверка наличия эффекта насыщения в спектре КАРС. Зависимостьинтенсивности излучения линии в Q01(1) - ветви молекулы водорода от произведения квадратаинтенсивности излучения Nd:YAG лазера на интенсивность широкополосного лазера накрасителе I12  I s при комнатной температуре и давлении газа 2 Тор.Отсутствиеэффектанасыщениявспектрахконтролировалосьпосредствомисследования зависимости интенсивности излучения линии в Q01(1) - ветви в зависимости отпроизведенияквадратаинтенсивностиизлученияNd:YAGлазеранаинтенсивностьширокополосного лазера на красителе I12  I s .

На рис. 188 приведены результаты измерений.Точки указывают значения измеренной интенсивности излучения линии в Q01(1) – ветви прикомнатной температуре газа при использовании planar BOXCARS. Каждая точка на графикесоответствует значению интенсивности, усредненной по 300 лазерным вспышкам. Полученная317зависимость хорошо описывается линейной аппроксимацией, предсказанной в соответствии стеорией спектров КАРС.Таблица 12.

Наблюдаемые в спектрах испускания плазмы синглетные термы молекулыводорода по данным из [276, 738, 1567–1569, 1572, 1573, 1577].Обозн.[1567]4K41ON41E41KОрбитальОбозн. [1569, 1572, 1573]Термv’Прим.D''1ПuD'1ПuS1ΔgO1+gR1ПgP1+gT1+gB''1+uN1+g1s5pπ1s4pπ1s4dδ1s4sσ1s4dπ1s4dσ1s4pσ4631OML1s3sσ1s3pπ1s3dδ1s3dπI 1 Пg0,1Q- ветвь,J’=1J’=131C1s3dσGK1+g31KQ1,2,31s3pσ(2pσ)21s2sσ5702226Обозн. [738, 276]ТермvP- и R- ветви,J’=1J’=0J’=0U1+gM1+gL1+gH1+gD1ПuJ1ΔgI1ПgI1П-gI1П-gI1П+gI1П+gG1+gK1+gE,F1+gBA1s1sσB1+u004BW203A3C3F3E23230,123012Q1ПgB'1+uF1+gE1+g691s2pπ1s2pσ00Обозн.

[1568]ТермvTUXYV5C4C4F4A4E4D3DZ3B2K2A23C1ПuB1+u2C2BX1+g1A120,1,20,1,20,1,2,30,123230,1,2230120,1,2,3,42,3,4,5,60,1,4230,1,2,3,4,5,6,7,8,9318Таблица 13. Наблюдаемые в спектре испускания плазмы триплетные термы молекулыводорода по данным из [276, 738, 1568, 1577].Обозн.utqunmsrpvkfoljihgdeacbgwuОрбиталь1s7pπ1s6pπ1s5fσ1s5dσ1s6pπ1s5pπ1s4fσ1s4dδ1s4dπ1s4dσ1s4pπ1s4pσ1s3dδ1s3dπ1s3sσ1s3dσ1s3pπ1s3pσ1s2sσ1s2pπ1s2pσ2Lnlλ2Lnlλ2LnlλОбозн. [738, 276]u3Пut3+uq3+gu3Пun3Пum3+us3Δgr3Пgp3+gv3Пgk3Пuf3+uo3+ul3Пuj3Δgi3Пgh3+gg3+gd3Пue3+ua3+gc3Пub3+uОбозн.

[1568]7c6c5c4f4e4d4c4b3f3e3a3d3c3b2a2cgwu4.2. Спектральные исследования плазмы, созданной дипольным источником в водородепри низких давленияхВ экспериментальных исследованиях кинетики возбужденных частиц в водородной НТПшироко используются методы эмиссионной и абсорбционной спектроскопии [73, 271–334]. Вспектральных исследованиях основное внимание уделяется: систематизации электронныхконфигураций возбужденных частиц атомно-молекулярной водородной НТП [184, 275, 276,278, 279, 283, 284, 307, 308, 313, 330, 334, 736–738, 1264–1266, 1271, 1272–1275, 1277, 1279,1567–1577]; исследованиям спектрального состава излучения [184, 275, 276, 278, 279, 283, 284,307, 308, 313, 330, 334, 736–738, 1264–1266, 1271, 1272–1275, 1277, 1279, 1567–1577] ипоглощения излучения [184, 217, 1571]; развитию спектральных методов диагностикипараметров атомно-молекулярной водородной НТП, определению компонентного состава ираспределения энергии по внешним и внутренним степеням свободы частиц, нахождению319столкновительно - излучательных характеристик возбужденных частиц [73, 302, 306–308, 317,319, 321, 330–332, 334, 483, 486, 1540, 1549, 1550, 1552, 1553, 1554–1556, 1578–1603].Настоящий параграф диссертации посвящен исследованиям плазмы диполярногоразряда при низких давлениях в водороде [1537–1539, 1541, 1558–1560] (источник плазмы вусловиях электронно - циклотронного резонанса) методом эмиссионной спектроскопии.В подпараграфе 4.2.1 приведено соответствие различных обозначений синглетных итриплетных состояний молекулы водорода, излучение которых формирует спектр испусканияводородной НТП.

Рассмотрены электронные состояния молекулы водорода и излучательныехарактеристики, необходимые дляучета в уровневой полуэмпирической СИМ приинтерпретации и обработки спектров излучения водородной НТП. Создана база данныхспектроскопических констант и излучательных характеристик электронно-возбужденныхсостояний молекул водорода.В подпараграфе 4.2.2 представлен краткий обзор спектральных исследованийводородной НТП. Исследованы функции распределения по вращательным ( J  =1–5) иколебательным ( vd =0–2) уровням молекулы водорода в возбужденном состоянии d 3 u в ЭЦРразряде в водороде: определены спектральный состав излучения, величины колебательнойтемпературыTv  X 1g основного электронного состоянияX 1 gмолекулы водорода,вращательной Trot  d 3u  и поступательной Tg температур.4.2.1 Электронные состояния молекулы и атома водородаНа основе теории квантовой механики (правило Вигнера - Витмера) [276, 283] длямолекулы водорода допускается существование синглетных и триплетных электронно возбужденных состояний, сходящихся к границе ионизации, 15.38 эВ.

Характеристики

Список файлов диссертации