Диссертация (1097947), страница 9

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

Текст из файла (страница 9)

Сравнение поступательной и колебательной температур, измеренныхметодами спектроскопии КАРС (CB), плавящихся тел (P) и эмиссионной спектроскопии (S) вВЧ разрядах в азоте [507,580–589].p, Тор-310 – 1010-210-210-10.40.5f, МГц-25.282840403035Tg, K , эВ2-6710 - 10Tv(X1g+), K1181060S1800P,S1.334.51300-1600S0.85352000P,S1034.52200-2800S0.2 - 1013.56450 - 1450CB2015013.56460-540CB95050S3100-4000S810108101110Параметры8450-600S234.5Ne, см-3104300S4000S4000S0.82(1011 1012)610100.910123500S0.7 - 11010 - 10122400 –7000CB2500CB4000.8210123500S5000S2–8A0.2 A0.2 A2.3 Вт/см32.3 Вт/см3, 0.6 –1 A, 50 В/см0.2 – 2 A, 0.2 – 1кВт, 160 – 800 В0.8 – 1 A, 8Вт/см3, 120 В/см1 – 2 A, 0.6 – 2.5кВт, 460 – 1300В500–1000 Вт3 Вт/см31.2 – 1.8 A, 1 –2.5 кВт, 750 –1300 ВСсылка[581][582][583][584][585][586][587-589][586][587-589][507]Даннаяработа[587-589]Примечание.

«СВ» - значение температуры измерено методом спектроскопии КАРС:широкополосный способ записи спектров КАРС с использованием коллинеарной схемысмешения пучков накачки, зондирующих среду. Измерения температур выполнены впристеночной области разрядной камеры. «S» - значение температуры получено методомэмиссионной спектроскопии.Таблица 1 иллюстрирует сравнение стационарных значений поступательной Tg иколебательной Tv  X 1g  температур, измеренных в ВЧ разрядах в азоте методами ЭС иплавящихся тел в [507,580–589] и спектроскопии КАРС в диссертации.

Запись спектров КАРС37на оси ВЧ разряда провести не удалось, несмотря на то, что на оси разряда наблюдалосьинтенсивное эмиссионное излучение молекул азота (рис. 11). Возможными причинаминевысокого отношения полезного сигнала КАРС к шуму для переходов выше v = 1  v = 2(Q12) являются высокие значения Tg и высокая степень диссоциации молекул азота в приосевойобласти разряда, обусловливающие эффективную VT - релаксацию колебательно-возбужденныхмолекул на молекулах и атомах азота.

В частности, это подтверждается результатамиизмерений поступательной температуры в ВЧ разряде спектральными методами [580] (см.параграф 2.2 главы 2). По данным измерений Tg составляла 1300–1600 К при давлении 20 Тор.Сюда же следует отнести и невысокую чувствительность широкополосного спектрометраКАРС, использовавшегося при измерениях.Рис.13. Результат подгонки теоретического спектра КАРС к экспериментальному,измеренному в безэлектродном ВЧ разряде при давлении 20 Тор и мощности 200 Вт.

Точки экспериментальные данные. Спектр получен с усреднением по десяти вспышкам лазернойсистемы. Сплошная кривая - результат расчета спектра КАРС. Наилучшее согласие междурасчетом и экспериментом достигается при значениях вращательной и колебательнойтемператур, равных 550 К и 2500 К, соответственно. В правом верхнем углу, приведена ФРКУмолекулы азота в основном состоянии, восстановленная из обработки экспериментальногоспектра (точки) и результат расчета ФРКУ по формуле Тринора (линия) для уровней v=0–4 дляизмеренных значений колебательной и вращательной температуры.Спектры КАРС наблюдались на периферии вблизи стенки разрядной кюветы вплоть доколебательно-вращательного перехода v =4  v = 5 (Q45).

Характер распределенияинтенсивности в спектрах КАРС, записанных в ВЧ разряде, свидетельствует о наличииколебательного возбуждения молекул азота и неоднородном распределении колебательновозбужденных молекул по сечению разрядной кюветы.38Рис.14.спектровРасчетыКАРСколебательнойпривинтенсивностизависимоститемпературынарушенииTv  X 1g равновесиявращательнымииотмеждуколебательнымистепенями свободы молекулы азота.Рис.15.спектровРасчетКАРСвинтенсивностизависимостиотвращательной температуры Trot  X 1g  притермическомравновесиивращательнымиимеждуколебательнымистепенями свободы молекулы азота восновномсостояниивдиапазоневращательной температуры 400–600 K.Рис.16.спектровРасчетыКАРСвинтенсивностизависимостивращательной температурыпритермическомвращательнымиTrot  X 1g равновесиииотмеждуколебательнымистепенями свободы молекулы азота восновномсостояниивдиапазоневращательной температуры 1000–2000 K.На рис.13–16 приведены результаты расчетов и измерений колебательно-вращательныхспектров КАРС азота, находящегося в условиях термодинамического равновесия, и в ВЧразряде.

Исходными данными для расчетов спектров КАРС являлись давление, поступательнаятемпература и функция распределения молекул по колебательным уровням.39Рис.17.Результатыподгонкирассчитанного спектра (сплошные линии) кэкспериментальному (точки), записанному вбезэлектродномВЧразрядепривращательной температуре 550 К - (кривая 2соответствует экспериментальным условиямрис.13) и при комнатной температуре кривая 1.Нарис.13приведенырезультатыподгонкирассчитанногоспектраКАРСкэкспериментальному, измеренному на периферии ВЧ разряда при давлении 20 Тор.

Враспределении интенсивности спектра КАРС наблюдается вращательная структура Q - ветвеймолекулы азота, соответствующих колебательно-вращательным переходам v =0  v = 1 (Q01), v=1  v = 2 (Q12), v =2  v = 3 (Q23) и v =3  v = 4 (Q34). Сопоставление рассчитанного иизмеренного спектров показывает, что наилучшее согласие достигается при значенияхвращательной Trot  X 1g  и колебательной Tv  X 1g  температур, равных 55045 К и 2500200Ксоответственно.ОпределениеTv  X 1g проводитсяприпостоянномзначениипредварительно найденной вращательной температуры в пределах отдельно взятой Q-ветви.Колебательная температура, найденная из измеренных заселенностей, сравнивалась стемпературой, определенной из ФРКУ, а ФРКУ рассчитывалась по кинетической модели [566]в ВЧ разряде в азоте.

Различие между вращательной и колебательной температурамипроявляется в распределении интенсивности спектра КАРС. На рис.13 в правом верхнем углу,приведена ФРКУ молекулы азота, восстановленная по экспериментальному спектру (точки) ирассчитанная согласно формуле Тринора (кривая) для v=0–4 и значений колебательной ивращательной температур, приведенных в таблице 1. Как видно из рис.13, ФРКУ молекулыазота хорошо описывается формулой Тринора. Следует отметить, что полученный результатсогласуется с результатами измерений ФРКУ молекулы азота в ПС ТРПТ [480, 482, 485, 487,489, 488, 564–577].Рис.14–16 иллюстрируют возможности модели для расчета спектральной интенсивностив спектре КАРС молекулы азота как при термодинамическом равновесии по колебательным ивращательным степеням свободы, так и при нарушении равновесия.

Спектры КАРСрассчитывались в зависимости от колебательной (рис. 14) и вращательной (рис.15 и 16)температур в диапазонах, характерных для ВЧ разряда. Спектральная плотность интенсивностиантистоксова сигнала, соответствующая рассчитанным комбинационным резонансам молекулы40азота в области частот 21522135 см-1, на рис.14 показана в зависимости от колебательнойтемпературы и номера пикселы детектора OSMA, а на рис.

15 и 16 в зависимости отвращательной температуры и номера пикселы при равновесии между поступательными,вращательными и колебательными степенями свободы.Рис.18. Определение вращательной температуры в безэлектродном ВЧ разряде в азоте: а)Результаты подгонки рассчитанного спектра (сплошные линии) к экспериментальному (точки),записанному в безэлектродном ВЧ разряде при вращательной температуре 440 К. б)Гистограмма температуры, соответствующая серии из 41-лазерной вспышки. Сплошная линияобозначает распределение Гаусса при среднем значении температуры 440 К и стандартномотклонении 45 К.На рис.14 колебательная температура Tv  X 1g  соответствует первому колебательномууровню молекулы азота.

Диапазон изменения температуры составляет 10005000 К. При этомвращательная температура оставалась постоянной и равной 500 К. Рис.14 демонстрируетвозможность наблюдения последовательного появления в спектре КАРС сигналов слабойинтенсивности, соответствующих колебательно-вращательным переходам v =2  v = 3 (Q23) иv =3  v = 4 (Q34) при увеличении Tv  X 1g  от 2000 до 5000 К. Это связано с заселением болеевысоких колебательных уровней молекул азота. Таким же свойством обладают спектры КАРС,рассчитанные для условий термодинамического равновесия (рис. 15 и 16).С целью иллюстрации чувствительности ширины спектров КАРС к вращательнойтемпературе и погрешности ее измерений на рис.17 и 18а приведены результаты подгонкирассчитанных спектров к экспериментальным для Q01-ветви.

Экспериментальные спектрызаписаны в ВЧ разряде с использованием схемы Planar BOXCARS при вращательныхтемпературах 550, 440 и 300 К.41Наблюдаемые профили, представленные на рис.17 и 18а, и ширина линий позволяютнадежно определить вращательную температуру посредством подгонки рассчитанного спектрак экспериментальному.

При оценке Trot X 1gвращательной температуры распределениемолекул азота по вращательным уровням задавалось в соответствии с формулой Больцмана. Оправильности такого выбора распределения молекул по вращательным уровням для уровнейv=04 свидетельствует хорошее согласие между результатами расчетов и измерений.

Рис.18а и18б показывают результаты определения Trot X 1gпо данным, полученным в серии из 41лазерной вспышки. На рис.18а согласие рассчитанного и экспериментального спектров,записанных в одной лазерной вспышке, достигается при температуре 440 К со стандартнымотклонением 45 К.Рис.19. Схема экспериментальной установки для исследования кинетики молекул азота вразрядах постоянного тока в азоте.1.1.4. Исследование методом спектроскопии КАРС функции распределения повращательным и колебательным уровням молекулы азота в основном электронномсостоянии в тлеющем и контрагированном разрядах постоянного тока в азотеДля исследований ФРВУ и ФРКУ молекулы азота в основном состоянии X 1 g втлеющем и контрагированном разрядах постоянного тока в азоте методом спектроскопии42КАРС, автором диссертации, разработана и создана экспериментальная установка (рис.19). Имже выполнены исследования vib  N 2  в разрядах.

Характеристики

Список файлов диссертации