Диссертация (1145362), страница 21
Текст из файла (страница 21)
В качестве C s (ν )2использованы величины, определенные в опытах с чистым водяным паром(см. Главу 5). Найденные из 16 спектров величины C sfi (ν ) представлены наРис. 6.1 для двух волновых чисел 943 и 2475 см-1. Графики построены взависимости от парциального давления водяного пара, чтобы болееотчетливо показать разброс результатов и отсутствие трендов.1446.E-257.E-25(a) ν = 943 cm-1Csf, cm -1(atm*molec/cm 3)-1Csf, cm -1(atm*molec/cm 3)-17.E-255.E-254.E-253.E-252.E-251.E-25Csf = (2.8 ± 1.5)E-250.E+00(b) ν = 2475 cm-6.E-2515.E-254.E-253.E-252.E-25Cf = (4.5 ± 1)E-25 [9], 2012Cf = (3.9 ± 0.6)E-25 [163], 20111.E-250.E+000.080.090.10.11Water vapor partial pressure, atm (296K)0.080.090.10.11Water vapor partial pressure, atm (296K)Рис. 6.1. Бинарные коэффициенты смешанного поглощения C sfi (ν ) приволновых числах 943 см-1 (a) и 2475 см-1 (b).
Сплошные и штриховыегоризонтальные линии показывают усредненные величины и их стандартныеотклонения.Как видно из рисунка, коэффициенты смешанного континуальногопоглощения определяются из выполненных измерений с относительнойстатистической погрешностью около 50 % вблизи 943 см-1 и несколькоточнее, около 22 %, в центре окна прозрачности 4 μm, что связяно с болееинтенсивным (на 40 %) поглощением в этом диапазоне.6.3. Окно 10 μm. Спектральный ход смешанного континуума исопоставление с результатами из других источников.Спектральныйходусредненныхисглаженныхбинарныхкоэффициентов смешанного континуального поглощения представлен наРис.
6.2, наряду с доступными данными из других источников. Неровностьспектрального хода континуума (тонкая линия черного цвета) сопоставимасо статистической погрешностью и является, видимо, результатом «шумов»в оригинальных спектрограммах. Их уровень в построенном графике как быэффективно усиливается из-за слабости наблюдаемого поглощения.145Csf, cm-1(atm*molec/cm3)-11.E-24McCoy et al., [82], (cell, 298K)Nordstrom et al., [93], (cell, 296K)Peterson et al., [86], (cell, 298K)Peterson et al., [86], (spectrophone, 298K)Loper et al., [94], (spectrophone, 298K)Burch and Alt, [101], (cell, 296K)Hinderling et al., [87], (spectrophone, 296K)Cormier et al., [90], (CRDS, 326K)Present study, (cell, 326K)Aref'ev et al.
[106]1.E-248.E-256.E-254.E-252.E-25MT_CKD0.E+0080085090095010001050110011501200-1Wavenumber, cmРис.6.2.Спектральнаязависимостьбинарногокоэффициентасмешанного континуального поглощения в окне прозрачности 10 μm.Экспериментальные данные настоящего исследования, полученные притемпературе 326 К, представлены двояко: сплошная черная линияпоказывает их спектральный ход, тогда как ряд черных кружков с «лапками»демонстрирует размер статистической погрешности измерений. Штриховая исплошнаялиниисерогоцветапредставляютэмпирическуюмодельконтинуума Арефьева и др. [106] и модель MT_CKD [22].Интересно отметить, что полученные в настоящей работе притемпературе 326 К результаты хорошо согласуются с результатамиизмерений Берча и Альта [101], выполненных при комнатной температуре296 К.
В большинстве лабораторных исследований смешанного континуумав качестве источника излучения использовался перестраиваемый лазер науглекислом газе, а наиболее интенсивная линия генерации P20 при 944.2 см-1была в этих измерениях самой популярной. Из рисунка видно, что из такихизмерений данные работы Хиндерлинга и др. [87], полученные сиспользованием спектрофона, наиболее близки к результатам настоящейработы. Данные [90, 93, 94] хорошо согласуются между собой, но146превосходят результаты автора приблизительно в два раза. Результат работы[82] отличается еще значительнее – в три раза.Петерсон[86]приводитрезультатыизмеренийсмешанногоконтинуума на 26 переходах перестраиваемого СО2 – лазера двумя методамисиспользованиеммногоходовойкюветыиспектрофона.Однакопрокомментировать эти результаты достаточно сложно из-за необычносильногоразброса.Вероятно,некоторыебинарныекоэффициентыпоглощения содержат значимый вклад близкорасположенных «локальных»линий, как это имеет место в измерениях на линиях генерации R(20) 975.93см-1 и R(14) 971.93 см-1.
Вызывают удивление несколько случаевзначительного (до порядка величины) расхождения в коэффициентахсмешанного континуального поглощения, полученных с использованиемдвух различных методов измерений. Так на линии генерации СО2-лазераР(22) при 942.38 см-1 (см. Табл. 1 из работы [86]) авторы приводятотличающиеся почти в восемь раз результаты измерений: Csf = 2.24×10-25 cu сиспользованием спектрофона и Csf = 17.7×10-25 cu с использованием многоходовой кюветы. Из представленных в Табл. 1 цитируемой работы данныхбыли выбраны около 11 значений Сsf, для которых частоты переходов лазерарасположены достаточно далеко от заметных в спектре поглощения линий, икоторые должны более достоверно представлять амплитуду смешанногоконтинуумавданномспектральномдиапазоне.Этирезультатыпредставлены на Рис. 6.2 квадратами серого (спектрофон) и черного(многоходовая кювета) цветов.
В целом видно, что результаты измеренийсмешанного континуума с многоходовой кюветой превосходят результатыизмерений со спектрофоном, но гораздо важнее отметить значительныйразброс и тех и других результатов, особенно заметный в области 930 – 950см-1. Они варьируют от 3.8×10-25 до 8.4×10-25 cu (измерения с кюветой) и от2×10-25 до 7.3×10-25 cu (измерения со спектрофоном). Таким образом,оцененная из этого разброса статистическая ошибка данных Петерсона и др.[86] может составить около 100 %.147Представленные на рисунке модели континуума [22, 106] проходятчерез верхнюю и нижнюю границы разброса экспериментальных данных. Вцентре окна модель MT_CKD согласуется в пределах экспериментальнойошибки с результатами настоящей работы, однако недооценивает континуумна границах диапазона (до 100 % величины).Вопрос о температурной зависимости смешанного континуума в окне10 μm остается открытым.
Предпринятая попытка измерения континуума всмеси H2O + N2 при температуре 339 К (см. выше раздел 6.1) показаланевозможность определения его температурной зависимости из-за высокойпогрешности результатов. Анализ данных Лопера и др. [94] также непозволяет выявить температурную зависимость смешанного континуума вдиапазоне 283 – 300 К. Эмпирическая модель смешанного континуума,разработанная под руководством проф. В. Н. Арефьева не предусматриваетего температурную зависимость, а заложенная в модель MT_CKDтемпературная зависимость коэффициента поглощения очень слаба исоставляет около 0.05 %К-1.
Отмеченное выше удовлетворительное согласиемежду данными Берча при 296 К [101] и результатами настоящей работы при326 К также свидетельствует об отсутствии существенной температурнойзависимости коэффициентов континуального поглощения. Но, вероятно,самыми надежными на сегодняшний день данными о температурном трендесмешанного континуума являются результаты работы [90], согласно которойкоэффициент поглощения уменьшается с температурой со скоростьюdCsf /dΘ = −0.9 %K−1, что в 20 раз быстрее предсказаний модели MT_CKD.Наличиедвукратногорасхожденияввеличинеконтинуума[90]срезультатом настоящей работы не должно существенно отразиться наточности оценок его температурного тренда.
Тем более, что это расхождениесвязано, вероятно, с 15 % ошибкой в величине континуума в чистом водяномпаре (см. раздел 5.5). Можно предположить, что эта ошибка приодновременномизмеренииобоихкоэффициентовконтинуальногопоглощения Cs и Csf с использованием в опытах только смеси H2O + N2148может повлечь за собой систематическую, но противоположную по знакуошибку в величине смешанного континуума.
В любом случае дляокончательного заключения по этому вопросу нужны исследования в гораздоболее широком интервале температур, чем это реализовано в настоящеевремя. Это следует, в частности, из Рис. 6 работы [90], на которомрезультаты измерений смешанного континуума при разных температурахпрактически перекрываются в пределах взаимных экспериментальныхошибок.6.4. Окно 4 μm. Условия измерений и бинарные коэффициентыпоглощения.Присутствие в спектрах смеси водяного пара с азотом в области 4 μmинтенсивного смешанного континуума было замечено еще на раннихстадиях исследований. Оценки коэффициента поглощения [155] показали,что этот континуум в несколько раз интенсивнее, чем в центре окнапрозрачности 10 μm и фантастически, на два порядка, превосходитвеличины, предсказанные для окна 4 μm моделью MT_CKD. Это и сталопредметом детального экспериментального исследования, выполненного вНИСТ в 2009 г.
Измерения проводились при четырех температурах 326, 339,352 и 363 К, поскольку одной из задач исследования была проверкапредварительных результатов по континууму в области 4 μm, полученныхранее при этих же температурах с приемником Hg:Cd:Te (см. доп. разделы5.1 и 5.6). Инструментальные установки были такими же, как указано вразделе 5.6.Регистрация спектров чистого водяного пара и смеси H2O + N2проводилась по несколько иной методике, чем это изложено в предыдущихразделах, и включала четыре этапа.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
