Диссертация (1149576), страница 3

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

Текст из файла (страница 3)

Образование молекулярных ионов в He-Ne плазме. Ионный составплазмыКак было указано ранее, масс-спетрометрические и спектроскопические [5, 6,7, 8] измерения показали, что в распадающейся гелий-неоновой плазме содержатся5 сортов ионов He+ , He2+ , Ne + , Ne2+ и HeNe+ . В работе [41] было установлено, чтомолекулярные ионы Ne2+ и HeNe + рождаются в реакциях конверсии по следующейцепочке: HeNe + + Ne ++He + Ne → Ne + 2 He , Ne + Ne + He →  + , Ne + 2 He → HeNe + He Ne2 + He +2++В соответствии с [42, 43], гетероядерные ионы исчезают при столкновениях сатомами неона:HeNe + + Ne → Ne2+ + He .Далее приведем сводку основных реакций, формирующих ионный состав впослесвечении гелий - неоновой плазмы [16]. Рождение атомарных и молекулярныхионов гелия He + и He2+ происходит посредством парных столкновений с участиемметастабильтных атомов и молекулβ 11He ( 2 3S1 ) + He ( 2 3S1 ) →He + + He + e(1.2.1)→ He2+ + e1516β 22He2 ( 2 s 3 Σu+ ) + He2 ( 2s 3 Σu+ ) → He+ + 3He + e(1.2.2)→ He2+ + 2 He + eβ 12He2 ( 2 s 3 Σu+ ) + He ( 2 3S1 ) →He + + 2 He + e(1.2.3)→ He2+ + He + e ,константы скоростей (1.2.1)-(1.2.3) хорошо известныβ 22 = (1.5±0.5)·10-9см3/с,β 11 = (1.5±0.3)·10 - 9см3/с,β 12 = (2.5±0.3)·10-9см3/с [44].

Следует отметить, чтопродуктами реакций (1.2.2)-(1.2.3), наряду с ионами He2+ могут являться, например,ионы He3+ , которые, однако, играют существенную роль в ионном составе плазмылишь при температурах, существенно более низких, чем в наших условиях [45].Как уже упоминалось, основной канал рождения молекулярных ионов Ne2+ иHeNe+ - это процессы конверсии при тройных столкновенияхk4Ne + + 2 He → HeNe + + He(1.2.4)k5Ne+ + Ne + He → HeNe + + Ne(1.2.5)k6Ne+ + Ne + He → Ne2+ + He ,(1.2.6)где k 4 = 2.1·10-32см6/с, k 5 + k 6 = 3.0·10-31см6/с при температуре газа T = 300 К [4].Обратные процессы к (1.2.4)-(1.2.6) в наших условиях не реализуются, посколькуэнергия связи молекулярных ионов Ne2+ ((1.26±0.02) эВ) [46] и HeNe + (0.69 эВ) [47]много больше, чем тепловая энергия частиц. Разрушение молекулярного ионаHeNe+ возможно по двум каналам:k7конверсия HeNe + + Ne → Ne2+ + He(1.2.7)( k 7 = 3·10-11см3/с [4])и диссоциативная рекомбинацияαHeNe + + e → Nei* + He ,α ( HeNe + ) - коэффициентдиссоциативной(1.2.8)рекомбинациимолекулярногоионаHeNe+ .1617Уход молекулярных ионов Ne2+ связан с диссоциативной рекомбинациейα ( Ne+ )2 → Ne* + He ,Ne2+ + e i(1.2.9)α ( Ne2+ )- коэффициент диссоциативной рекомбинации молекулярного иона Ne2+ ,α ( Ne2+ )= (1.7±0.1)·10-7(Te/300 K)-0.43 см3/с [48].Поскольку разрушение молекулярных ионовHeNe+в процессе (1.2.7)описывается большой константой скорости, оптимальные условия для наблюденияпроцессов с участием ионов HeNe+ реализуются при малом содержании неона, чтои использовано в настоящем эксперименте.

В таких условиях, независимо отспособа создания плазмы, первичная ионизация связана с появлением ионов He +(в значительно меньшей степени He2+ по каналу ионизации метастабильныхмолекул) а все остальные ионы образуются вследствие ионно-молекулярныхреакций, из которых главную роль, помимо (1.2.4)-(1.2.7), играют следующие:k 10He + + He + He →He2+ + He(1.2.10)k 11He2+ + Ne → Ne+ + He + He ,(1.2.11)где k10 = 0.65·10-31см6/с [44], k11 = 1.4·10-10см3/с [49].Таким образом, в послесвечении распадающейся гелий-неоновой плазмыреализуется следующая цепочка ионных превращений :He+ → He2+ → Ne+ → HeNe+ → Ne2+ .1.3. Рекомбинация молекулярных ионовКак уже было упомянуто выше, исследованию процессов рекомбинациипосвящено большое число работ (см., например, обзоры [9, 10, 11, 12, 13, 14]).

Вданном подразделе обратимся к рассмотрению процессов рекомбинации сучастиеммолекулярныхвозбужденныхатомовионовнеона.ВHeNe + иNe2+ ,приводящихпланезадачнастоящейкобразованиюработыуместноподчеркнуть, что процессу диссоциативной рекомбинации молекулярно иона Ne2+(1.2.9) в неоновой плазме различными исследовательскими коллективами уделенобольшое внимание (например, [21, 22, 23, 24, 50, 51, 52]) в то время как данные о1718диссоциативной рекомбинации молекулярного иона HeNe+ (1.2.8) практическиотсутствуют [15, 16, 53].Одними из первых работ по исследованию рекомбинации иона Ne2+ сэлектронами в распадающейся неоновой плазме (1.2.9) являюся работы [51, 52].

Вработе [52] было проведено исследование эмиссионного спектра в неоновойплазме, а также исследованы плотности ионов в распадающейся плазме.Измерения зависимостей от времени интенсивностей спектральных линий в работе[51] показали, что спектральные линии могут быть разделены на две группы.Первая группа отвечает образованию возбужденных состояний атомов неонапосредством процесса (1.2.9)Ne2 + + e → Ne + Ne * ,при этом атомы неона образуются преимущественно в состояниях с электроннойконфигурацийNe ( 2 p 5 3 p )иNe ( 2 p 5 4 p ) .

Второй группе отвечают процессырекомбинации атомарного иона неона:Ne + + e → Ne* → Ne + hνNe+ + e + e → Ne * +e → Ne + e + hν ,как было упомянуто выше, эти процессы в наших условиях не проявились.Исследованию процесса диссоциативной рекомбинации (1.2.9) на уровни2 p 5 3 p , 2 p 5 3d , 2 p 5 4 p , 2 p 5 4d , 2 p 5 5d - конфигураций, посвящен ряд работ [50, 54,55, 56, 57, 58]. Например, в работе [55] было установлено, что состояния атоманеона конфигурации2 p5 3 pи2 p 5 3dзаселяются в результате процессадиссоциативной рекомбинации (1.2.9) электронов с молекулярными ионами Ne2+ ,находящимися главным образом в основном колебательном состоянии.Процессызаселениясостоянийатоманеона2 p5 4 pконфигурацииисследовались в работе [50]. Было установлено, что верхние уровни даннойконфигурации заселяются в процессе (1.2.9), причем имеет место конкуренциямежду процессами рекомбинации, протекающими с участием молекулярных ионовNe2+ в различных возбужденных колебательных состояниях.

Подобная конкуренцияпроявляется и в заселении 2 p 5 4d - уровней атома неона при низкой температуре1819электронов Te <1500К, в то время как при Te >1500К наблюдается заселение изосновного колебательного состояния иона Ne2+ [58].Авторы [54] показали, что состояния атома неона 2 p 5 5d конфигурациизаселяется вследствие процесса (1.2.9) с участием колебательно возбужденныхионов Ne2+ . Эти результаты были получены на основе анализа температурнойзависимости интенсивности линии атома неона 5037А, излучаемой при переходе5d → 3 p .Такимобразом,каквидноизцитированныхработ,процессдиссоциативной рекомбинации ионов Ne2+ с электронами изучен, в общем, весьмаподробно как в плане его спектроскопических проявлений, так и с точки зрениявклада в скорость деионизации плазмы. Некоторые пробелы, связанные, например,с распределением потока рекомбинации по 3d- уровням, будут устранены в даннойработе.С ионами HeNe + ситуация существенно иная.

Имеющиеся в настоящее времясведения о диссоциативной рекомбинации ионов HeNe+ с электронами (1.2.8)ограничиваются результатами всего лишь нескольких работ. В работе [15] первыебыло оценено значение константы скорости процесса (1.2.8)αHeNe + + e → Nei* + Heα ( HeNe + ) = (1.0±0.2)·10-7(Te/300 K)-1.34±0.11см3/с [15].Работа [15] легла в основу дальнейшего исследования рекомбинационныхпроцессов в гелиевой плазме с малой добавкой неона и постановки задачи внастоящейдиссертациирекомбинации ионовпоHeNe +болеедетальномуисследованиюпроцессовс электронами (1.2.8), а также сопутствующихпроцессов, в частности, передачи возбуждения и диссоциативной рекомбинацииионовNe2+исследованиясэлектронамипроцессовв(1.2.9).ВсамомраспадающейсяначалеHe-Neспектроскопическогоплазмесучастиемгетероядерных молекулярных ионов авторами [15, 16] были высказаны некоторыепредположения о механизмах образования возбужденных состояний атома неона.В [15, 16] предполагалось, что заселение состояния атома неона 4d 4' конфигурации2 p 5 4d происходит только в результате процесса (1.2.8), а уровней конфигурации19202 p5 3 p–врезультатедвухпроцессов:(1.2.8)и(1.2.9).В[16]былопродемонстрировано экспериментальное тому доказательство, суть которогосводится к тому, что зависимость отношения интенсивностей линий неона 5852А и5764А2 p5 3 p → 2 p5 3s(переходыи2 p 5 4d → 2 p 5 3 pсоответственно)враспадающейся плазме от обратной концентрации электронов имеет линейнойхарактер.Выводы к главе IТаким образом, в гелий-неоновой плазме заселение возбужденных состоянийатома неона может быть связано как с процессами передачи возбуждения отметастабильных атомов гелия, так и с процессами электрон-ионной рекомбинации,в которых участвуют ионы Ne2+ , HeNe + , и, возможно, Ne + .В соответствии с изложенным, задачи настоящей работы заключались в том,чтобы:А) Провести спектроскопическое исследование процессов образованиявозбужденных состояний атома неона в распадающейся плазме, создаваемойразрядом в гелии с малой примесью неона ([Ne]/[He] ≈10-5), то есть в условияхсуществования в плазме заметных концентраций гетероядерных ионов HeNe + .Б) Получить информацию о распределении рекомбинационных потоковзаселения возбужденных состояний атома неона 2p55s, 2p54d, 2p54p, 2p53d –конфигурациивпослесвеченивусловияхконкуренциидвухпроцессовдиссоциативной рекомбинации ионов HeNe + и Ne2+ с электронами.В)Измеритьотносительныеиабсолютныевеличиныпарциальныхкоэффициентов диссоциативной рекомбинации ионов HeNe + в состояния 2p55s,2p54d, 2p54p, 2p53d, а для 2p55s, 2p54d и их зависимости от температуры электроновГ) Измерить распределение потоков рекомбинации Ne2+ по уровням 2p54p,2p53d – конфигураций.2021Глава II.

Экспериментальная установка и метод исследованияВ данной работе на первом этапе спектроскопического исследованияпроцессов заселения возбужденных состояний атомов неона 2p55s, 2p54d, 2p54p,2p53d – конфигураций в послесвечении гелий-неоновой плазмы используетсяметод,основанныйинтенсивностейнасравнительномспектральных(линий)(метастабильных атомов He 2 1S0 , He 2 3S1анализеIλ ,)временныхконцентрациизависимостейэлектроновneи молекул He2 (2 s 3 Σu+ ) гелия. Этотанализ в постановке данного эксперимента позволяет установить основные каналызаселения возбужденных атомов неона в фазах разряда и послесвечения. Вторымэтапомэкспериментальногоисследованияявляетсянахождениевеличинпарциальных коэффициентов рекомбинации на уровни 2p55s, 2p54d, 2p54p, 2p53dэконфигураций.Ометодеопределенияпарциальныхкоэффициентоврекомбинации подробно будет рассказано в Главе IV.2.1 Условия экспериментаИсследования проводились в фазе разряда и в послесвечении в смеси гелияс неоном при давлении 38 Торр.

Характеристики

Список файлов диссертации