Диссертация (1149576)
Текст из файла
Санкт-Петербургский государственный университет.Физический факультет, кафедра оптики.На правах рукописиПетровская Анна Станиславовна.ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ЭЛЕКТРОН-ИОННОЙ РЕКОМБИНАЦИИ В ГЕЛИЙНЕОНОВОЙ ПЛАЗМЕСпециальность 01.04.08 – физика плазмыДИССЕРТАЦИЯна соискание ученой степеникандидата физико-математических наукНаучный руководитель:доктор физ.-мат. наук, профессорИванов Владимир АлександровичСанкт-Петербург.2015г.2Оглавление.Введение………………………………………………………………………………………….5Глава I. Литературный обзор. Процессы в распадающейся гелий-неоновойплазме…………………………………………………………………………………………..121.1.Передача возбуждения в гелий-неоновой плазме…………………………………..121.2. Образование молекулярных ионов в He-Ne плазме.
Ионный состав плазмы….151.3. Рекомбинация молекулярных ионов…………………………………………………..17Выводы к главе I………………………………………………………………………………..20Глава II. Экспериментальная установка и метод исследования………………….212.1 Условия эксперимента…………………………………………………………………….212.2. Экспериментальная установка………………………………………………………….222.3. Измерение интенсивностей спектральных линий…………………………………...262.4. Измерение концентраций метастабильных атомов и молекул гелия He(21S0),He(23S1), He2 (2 s 3 Σu+ ) ……………………………………………………………………………282.4.1. Измерение концентрации метастабильных атомов гелия He(21S0)……………282.4.2.
Измерение концентрации метастабильных атомов гелия He(23S1)……………332.4.3. Измерение концентрации метастабильных молекул гелия He2(2s3Σu+)……….372.5. Измерение температуры атомов……………………………………………………….412.6. Измерение напряженности продольного электрического поля и нагревэлектронов в распадающейся плазме ……………………………………………………...432.7. Вычисление температуры электронов по напряженности поля…………………..452.8.
Измерение концентрации электронов…………………………………………………46Выводы к главе II……………………………………………………………………………….48Глава III. Исследование процессов заселения возбужденных состояний атоманеона в He-Ne плазме………………………………………………………………………..493.1. Общие характеристики разряда и послесвечения He-Ne плазмы……………….49233.1.1. Зависимости от времени плотностей метастабильных атомов, молекул гелияи концентраций электронов…………………………………………………………………493.1.2. Свечение спектральных линий атомарного и молекулярного гелия………….533.1.3. Процессы заселения возбужденных состояний атома неона…………………..573.1.4.
Свечение линий атома неона, классификация состояний атома неона похарактеру заселения…………………………………………………………………………..613.2. Модель распадающейся He-Ne плазмы………………………………………………683.3. Исследование процессов заселения возбужденных состояний атома неона2p55s-конфигурации……………………………………………………………………………803.4.
Исследование процессов заселения возбужденных состояний атома неона2p54d, 2p55d –конфигураций………………………………………………………………….863.5. Исследование процессов заселения возбужденных состояний атома неона2p53d, 2p54p – конфигураций…………………………………………………………………94Выводы к главе III……………………………………………………………………………..104Глава IV. Исследование процессов диссоциативной рекомбинации ионовHeNe+, Ne2+ с электронами в состояния атома неона конфигураций 2p55s,2p54d, 2p54p, 2p53d…………………………………………………………………………...1054.1.Методопределенияотносительныхпарциальныхкоэффициентоврекомбинации…………………………………………………………………………………1064.1.1.
Определение парциальных коэффициентов рекомбинации на уровни атоманеона конфигурации 2p55s…………………………………………………………………..1094.1.2. Определение парциальных коэффициентов рекомбинации для состоянийатома неона конфигурации 2p54d………………………………………………………….1174.1.3. Определение парциальных коэффициентов рекомбинации для состоянийатома неона конфигурации 2p54p и 2p53d………………………………………………..1224.1.4. Метод определения абсолютных величин парциальных коэффициентоврекомбинации для состояний 2p55s, 2p54d, 2p54p, 2p53d – конфигураций…………1324.1.5. Сводка результатов по абсолютным величинам коэффициентовдиссоциативной рекомбинации HeNe++e→Ne*+He на уровни исследованныхконфигураций………………………………………………………………………………….1354.2.
Температурные зависимости потоков рекомбинации на уровни атома неонаконфигурации 2p55s, 2p54d………………………………………………………………….13834Выводы к главе IV…………………………………………………………………………….148Заключение…………………………………………………………………………………...149Приложение 1. Учет диффузии в модели распада гелий-неоновой плазмы………151Приложение 2. Пленение резонансного излучения атомов неона в гелий-неоновойплазме…………………………………………………………………………………………..154Список литературы…………………………………………………………………………16045ВведениеСтепень разработанности темы исследованияДаннаяработаявляетсяпродолжениемисследованийэлементарныхпроцессов в гелий-неоновой плазме, проводившихся на кафедре оптики СанктПетербургского университета. Интерес к подобным исследованиям возник послетого, как Джаван [1] с сотрудниками наблюдал в плазме разряда в смеси гелия снеоном инверсию заселенностей и генерацию в инфракрасной области спектра.Позднее в гелий-неоновой смеси была обнаружена генерация в видимом диапазонеспектра [2]. Эти две пионерские работы положили начало большому числуисследований элементарных процессов, протекающих в данной среде.
В течениепоследующих почти 50-ти лет в ходе теоретических и экспериментальныхисследований, были найдены вероятности радиационных переходов и сечениянеупругих столкновений, приводящих к заселению и разрушению возбужденныхсостояний и формированию инверсной населенности. Инверсная населенностьверхних лазерных уровней 2р55s и 2p54s –конфигураций (3s2 и 2s4 по Пашену) всмеси гелия с неоном осуществляется в плазме стационарного газового разрядапри отношении концентраций [He]/[Ne] ≈ 5 благодаря процессам передачивозбуждения [1, 2]He(2 1S0 ) + Ne → He(11S0 ) + Ne(3s2 ) .(1)He(2 3S1 ) + Ne → He(11S0 ) + Ne(2s4 )(2)Эти процессы во всех исследованиях, касающихся спектроскопии Не - Neгазоразрядной плазмы, рассматривается как единственные источники заселениялазерныхуровней.Внастоящейработеисследуетсягелий-неоноваяраспадающаяся плазма, создаваемая импульсным разрядом при соотношенииконцентраций [He]/[Ne]=105 (плазма разряда в гелии с малым содержанием неона),вкоторойнарядуспроцессамипередачивозбуждения,наблюдаютсярекомбинационные процессы, приводящие к заселению возбужденных состоянийатомовнеона.Вионномсоставетакойплазмы,какпоказываютмасс-спектрометрические исследования и исследования на основе явления катафореза[3, 4, 5, 6, 7, 8], наряду с ионами He+, He2+, Ne+ и Ne2+ присутствуют гетероядерныемолекулярные ионы HeNe+, рекомбинация которых с электронамиHeNe + + e → He + Ne * ,(3)56как показало данное исследование, играет существенную роль в образованиивозбужденных состояний атома неона, в том числе и 3s2, в распадающейся плазме.Процессы рекомбинации гетероядерных ионов инертных газов с электронами,несмотря на большое количество работ, посвященных изучению механизмовдеионизации плазмы инертных газов (см., например, обзоры [9, 10, 11, 12, 13, 14])до сих пор остаются практически неизученными.
Единственные имеющиеся кнастоящему времени сведения ограничиваются оценкой константы скоростипроцесса (3) [15] и наблюдением связанного с этим процессом заселения 2р53р –уровней атома неона в распадающейся плазме [16]. Поэтому основной задачейданной работы было исследование этого процесса в распадающейся гелий неоновой плазме, определение парциальных коэффициентов диссоциативнойрекомбинации, отвечающих образованию возбужденных атомов неона в конкретныхсостояниях,атакжеанализконкурирующегопроцессаэлектрон-ионнойрекомбинации с участием ионов Ne2+ : Ne2+ + e → Ne + Ne * .Актуальностьтемыисследования.Исследованиеэлементарныхпроцессов в плазме газового разряда в смеси гелия с неоном актуально по крайнеймере с двух точек зрения.
Во-первых, результаты определения парциальныхкоэффициентов пополняют банк данных о константах скоростей элементарныхпроцессов, определяющих заселение возбужденных уровней атомов в плазме, чтоважно, в частности, для физики активных сред газовых и плазменных лазеров.Например, процессам с участием гетероядерных ионов, таких как HeNe+, ArKr+,ArXe+ и KrXe+, из которых наибольшей энергией связи обладает HeNe+, уделялосьбольшое внимание в работах по кинетике активных сред инфракрасных лазеров насмесях инертных газов.
В ряде работ по анализу Ar-Xe плазмы (например, [17, 18,19, 20] рекомбинация гетероядерных ионов с электронами рассматривалась вмоделях активной среды как основной механизм накачки верхних лазерныхуровней. Однако, подобные модели носят чисто гипотетический характер,поскольку, как указывалось выше, сведения о роли гетероядерных ионов в кинетикевозбужденных атомов и заряженных частиц плазмы смесей инертных газов до сихпор ограничиватся работами [15, 16], и полученными в настоящей диссертацииданными о распределениях потока рекомбинации (3) по возбужденным уровням jатома неона 2p53d, 2p54d, 2p54p, и 2p55s – конфигураций.Во-вторых, получение в эксперименте детальных данных о распределениипотока диссоциативной рекомбинации по возбужденным уровням атомов (в данном67случае атома неона) необходимо для развития теоретических моделей описанияпроцесса, попытки построения которых предпринимаются в последние годы [21, 22,23, 24].Кроме того, полученные данные об элементарных процессах, определяющихзаселение возбужденных состояний атома неона, могут быть использованы длясопоставлениясрезультатамитеоретическихисследованийпотенциаловвзаимодействия (например, [25]), выполненных для системы He + Ne+).Целями и задачами данной работы являются:1)Постановка спектроскопического эксперимента по исследованиюмаксимально широкого набора возбужденных состояний атоманеона, заселение которых в распадающейся He-Ne плазме связанос процессами электрон-ионной рекомбинации HeNe+ и Ne2+.2)Экспериментальноеопределение парциальныхкоэффициентов(констант скоростей) диссоциативной рекомбинации ионов Ne2+ иHeNe+ с электронами, отвечающих образованию возбужденныхсостоянийатоманеонаконфигурацийNe(2p55s),Ne(2p54d),Ne(2p54p), Ne(2p53d).3)Исследованиетемпературнойзависимостирекомбинационныхпотоков в возбужденные состояния атома неона.4)Анализ конкуренции рекомбинации гомо- и гетероядерных ионов сэлектронамивобразованиивозбужденныхатомовнеонаспроцессами передачи возбуждения (1-2).Научная новизна и практическая ценность работы.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
