Диссертация (1149576), страница 12
Текст из файла (страница 12)
3.4.1а. Поскольку уровни 2p54dлежат в узком диапазоне по энергии (20.7÷20.8) эВ [69], следует ожидать, что все 12уровней заселяются в послесвечении в результате одного и того же процесса. Длякачественного анализа ограничимся рассмотрением некоторых зависимостейинтенсивностей линий λ=5918 А (4s1'→2p3) и λ=5343 А (4d6→2p10) из нижнего ивернего состояний 2p54d–конфигурации, соответственно, а также промежуточныхсостояний: λ=5764 А (4d4'→2p9) и λ=5748 А (4d1'→2p9). На Рис.
3.4.1а. приведенызависимости от времени интенсивностей указанных линий в послесвечении, моментвремени t=0 соотвествует началу разряда, длительность разряда t=128 мкс (нарисунке обозначена пунктироной линией).8687J, число квантов105104103102101J5918AJ5764AJ5748AJ5343At=128мкс10001000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000t, мксРис.3.4.1а.
зависимости от времени интенсивностей спектральных линииатома неона на переходах 2p54d-2p53p: λ=5918 А (4s1'→2p3), λ=5343 А (4d6→2p10),λ=5764 А (4d4'→2p9), λ=5748 А (4d1'→2p9). Разрешение 64 мкс.Из Рис. 3.4.1. видно, что в фазе послесвечения при t>300мкс зависимости отвремени всех интенсивностей одинаковы, что свидетельствует об одном и том жемеханизме заселения всех уровней 2p54d конфигурации в послесвечении.Что касается фазы разряда, то из Рис.
3.4.1.б видно наличие корреляциимежду(зависимостямиотвремениинтенсивностейспектральныхлинийи) He 2 1S , что свидетельствует о том, что в фазе разряда состояния 2p54d0 конфигурации главным образом заселяются за счет передачи возбуждения, но вменьшей степени чем состояние 3s2 - 2p55s-конфигурации.8788200400600800J, число квантовJ5764AJ5343A10100010121011J5748AJ5918A4-301[He(2 S0)]10310101021091011080200400600800100015[He(2 S0)], см10t, мксРис. 3.4.1б. зависимости от времени интенсивностей спектральных линии атоманеона на переходах 2p54d-2p53p: λ=5918 А (4s1'→2p3), λ=5343 А (4d6→2p10),()λ=5764 А (4d4'→2p9), λ=5748 А (4d1'→2p9) и He 2 1S0 . Разрешение 8 мкс.Как уже упоминалось ранее, предположение о рекомбинационном механизмезаселения состояний атома неона 2p54d в послесвечении гелий-неоновой плазмыбыли впервые высказано в работе [15]. В параграфах 3.2.
и 3.3. на основекачественного анализа (Рис. 3.3.1б) и построенной модели, было получено, чтосостояния конфигураций 2p54d и 2p55s в послесвечении при t>300мкс заселяютсявследствие одного и того же процесса диссоциативной рекомбинации:()HeNe + + e → Ne 2 p5 5s, 2 p5 4d + He .(3.4.1)В качестве ещё одного наглядного аргумента в пользу того, что состояния52p 4d конфигурации в послесвечении заселяются за счет (3.4.1), рассмотримотношениеинтенсивностимолекулярнойполосыоколо4550 AHe28889(h4sσ Σ3 +u→ b 2 pπ 3Π g)к интенсивности линии неона 5764 А ( 4d '4 → 2 p9 ) вприближении квазистационарного баланса. Обращение к молекулярной полосегелия около 4550 Аобстоятельствами:(h4sσ Σ3 +u→ b 2 pπ 3Π gво-первых,данная)было обусловлено следующимимолекулярнаяполосадостаточноинтенсивна, что упрощает процесс её регистрации; во-вторых, известно [44], что()заселение состояния молекулы гелия h 4sσ 3Σu+ происходит вследствие процесса:()He2+ + e + He → He2 * h 4sσ 3 Σu+ + He .(3.4.2)Значение суммарного коэффициента трехчастичной рекомбинации составляетα M = (5±1)·10-27 см6/с [44].Таким образом, интенсивность молекулярной полосы((J He2 * h 4 sσ 3Σu+)) ∼ α Mh ⋅ He2+ ⋅ ne ⋅ [ He] ,(3.4.3)где α Mh -коэффициент рекомбинации, приводящей к заселению молекулярного()состояния гелия He2 * h 4sσ 3Σu+ (3.4.2)Если заселение состояние атома неона 4d4' конфигурации 2p54d происходитвследствие диссоциативной рекомбинации гетероядерных молекулярных ионов сэлектронами (3.4.1.), то интенсивность линии из 4d4' (в экспементе использоваласьнаиболее яркая линия из 2p54d конфигурации - 5764 А):4d ′+J ( Ne ( 4d 4′ ) ) ∼ α HeNe+ ⋅ HeNe ⋅ ne ,(3.4.4)4d '4где α HeNe+ - парциальный коэффициент диссоциативной рекомбинации (3.4.1),приводящей к заселению состояния 4d '4 ;Из формул (3.4.3) и (3.4.4) отношение рассматриваемых интенсивностейможет быть записано следующим образом:((J He2 * h 4sσ 3Σu+J ( Ne ( 4d 4′ ) ))) ∼hαM4d ′α HeNe+ He2+ ⋅ [ He]⋅ HeNe + (3.4.5) He2+ , обратимся к цепочкеЧтобы найти отношение концентраций ионов HeNe + ионно-молекулярных реакций (3.2.18), (3.2.19), (3.2.22)-(3.2.24), протекающих в8990послесвечениигелийнеоновойплазмывусловияхнашегоэксперимента(см.параграф 3.2.).
Для наглядности приведем указанные процессы ещё раз:k18He + + 2 He →He2+ + He , k18 = (6.2±0.5)·10-32см6/c [44]k19He2+ + Ne →Ne + + 2 He , k19 = 1.4·10-10см3/c [49]k22Ne + + 2 He →HeNe + + He , k22 = (2.3±1)·10-32см6/c [3]k23HeNe + + e →Ne * + He , k23 = (1.0±0.2)·10-7см6/c [15]k24HeNe + + Ne →Ne2+ + He , k24 = (3±1)·10-11см3/c [4]Отношениеконцентрацийионов He2+ / HeNe+ можетбытьнайденоизрассмотренной в параграфе 3.2 (Глава III) модели, но в условиях нашегоэксперимента задача нахождения отношения He2+ / HeNe+ может быть решенаболее наглядным способом в приближении квазистационарного баланса. На основеионно-молекулярных реакций (3.2.19)-(3.2.24) для концентраций ионов Ne+ и HeNe+могут быть записаны уранения:d Ne + dt Ne + 2= k19 ⋅ He [ Ne ] − Ne+ − ( k20 ⋅ [ He ] + k21 ⋅ ne ) ⋅ Ne + ne − k22 ⋅ Ne+ [ He]τad HeNe + dt+2 HeNe + = k22 ⋅ Ne [ He ] − HeNe+ − k23 ⋅ HeNe + ne − k24 ⋅ HeNe + [ Ne ]τa+2(3.4.6)(3.4.7)Как показывают простые оценки (см.
Приложение 1), диффузионными уходом вуравнениях (3.4.6), (3.4.7) можно пренебречь.Прихарактерныхτ ( Ne+ ) = 1/ ( k22 ⋅ [ He]2 )временахпослесвеченияt >>τ ( Ne+ ) ,τ ( HeNe+ ) , где= 4·10-5c - характерное время жизни иона Ne + по отношениюк процессу конверсии (3.2.22), аτ ( HeNe+ ) = 1/ ( k23 ⋅ ne + k24 ⋅ [ Ne])≤ 0.77·10-3c -характерное время жизни иона HeNe + по отношению к процессу рекомбинации(3.2.23) и конверсии (3.2.24) (при ne ≥ 1010см-3), имеет место квазистационарныйбаланс плотностей ионов Ne + , HeNe + .
Кроме этого в уравнении (3.4.6) в нашихусловиях можно не учитывать слагаемые, отвечающие процессам (3.2.20) и (3.2.21).9091Таким образом, на основе сделанных упрощений уравнения (3.4.6) и (3.4.7) примутвид:k19 ⋅ He2+ [ Ne ] = k22 ⋅ Ne+ [ He](3.4.8)k22 ⋅ Ne + [ He ] = k23 ⋅ HeNe+ ne + k24 ⋅ HeNe+ [ Ne](3.4.9)22и отношение концентраций ионов He2+ / HeNe+ может быть записано в виде He2+ k23 ⋅ ne + k24 ⋅ [ Ne ]=.k19 ⋅ [ Ne] HeNe + (3.4.10)С учетом (3.4.10) отношение интенсивностей (3.4.5) окончательно можетбыть записано следующим образом:((J He2 * h 4sσ 3Σu+J ( Ne ( 4d 4′ ) ))) ∼ α Mh ⋅ [ He] ⋅ 4d ′α HeNe+k23 ⋅ nek + 24 . k19 ⋅ [ Ne ] k19 (3.4.11)((На Рис.
3.4.2. приведено отношение интенсивностей J He2 * h 4 sσ 3Σu+)) / J ( Ne ( 4d ′ ) )4от концентрации электронов в фазе послесвечения [90].9192J4550A/J5764A0,0180,016J4550A/J5764A=B*ne+A0,014B=(3.11±0.08)10-3A=(1.1±0.2)10-130,0120,0100,0080,0060,004101,5x10102,0x1010102,5x103,0x10103,5x10ne, см10104,0x104,5x10105,0x10-3Рис. 3.4.2. Зависимость отношения интенсивностей((J He2 * h 4 sσ 3Σu+)) / J ( Ne ( 4d ′ ) ) от концентрации электронов.4Из Рис.
3.4.2 видно, что в эксперименте действительно наблюдается((линейная зависимость отношения J He2 * h 4 sσ 3Σu+)) / J ( Ne ( 4d ′ ) )4от концентрацииэлектронов. Эта зависимость может быть представлена линейной функциейY = B ⋅ ne + A ,где B =hαM4d ′α HeNe+(3.4.12)hαM⋅ [ He ] k24k23 [ He ]⋅⋅, A=.⋅4d ′k19 [ Ne ]α HeNe+ k19Чтобы проверить соответствие экспериментальной зависимости Рис.
3.4.2 иформулы (3.4.11), было выполнено сравнение численных значений отношения9293коэффициентовA, полученных из линейной аппроксимации и из аналитическогоBрасчета. Согласно выражению (3.4.12), отношениеследующимk24 = (3±1)·10образом:-11A k24=⋅ [ Ne ] ,B k23гдеAможет быть представленоBвеличины-76k23 = 1·10 см /c[15],см3/c [4], [ Ne] = 10 13см-3.Таким образом, численное значение отношенияA, вычисленное по формулеBAAA k24=3·109 см-3. Значение, полученное из линейной=⋅ [ Ne ] , составляетBBB k23аппроксимации, составляетA=3.6·109 см-3.BСоответствие измеренных и рассчитанных значений для отношенияABявляется подтверждением справедливости предположения о том, что состояниеатома неона 4d '4 заселяется вследствие процесса диссоциативной рекомбинациигетероядерных ионов HeNe+ с электронами (3.4.1).Кроме этого, наблюдающаяся в эксперименте линейная зависимость((J He2 * h 4 sσ 3Σu+численным)) / J ( Ne ( 4d ′ ) )от4расчетамнаосновеконцентрацииэлектроновпредложенноймодели.соответствуетТакимобразом,относительно процессов заселения состояний атома неона конфигурации 2p54dможно сделать следующие выводы:1) В фазе послесвечения при временах t>300мкс все уровни атома неона2p54dконфигурациизаселяютсядиссоциативнойрекомбинациейHeNe+ + e → Ne * + He , так же как и состояния 2p55s конфигурации.2) Чтокасаетсяфазыразряда,существуеткорреляциямеждузависимостями от времени интенсивностей некоторых спектральныхлиний 4d - 3р переходов()и He 2 1S0 , что свидетельствует о том,состояния 2p54d конфигурации также заметным образом заселяются засчет процесса передачи возбуждения, но в меньшей степени чем уровень3s2.93943.5.
Исследование процессов заселения возбужденных состояний атома 2p53dи 2p54p – конфигурацийВ данном параграфе перейдем к анализу излучения с уровней 2p53d, 2p54p –конфигураций, которые на основании классификации, проведенной в разделе 3.1,заселяются в фазе послесвечения вследствие 2-х процессов диссоциативнойрекомбинации:HeNe + + e → He + Ne(2 p 5 3 p, 2 p 5 3d , 2 p 5 4 p)(3.5.1)Ne2+ + e → Ne + Ne(2 p5 3 p, 2 p5 3d , 2 p5 4 p) .(3.5.2)Наряду с полученными результатами для уровней 2p53d, 2p54p, в качествеиллюстрации приведем также данные о заселении состояний 2p53p [16].На первом этапе анализа процессов заселения 2p53d, 2p54p конфигураций,остановимся подробнее на взаимном расположении энергетичиских уровней 2p53p,2p53d, 2p54p и состояний молекулярных ионов HeNe+ (v) и Ne2+ (v) (для наглядности,приводим здесь еще раз Рис.3.1.3.1).+21v=0HeNe5n=6n=5+n=5v=0Ne+2n=4n=319181716n=5n=45852AE, эВ20552p ns 2p np 2p nd 2p5nf5764ANe1s21s31s41s56402A22n=422He211n=42 S03n=32p12p22p3...2p82p92p102 S120193+He2(a Σu )1817n=3169495Все уровни 2p53d (20.02÷20.15) эВ [69]– конфигурации лежат ниже основногоколебательного состояния v=0 ионов HeNe+ (20.87-21.01 эВ) [47, 81, 82, 83, 84] иNe2+ (20.21-20.43 эВ) [91, 92, 93, 46].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
