Диссертация (1097947), страница 73

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

Текст из файла (страница 73)

Данные о сечениях процессов, необходимыхдля определения ФРЭЭ, обсуждались ранее, в подпараграфах 4.3.1 и 4.3.2 [1575]. Исходнымиданными для расчетов ФРЭЭ в СИМ являлись измеренные значения давления газа p,процентного содержания атомов водорода PH, концентрации электронов Ne, поступательнойтемпературы Tg и приведенной напряженности электрического поля E/N (таблица 11).Уравнение Больцмана для ФРЭЭ решается методом, описанным в [724, 746, 747, 748, 749, 758,759, 757].Прирешениибалансныхуравненийдляконцентрацийвозбужденныхчастицучитывались: колебательно - возбужденные молекулы водорода H 2  X 1g , v  (15 колебательныхуровней v до границы диссоциации); молекулы водорода в синглетных N 1 ( C1 u , B1u ,1EF 1g , B1u , GK 1g , I 1 g , J 1 g , D1 u , H H g , BB1u , P1u , R1 g , S 1 g , D1 u , O1 g )состояниях; атомы водорода в состоянии 1s  2 S1 2 ; электроны e. Исходными данными дляполуэмпирических расчетов концентраций возбужденных частиц являлись измеренныезначения: давления газа p; концентрации атомов водорода и электронов; вероятностигетерогенной дезактивации колебательной и электронной энергии молекулы водорода v и e,соответственно; поступательной температуры [408, 481, 495, 502, 523, 578, 579, 628, 1301–1304,4011538, 1541, 1548, 1550, 1552, 1557] (таблица 11).

Чтобы исследовать влияние атомов водорода восновном электронном состоянии на кинетику H 2  X 1g , v  : в ИТР [1557], ВЧ разряде [578, 579,628, 1301–1304] (параграф 4.1, настоящая глава диссертации), в плазме в условиях электронноциклотронного резонанса [1538, 1541] и в разряде полого катода [1552] их концентрацияварьировалась в расчетах. При описании кинетики возбужденных молекул учитываютсяследующие процессы (нумерация процессов из таблицы 17, параграф 4.3): резонансноевозбуждение и девозбуждение колебательных уровней v молекулы водорода в состоянии X 1 gэлектронным ударом (3.0); колебательно-поступательный VTмолекулами водорода (4.0); колебательно-колебательный- обмен энергией междуVV - обмен энергии междумолекулами водорода (5.0); многоквантовый колебательно-поступательный VTэнергиеймежду молекуламииатомамиводорода, который может- обменсопровождатьсяхимическими превращениями (6.0); возбуждение и девозбуждение 15 синглетных состояний12 B1u , 2 C1 u , 3 B1u , 3 D1 u , 4 B1u , 4 D1 u , 2 EF 1g , 3 I 1 g , 3 H H g , 3 GK 1g , 3 J 1 g ,4 P1 g , 4 O1 g , 4 R1 g , 4 S 1 g молекулы водорода с разрешением по колебательным уровням( v =0-14) состояния X 1 g молекулы водорода (14.0, 14.1, 14.2, 14.3 и 14.4); ступенчатоевозбуждение и девозбуждение N 1u и N 1 g состояний молекулы водорода электроннымударом (14.8); дезактивация колебательно – возбужденных (16.0) и синглетных (16.1) состояниймолекулы водорода на стенках реактора; радиационный распад состояний N 1u молекулыводорода на колебательные уровни v =0 - 14 состояния X 1 g (62.0); излучательный распадсостояний N 1u молекулы водорода в нижерасположенные состояния N 1 g молекулыводорода и каскадное заселение синглетных состояний N 1u молекулы водорода в результатерадиационного распада более высокорасположенных состояний N 1 g молекулы водорода(62.1 и 62.2); столкновительное тушение синглетных состояний N 1u на молекулах водорода иих каскадное заселение вследствие столкновительного тушения высокорасположенныхсостояний N 1 g молекулами водорода (66.0, 66.1 и 66.2).Для процессов колебательно-поступательного VT - энергообмена между молекуламиводорода и дейтерия, а также колебательно-возбужденными молекулами водорода и атомамиинертных газов (процесс 4.1, таблица 17, параграф 4.3), в диапазоне поступательнойтемпературы 40 – 3000 К, данные об уровневых коэффициентах скорости представлены в [136,193, 1675–1677, 1716–1732, 1944–1948].

В базу данных водородной СИМ включены402температурные зависимости значения коэффициента скорости K10Mol , At Tg  для процессов (4.14.7, таблица 17, параграф 4.3) одноквантового колебательно - поступательного VT-энергообмена при переходах с первого колебательного уровня v =1 на нулевой колебательныйуровень v =0 при столкновениях молекулы водорода с H 2 и HF , а также с атомами аргона Ar ,гелия He , криптона Kr и неона Ne . В расчетах значение K10Mol Tg  варьировалась длядостижения наилучшего согласия между экспериментальными [408, 1550] и рассчитаннымизначениями ФРКУ молекулы водорода на высоких колебательных уровнях v>5.Работа [1949] является едва ли не единственной, в которой приведены результаты01измерений коэффициента скорости VV  энергообмена между молекулами водорода K 21Tg (процесс 5.1, таблица 17, параграф 4.3).

В [1690, 1732] выполнены расчеты коэффициентовскоростей K1001 Tg  VV  энергообмена между молекулами водорода для процесса (5.1, таблица17, параграф 4.3) в рамках теории, учитывающей близкодействующую и дальнодействующуючастипотенциалавзаимодействиясталкивающихсямолекулводорода,полуклассической теории.

В СИМ, для определения величиныK1001 Tg иврамкахиспользуетсяаппроксимационная формула результатов расчетов из [1690, 1732]. Эти данные составляют базуданных значений K1001 Tg  .Коэффициенты скоростиKvMol1v Tg , v иK qvv1q1 Tg для процессов (4.0 и 5.0,соответственно, таблица 17, параграф 4.3) определяются на основе уточненных формул связи из[189]. Значения этих коэффициентов скоростей чувствительны к изменению параметрамежмолекулярного взаимодействия  HBM2  H 2 , который по сведению различных авторов [15, 643]для молекулы водорода изменяется в пределах от 35.3 нм-1 до 86 нм-1.

Величину параметра HBM H (нм-1) можно оценить на основе соотношения [189]:22 HBM H  37.4 22 iA, (4.3.3.0) iBЗдесь  iA и  iB являются энергиями ионизации (эВ) взаимодействующих молекул A и B ,соответственно. Величина параметра  HBM2  H 2варьировалась в расчетах для достижениянаилучшего согласия между экспериментальными [408, 481, 495,502, 1548, 523, 578, 579, 628,1301-1304, 1550, 1538, 1541, 1552] и рассчитанными значениями ФРКУ молекулы водорода восновном электронном состоянии.403Описаниютеоретическихмоделей,экспериментальныхметодовисследований,результатов расчетов и измерений сечений, коэффициентов скоростей, энергетических иугловых распределений продуктов реакций между колебательно - возбужденными молекуламиH 2  X 1g , v  и атомами H водорода (процесс 6.0, таблица 17, параграф 4.3) посвящены работы[518, 941, 945, 1667, 1733, 1734, 1735, 1736, 1737, 1738, 1739, 1950, 1951, 1952, 1953, 1954, 1955,1956, 1957, 1958, 1959, 1960, 1961, 1962, 1963].

В СИМ, развитой в данной работе, дляпроцессов и реакций (6.0, таблица 17, параграф 4.3), использовались зависимостикоэффициентов скоростей от Tg и v , полученные в многоквантовом ( v  9 ) приближении[1667, 1733]. Их абсолютные значения варьировались в расчетах для достижения наилучшегосогласия между экспериментальными [408, 481, 495, 502, 578, 579, 628, 1548, 1550, 1301–1304]и рассчитанными значениями ФРКУ молекулы водорода.При описании гетерогенной кинетики возбужденных молекул водорода (16.0 и 16.1,таблица 17, параграф 4.3) в СИМ используются модели, обсуждение которых можно найти в[133, 141, 175, 819, 890, 891]. Вероятности дезактивации электронной энергии молекулводорода e в гетерогенных процессах (16.1, таблица 17, параграф 4.3) неизвестны.

В расчетахони варьировались от 0 до 1. Данные о вероятностях излучательных переходов процессов (62.1и 62.2 таблица 17, параграф 4.3) обсуждались в подпараграфе 4.2.3 (таблица 14). Значениявероятностей излучательных переходов взяты из [1574]. Данные о сечениях процессов (14.8,таблица 17, параграф 4.3) обсуждались ранее в параграфе 5.3 [1275]. Вычисления сеченийдезактивации по известным значениям возбуждения основываются на принципе детальногоравновесия в предположении, что выполняется принцип микроскопической обратимости [197].Определение коэффициентов скоростей дезактивации синглетных состояний молекулыводорода в столкновениях с молекулами водорода (процессы 66.0, 66.1 и 66.2, таблица 17,параграф 4.3), для которых разрешены электрические дипольные переходы, выполнено сиспользованием соотношений и данных из [133, 141, 189].

Перечисленные уровневыекоэффициенты скоростей, сечения и излучательные вероятности переходов составляют базуданных столкновительно-излучательных характеристик возбужденных молекул водородаполуэмпирической СИМ водородной НТП.Система уравнений баланса решалась методом, описанным в [152, 761]. Предполагается,что в начальный момент времени D =0 сек молекулярный водород находится втермодинамическом равновесии.

Концентрация H 2  X 1g , v  рассчитывается по формулеБольцмана при известных значениях Tg и p (таблица 11), а концентрации атомарного водородаи молекул водорода в синглетных состояниях N 1 полагаются близкими к нулю.404Рис.225. Результаты расчетов (линии) иизмерений (символы) ФРКУ молекулыводородавосновномэлектронномсостоянии в моменты времени (tp, сек): (а)1 - 10-19 , 2 - 10-13, 3 - 10-11, 4 - 10-9, 5 - 10-7, 6- 10-6, 7 - 3 10-3, 8 – 13 для tp =5 10-3-0.4 сек.Условия[481]:Tv X 1 g =1800±50К;PH=0.1%; E/N = 35 Тд; Te =1.3 эВ и Ne =1.51010 см-3; p=15 Тор; Tg= 60050 К.Символы  и - расчет ФРКУ молекулы водорода по формулам Тринора и Больцмана,соответственно, с использованием измеренных значений Tv  X 1g  и Tg. (б) 1 - 10-19, 2 - 5 10-10, 3- 10-8, 4 - 10-6, 5 - 10-4, 6 - 10-2, 7 – 13 для tp =0.1 – 0.15 сек.

Экспериментальные условия [1550]:Tv X 1 g =1600100 К; PH=2.4%; Th =0.5 эВ и Tc =4.9 эВ, Te =0.65 эВ и Ne = 1011см-3; p=2 10-2Тор; Tg= 37050 К. Символы  и  - расчет ФРКУ молекулы водорода по формулам Тринора иБольцмана, соответственно, с использованием измеренных значений Tv  X 1g  и Tg. (в) 1 - 4 от10-19 до 10-9, 5 - 10-7, 6 - 10-6, 7 - 10-5, 8 - 3 10-5, 9 - 6 10-5, 10 - 13 для tp = 9 10-5 – 2 10-4 сек.Экспериментальные условия [523]: Tv  X 1g  =2350400 К; PH=4%; Te =1.5 эВ и Ne =9.3 1011 см-3;p=19 Тор; Tg= 2150 К.

Символы  и  - расчет ФРКУ молекулы водорода по формуламТринора и Больцмана, соответственно, с использованием измеренных значений Tv  X 1g  и Tg.405Для интерпретации и обработки экспериментальных данных развивается метод, которыйслужит для идентификации и установления иерархии кинетических процессов, играющихзаметную роль в образовании и гибели частиц в возбужденных состояниях, представляющихинтерес для спектральной диагностики и приложения водородной НТП в различныхтехнологиях (параграф 3.1, глава 3).Рис.226. Зависимость ФРКУ молекулыводорода в состоянии X 1 g от времени tp (с) вИТР в водороде [1557]: 1 – 10-19, 2 – 1.5 10-19, 3– 10-18, 4 – 10-14, 5 – 10-12, 6 – 10-10, 7 – 10-8, 8 –10-7, 9 - 8 10-7, 10 – 13 для tp =2 10-6 – 5 10-5 с.Время релаксации 10-5 с.

Характеристики

Список файлов диссертации