Диссертация (1149576), страница 19
Текст из файла (страница 19)
видно, что при невысоких температурах электронов kTe = (0.03 ÷0.2) эВ имеет место типичная для рекомбинационного заселения падающая-1.2зависимость потоков квантов с уровней 2p55s, 2p54d, близкая к Te. Отметим, что-(1.34 ± 0.11)эта зависимость сходна с найденной в работе [15] зависимостью Teкоэффициента диссоциативной рекомбинации ионов HeNe+ с электронами. Приболее высоких температурах обнаруживается растущая зависимость потоковзаселения рассматриваемых уровней (Рис.4.2.2.
- пустые символы). Интерпретацияпоследнейтребуетпоискасоответствующегомеханизмаобразованиявозбужденных атомов, для наглядности обратимся к схеме энергегических уровнейрассматриваемых состояний:Рис.4.2.3. Схема энергитических уровней рассматриваемых состояний.142143Существуют три возможных пороговых процесса:а)возбуждение2p55s,2p54dуровнейэлектроннымударомизметастабильных состояний атома неонаб) передача возбуждения от метастабильных атомов гелия [He(21S0)],концентрация которых увеличивается в течение подогревающего импульса (см.
рис.4.2.1) вследствие неупругих столкновений электронов с метастабильными атомамигелия в триплетном состоянии, присутствующими на протяжении всей фазыпослесвечения (Глава 3, Рис.3.1.1.1б):( )()He 23 S1 + e + 0.8 эВ → He 21S0 + e ;(4.2.5)в) включение порогового механизма диссоциативной рекомбинации с+участием ионов Ne 2 , при котором энергия конечного состояния Ne + Ne*(j) выше+энергии молекулярного иона Ne 2 .Перейдем к детальному обсуждению каждого из возможных процессов (а, б, с)а) Возбуждение электронным ударом из метастабильных состояний атоманеона является основным процессом заселения 2p55s, 2p54d уровней в разряде вчистом неоне.
Однако, учитывая, что порог процесса составляет величину более4 эВ, следовало бы ожидать значительно более сильной зависимости J λ if (Te ) вобласти kTe ≥ 0.2 эВ . Увеличение температуры электронов от 0.2 эВ до 0.3 эВдолжнобылобыпривестикростуинтенсивностилинийвexp(− 4 эВ 0.3 эВ) exp(− 4 эВ 0.2 эВ) ≈ 103 раз, что, очевидно не наблюдается вэксперименте.Кроме того, были проведены измерения относительного поглощения налиниях Ne I, 2p1 – 1s2, 5852 Å; 2p2 – 1s3, 6163 Å; 2p3 – 1s4, 6074 Å; 2p6 – 1s5, 6143 Å.Отличное от нуля относительное поглощение было зарегистрировано только налиниях 6163 Å и 6143 Å.
Его максимальное значение составляло 0.065 для линии6143 Å и 0.02 для линии 6163 Å и реализовывалось при t ≈ 500 мкс. Оценкаконцентраций метастабильных атомов неона с использованием вероятностейпереходов A(2p2 – 1s3) = 1.354×107 c-1, A(2p6 – 1s5) = 2.911×107 c-1 [101] привела кзначениям[Ne(1s3)]max ≈ 0.4×109 см-3,[Ne(1s5)]max ≈ 2×109 см-3.Еслипринятьвеличину ≈ 10-15 см2 в качестве сечения возбуждения электронным ударом из143144метастабильного состояния 1s5 [102], то для температуры электронов 0.3 эВ иконцентрации ne = 5×1010 см-3 скорость заселения состояния 3s2 вследствиепередачи возбуждения будет превышать скорость возбуждения электроннымударом приблизительно в 103 раз при t ≈ 500 мкс и [He(21S0)]=3×108 см-3 (см. рис.2).4d '4 это отношение скоростей будет равноДля других состояний 3si иприблизительно102.Такимобразом,заселениесостояний3siвследствиевозбуждения метастабильных атомов неона электронным ударом не играетзаметной роли даже по сравнению с передачей возбуждения (4.2.3) в поздней фазепослесвечения.Малость плотности метастабильных атомов неона является следствиемусловий эксперимента [Ne] ≈10-5 [Не].
Это, во-первых, делает малой частотувозбуждения метастабильных атомов неона электронами из основного состояния,и, во-вторых, увеличивает вероятность выхода резонансного излучения, и, какследствие, скорость разрушения метастабильных атомов за счет «перемешивания»группы 2р53s - уровней электронами [103].Обратимся теперь к механизму (б) передаче возбуждения от метастабильныхатомов гелия [He(21S0)]. Как видно из Рис.4.2.1, нагрев электронов в послесвеченииприводиткроступлотностиметастабильныхатомовHe(21S0)втечениеподогревающего импульса за счет их возбуждения из состояния 23S1 (порогпроцесса 0.8 эВ) (4.2.5)( )()He 23 S1 + e + 0.8 эВ → He 21S0 + e ,вследствие чего возможен процесс передачи возбуждения (4.2.3)()( )He 21S0 + Ne → He 11S0 + Ne* ( j)на исследуемые уровни.
Наиболее ярко это проявляется для уровня 3s2, снаибольшим сечением передачи возбуждения [36].Вклад передачи возбуждения, однако, нетрудно учесть, поскольку, как видноиз рис. 4.2.1, в разряде и на ранней стадии распада его роль достаточно очевидна.Остановимся более подробно на процедуре учета вклада процесса передачивозбуждения (4.2.3) в условиях повышенной температуры электронов.Покажем, как можно найти коэффициент, связывающий регистрируемыйсветовой поток и концентрацию метастабильных атомов He(21S0), на примере144145уровня 3s2 конфигурации 2р55s. Как уже упоминалось (см.
Главу III), в фазе разрядазаселяется главным образоми ранней стадии послесвечения уровень 3s2вследствиепередачивозбуждения(4.2.3)итолькоприt>300-400 мксдиссоциативной рекомбинацией (4.2.1). Вычитая из интенсивности линии 6293Аинтенсивностьполучаемдолюлинии5764А,интенсивностиотнормированную6293Авсоответствующимпослесвечении,образом,пропорциональнуюконцетрации He(21S0).
Таким образом, находя среднее значение отношения[He(21S0)]/(J6293A-J5764A) в течение разрядного импульса t=0÷128 мкс, получаемкоэффициент, связывающий регистрируемый световой поток и концентрациюметастабильных атомов. Проведенные рассуждения иллюстрирует Рис. 4.2.4.1451464J, число квантов10J6293AJ5764A310t=128 мкс2104J, число квантов17-3[He(2 S0)]/10 , см10t=128 мксJ6293A-J5764A17[He(2 S0)]/1031021002004006008001000t, мксРис. 4.2.4. Зависимости от времени интенсивностей 6293А и 5764А, а такжеих разность, поясняющие связь светового потока с концентрацией метастабилей.Таким образом, зная соответствующий коэффициент пропорциональности ииспользуя полученную в эксперименте зависимость от времени величиныотносительногопоглощения(иликонцетрацииHe(21S0))приналичииподогревающего импульса, можно определить вклад процесса (4.2.3) в каждыймомент послесвечения.146147Результаты пересчета температурных зависимостей (Рис.
4.2.2) показывают,что и после вычитания вклада процесса (4.2.3) сохраняется рост потоков заселения'уровней 3si и 4d 4 при kTe > 0.2 эВ.Третий возможный механизм (в) заселения уровней 3si и 4dn в областиkTe ≥ 0.2эВсвязансвключениемпороговогопроцессадиссоциативной+рекомбинации с участием ионов Ne 2 . Как видно из Рис. 4.2.3, уровень энергииосновного, наиболее населенного колебательного состояния иона v = 0 лежит на(0.3 ÷ 0.4) эВ ниже уровней 3si. Поэтому захват электрона ионом Ne 2 (v = 0 ) на+соответствующийотталкивательныйтермвозможентолькоприэнергияхэлектронов, достаточных для преодоления порога.Проявлениепороговогопроцесса+диссоциативнойрекомбинации+гомоядерных молекулярных ионов Ne 2 , Xe 2 в кинетике возбужденных атомов приповышенных температурах электронов наблюдалось в ряде работ [12].
Вероятно,чтоивусловияхзависимостейданногосвязанысэкспериментавключениемрастущиеионовветвиNe2+втемпературныхформированиерекомбинационного потока заселения 3si – и 4dn уровней. совместно с HeNe+. Какследует из модели, плотность ионов Ne2+ в раннем послесвечении растет современем, и в моменты нагрева электронов в данном эксперименте несильноотличается от плотности HeNe+. Однако, для более детального исследованиярастущихтемпературныхзависимостейтребуютсяпроведениедальнейшихэкспериментов, и прежде всего, расширение диапазона kTe.147148Выводы к главе IV1) Тестовый эксперимент по измерению температурной зависимости молекулярнойполосы гелия около 4550А дал засимость[79]α M ∝ Te−1.4 , близкую к результам работыα M ∝ Te−1.5 , что подтверждает правильность постановки нашего эксперимента иизмеренй.2) На основании анализа реакции интенсивностей спектральных линий 2p55s 2p53p, 2p5 4d- 2p53p переходов атома неона на импульсный нагрев электронов враспадающейся плазме найдены температурные зависимости потоков заселения3si и 4d4' уровней от температуры электронов Ji(Те).
В диапазоне температурэлектронов kТе = (0.03 - 0.2) эВ эти зависимости отражают изменение парциальныхкоэффициентов диссоциативной рекомбинации ионов HeNe+ с электронами сростом Те хорошо аппроксимируются функцией J(Те) ~ Te-1.2, которая близка кзависимости коэффициента диссоциативной рекомбинации HeNe+ ~ Te-1.[15].3)НаблюдаемыйпритемпературахkТе ≥ 0.2 эВростпотоковзаселениярассматриваемых уровней отражает участие в процессе порогового механизмадиссоциативной рекомбинации молекулярных ионов Ne 2 (v = 0 ) с электронами.+148149ЗаключениеВпервые в практике эксперимента проведено комплексное исследованиемеханизмов заселениявозбужденных состояний атома неона в условияхприсутствия гетероядерных молекулярных ионов и их существенной, а для рядасостояний определяющей, роли в формировании оптических характеристикраспадающейся He-Ne плазмы.
На основании этого исследования:1.Проведенаклассификациявозбужденныхуровнейатоманеона,излучающих в диапазоне длин волн 3400-8500 А, по степени участия трех основныхмеханизмов – передачи возбуждения и рекомбинации гомо – и гетероядерныхионов с электронами в кинетике их населенностей.2. Найдено распределение потока диссоциативной рекомбинации ионовHeNe+ с электронами по возбужденным уровням 2р53d, 2p54p, 2p54d и 2p55sконфигураций и ионов Ne2+ по уровням 2р53d, 2p54p – конфигураций.
При этомпоказано, что и в условиях данной работы - при предельно малой относительнойплотности неона [Ne]/[He] ≈ 10-5 – выполняется установленное в экспериментах сраспадающейся плазмой чистых инертных газах правило, согласно которому впроцессе заселяются лишь те уровни, которые в шкале энергии расположены нижеосновного колебательного уровня иона.
Это указывает на то, что колебательновозбужденные ионы Ne2+ не вносят заметного вклада в формирование оптическихсвойств распадающейся плазмы.3.ОпределеныдиссоциативнойабсолютныерекомбинациивеличиныионовHeNe+,парциальныхкоэффициентовотвечающихобразованиювозбужденных состояний атома неона указанных выше конфигураций.4.
Измерены температурные зависимости парциальных коэффициентоврекомбинации ионов HeNe+ в состояния 2p55s, 2p54d. Для диапазона температурэлектронов kTe = (0.03 ÷ 0.2) эВ имеет место типичная для рекомбинационногопроцесса падающая зависимость потоков квантов с уровней 2p55s, 2p54d от149150-1.2температуры электронов, близкая к Te.
При более высоких температурахобнаруживается растущая зависимость потоков заселения рассматриваемыхуровней, которая может быть связана с пороговым процессом диссоциативнойрекомбинации Ne2+ + e → Ne + Ne * .5. На основании наблюдения эволюции рекомбинационных потоков вместе сзаселением возбужденных уровней атома неона вследствие передачи возбуждениясформулированы условия доминирования того или другого механизма.Взаключениеяхочупринестиглубокуюблагодарностьмоемунаучномуруководителю профессору Иванову Владимиру Александровичу и доценту СкоблоЮрию Эдуардовичу за помощь в проведении эксперимета и подготовке рукописидиссертации.150151Приложение 1Учет диффузии в модели распада гелий-неоновой плазмыВ предложенной нами модели распада гелий-неоновой плазмы (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
