Диссертация (1097947), страница 71

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

Текст из файла (страница 71)

Экспериментальные данные о сечениях диссоциативного захвата  XDatt 1  ,v  X 2 guприведены в работе [1934], а для процессов с участием колебательно-возбужденных молекулводорода в [1935]. Расчету сечений процессов (4.3.1.54), (5.3.1.55), (5.3.1.57), (5.3.1.58)посвящены работы [1936, 1937], где применяется теория, развитая в [1933]. Расчетамиустановлено, что зависимость сечения диссоциативного захвата имеет максимум вблизи порогаданного процесса. В настоящей работе используются уровневые сечения  XDatt  ,1  ,v  X 2 guкоторые экспоненциально спадают с увеличением энергии электронов  по закону [1275]:DattX 1g ,v  X 2  u    1 X  g , v  X 2  u     exp  0at0v,(4.3.1.34)где  v0 - максимальное значение сечения для колебательного уровня v основного электронногосостояния молекулы водорода при пороговой энергии  X 1 ,v X 2  .

Величина  0at равняетсяgu0.45 эВ, значения  X 1 ,v X 2  и  v0 в зависимости от колебательного числа приведены вguтаблице 25.4.3.2. ФРЭЭ в водородной НТП в постоянном электрическом полеПолученные сечения столкновений электронов с молекулами водорода использовалисьдля определения ФРЭЭ и ее моментов. Знание ФРЭЭ позволяет определить значения vdr , D / и T / N g , коэффициентов скоростей процессов с участием электронов и молекул, а такжеэнергии возбуждения внутренних степеней свободы молекулы водорода, ее ионизации идиссоциации в зависимости от основных параметров НТП.Изотропная часть ФРЭЭ f    и её моменты определяются из решения кинетическогоуравнения в двухчленном приближении (параграф 1.4, глава 1). Нами не рассматривается392известная проблема применимости двухчленного приближения при высоких электрическихполях.Рис.218.ОтношениеионизационногоТаунсендапервогокоэффициентакконцентрацииплазмообразующего газа T / N приTg = Tv  X 1g  =300результатыК.измеренийТочки[607,-1805,1813].

Сплошные линии результатыопределения T / N : 1 - данная работа;2 - [1688]; 3 - [1840].Рис.219.Скоростьдрейфаэлектронов vdr при Tg = Tv  X 1g  =300К. Точки - результаты измерений:  [607, 1801–1804, 1816,];  - [607, 1800,1801];  - [607, 1801, 1802]. Сплошныелинии результаты определения vdr : 1 [1840]; 2 и 3 данная работа и [1688],соответственно.Рис.220.энергияХарактеристическаяэлектроновD/приTg = Tv X 1g =300 К.

Точки ,  -результатыСплошныеизмеренийлинии[607,1818].результатыопределения D /  : 1 - [1688]; 2 данная работа; 3 - [1840].393Рис.221.ФРЭЭвзависимостиотприведенного электрического поля E / N приTg = Tv  X 1g  =300 К: 1 - 20; 2 - 30; 3 - 40; 4 50; 5 - 60; 6 - 70; 7 - 80; 8 - 90; 9 - 100; 10 - 120.Рис.222. ФРЭЭ в зависимости отколебательнойколебательноготемпературыуровняTv X 1gпервогоприE / N =10 Тд и Tg  300 К: 1 - 300; 2 - 1000; 3- 2000; 4 - 3000; 5 -4000; 6 - 5000.Рис.223. Расчет (сплошная линия)по СИМ ( E / N =12 Тд, Tg  300 К иTv X 1g =3000 К) и измерения [1829,1830] (точки) ФРЭЭ.Рис.224.колебательнойФРЭЭвзависимоститемпературыотпервогоколебательного уровня Tv  X 1g  при E / N =40Тд и Tg  300 К. Сплошные линии результатырасчета по СИМ: 1 - 300; 2 - 1000; 3 - 2000; 4 3000; 5 -4000; 6 - 5000.

Точки  - результатыизмерений ФРЭЭ [1831].394Рис.225. Зависимость от E / N мощности в единице объема Sen , теряемой электронами вводородной НТП в процессах: 1 и 2 - диссоциативной ионизации H 2 через образованиямолекулы иона водорода H 2 в B 2u и X 2 g состояниях, соответственно; 3 - диссоциативноговозбуждения синглетных состояний; 4 - в процессах диссоциативной и прямой ионизации H 2 ; 5– диссоциативного возбуждения триплетных состояний; 6 - диссоциативного возбуждениясинглетных и триплетных состояний; 7 - упругого рассеяния электронов на H 2 ; 8 и 9 возбуждения вращательных и колебательных степеней свободы H 2 , соответственно; 10 и 11 возбуждения синглетных и триплетных состояний H 2 , соответственно; 12 - возбуждениясинглетных и триплетных состояний H 2 ; 13 - прямой ионизации H 2 .Исходными данными для расчетов параметров электронной компоненты являются:поступательная температура Tg , приведенное электрическое поле E / N , концентрации частиц вколебательно-возбужденныхсостоянияхNvиэлектронно-возбужденныхсостояниях.Величины N v рассчитывались в больцмановском приближении при колебательной температурепервого колебательного уровня Tv [189].

На рис. 218 приведено сопоставление результатоврасчета с учетом полученного в данной работе самосогласованного набора сечений сэкспериментальными [607, 1805–1813] значениями T / N . Рис. 219 и 220 иллюстрируют395результаты расчетов и измерений дрейфовой скорости vdr [607, 1800-1803, 1816, 1817] ихарактеристической энергии D/ [607, 1818] электронов. Здесь же для сравнения приведенырезультаты расчетов параметров электронной компоненты T / N , vdr и D/ из [1688, 1840]. Нарис.

221–224 приведено сопоставление измеренных и рассчитанных ФРЭЭ в тлеющем разрядепостоянного тока. Расчеты выполнены с использованием сформированного набора сечений взависимости от приведенного электрического поля E / N и колебательной температуры Tv . Рис.225 показывает зависимость от E / N мощности в единице объема Sen , теряемой электронами вводородной НТП при возбуждение внутренних степеней свободы молекулы водорода, ееионизации и диссоциации.Как видно на рис. 218 – 220, 223 и 224, сформированный самосогласованный наборсечений позволяет описать экспериментальные данные. На рис. 222–224 видно, что ФРЭЭ, приневысокихзначенияхприведенногоэлектрическогополя,заметноотличаетсяотмаксвелловской функции распределения вследствие неупругих столкновений электронов смолекулами водорода.

Из сопоставления экспериментальных и рассчитанных данных следует,что параметры электронной компоненты в НТП в диапазоне изменения E / N =10–200 Тд приневысоких значениях степени диссоциации, ионизации и поступательной температуры ( Tg =300К) в НТП водорода в постоянном электрическом поле определяются следующими процессами:упругимрассеяниемэлектроновнамолекулеводорода,резонанснымвозбуждениемэлектронным ударом колебательных уровней молекулы водорода в основном электронномсостоянииX 1 g , возбуждением электронным ударом синглетных состояний молекулыводорода, диссоциацией молекулы водорода через возбуждение триплетных состояний встолкновениях с электронами, ионизацией молекулы водорода через образование ионамолекулы водорода в основном электронном состоянии X 2 g . При невысоких значенияхE / N =10–25 Тд (рис.

225) энергия, получаемая электронами от электрического поля,расходуется в упругих столкновениях с молекулами водорода, а также идет на возбуждениеколебательно-вращательных степеней свободы молекулы водорода. Значения параметровэлектронной компоненты T / N , vdr и D/ оказываются также чувствительны к величинеабсолютных значений сечений колебательного возбуждения. В рамках рассматриваемой моделиучет ступенчатого колебательного возбуждения (переходы v  0  v  1 и v  0  v  ( v  1)–14не является принципиальным при определении параметров электронной компоненты во всемисследованном диапазоне значений E / N . Изменение числа процессов в кинетической схеместупенчатого возбуждения колебательных уровней молекулы водорода электронным ударом от4 до 210 не сильно влияет на результаты расчетов параметров электронной компоненты. Это396связано с тем, что абсолютные значения сечений и заселенностей N v заметно уменьшаются сростом номера колебательного уровня v .

При малых значениях E / Nколебательноевозбуждение молекул водорода оказывает заметное влияние на ФРЭЭ. Концентрацияэлектронов с энергиями  col  2–10 эВ заметно увеличиваются с ростом Tv  X 1g  (рис. 222).Рис. 223 иллюстрирует, что для условий экспериментов [1829, 1830] наилучшее согласие междурассчитанной и измеренной ФРЭЭ достигается при значениях Tv  X 1g   2000–3000 К иE / N 10–15 Тд.

Отметим, что полученные значения Tv X 1gудовлетворительно согласуютсяс результатами измерений методом комбинационного рассеяния света [481] для условий,близких к условиям [1829, 1830]. Напротив, с увеличением значений E / N от 30 Тд до 200 Тдизменение Tv  X 1g  в диапазоне 300–5000 К слабо влияет на ФРЭЭ и, таким образом, назначения коэффициентов скоростей, описывающих процессы возбуждения, ионизации идиссоциации молекулы водорода электронным ударом, а также на значения Sen . Как видно изрис. 224, наилучшее согласие между рассчитанной и измеренной ФРЭЭ [1831] достигается приE / N =40 Тд в широком диапазоне изменения Tv X 1g . При E / N  30 Тд значительная доляэнергии электронов расходуется в процессе диссоциативного возбуждения электронныхсостояний молекулы водорода преимущественно триплетного нестабильного состояния 2 b3u .При этом потери энергии на диссоциативное возбуждение синглетных состояний и триплетногосостояния 3 e3u молекулы водорода очень малы по сравнению с энергией, затрачиваемойэлектронами на диссоциативное возбуждение триплетного состояния 2 b3u .

Значения vdr , D/(в диапазоне E / N  30 Тд), T / N (в исследуемом диапазоне E / N ) и ФРЭЭ (при   7.93 эВ)оказываются чувствительными к изменению абсолютного значения сечения диссоциативноговозбуждения состояния 2 b3u . В диапазоне E / N =50–110 Тд энергия, теряемая электронами навозбуждение электронных состояний молекулы водорода, становится больше энергий,расходуемых ими в упругих столкновениях с молекулами водорода, а также идущих навозбуждение вращательно-колебательных степеней свободы молекулы водорода. При этомбольшая доля энергии расходуется на возбуждение синглетных состояний.

Заметное влияние наvdr , D/ ( E / N  50 Td), T / N ( E / N =50–110 Тд) и ФРЭЭ (при   11 эВ) оказывают процессывозбуждения преимущественно синглетных состояний 2 B1u и 2 C1 u . Менее заметный вклад визменение параметров электронной компоненты дают процессы возбуждения синглетных4 B1u , 4 D1 u , 3 B1u , 3 D1 u и триплетных 2 a 3 g , 2 c3 u , 3 d 3 u , 3 e3u состояний.

Учет в397кинетической схеме при определении параметров электронной компоненты процессов1возбуждения остальных синглетных (2 EF 1g , 3 H H g , 3 GK 1g , 3 I 1 g , 3 J 1 g , 4 P1 g , 4 R1 g ,3 3 4 S 1 g и 4 O1 g ) и триплетных (3 h  g , 3 g  g , 3 i 3 g , 4 r 3 g , 4 s 3 g , 4 f 3u , 4 k 3 u ) состоянийне сильно влияет на результаты расчета. При E / N  120 Тд заметную роль в балансе энергииэлектронов играет прямая ионизация молекулы водорода.

Характеристики

Список файлов диссертации