Диссертация (1149576), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Плазма создавалась импульсным разрядом встеклянной трубке длиной 25 см, диаметром 2.8 см. Длина светящегося столбаплазмы 20 см. Амплитуда тока в разряде составляла 10÷20 мА, что соответвуетплотности электронов (5÷10)·1010 см-3, длительность разрядного импульса 128 мкс,периодповторения8400 мкс,концентрацииатомовгелияинеона[He] = 1.22 ⋅ 1018 см −3 , [Ne] ≈ 1013 см −3 , соответственно. Таким образом, концентрацииатомов гелия и неона отличались на 5 порядков величины:[He] ≈ 10 5 .[Ne]Подобныеусловия использовались в работах [15, 16].
Следует заметить, что выбор такихусловийпозволилмаксимальноупроститьцепочкуионныхпревращений,проследить изменение ионного состава плазмы во времени и его связь свременным ходом интенсивностей спектральных линий. Как будет показано в Главе3 на основании моделирования процессов в распадающейся плазме, условие2122малости относительной плотности неона[He] ≈ 10 5[Ne]оказывается принципиальноважным для надежной идентификации и разделения конкурирующих процессов,заселяющих возбужденные состояния атома неона и определения величинпарциальных коэффициентов диссоциативной рекомбинации ионов Ne2+ , HeNe+ сэлектронами.
При меньших количествах неона плотности ионов HeNe + оказываютсяслишком малыми для регистрации связанных с их рекомбинацией световых потоков(отметим, что в наших экспериментах регистрация одной зависимости от времениинтенсивноти спектральной линии J(t) часто требовала более чем 12 – часовогонакопления сигнала). При увеличении доли неона относительная плотность ионовHeNe+возрастает незначительно, а эволюция процессов в послесвеченииускоряется, что требует регистрации излучения с более высоким временнымразрешением и, соответсвенно, еще более длительным накоплением сигналов(напомним, частота повторения процесса ограничена из-за возможного разделениясмеси вследствие явления катафореза).
Таким образом, в работе выбраныэкспериментальныеусловия,близкиекоптимальнымдляисследованиярекомбинации гетероядерных ионов.2.2. Экспериментальная установкаВ состав экспериментальной установки входили вакуумная система, системаорганизации импульсного разряда с «подогревом» электронов в стадии распадаплазмы и синхронизации с ним процесса измерения, система регистрации световыхпотоков, разрядного тока и напряженности продольного электрического поля.2223ВВВ«-»ДУR1R1ТК 1ТК 2АнодR2R2RбM1КатодО1M2ДРС1-70RiY1239104Y2ФЭУ77Г5-56Усилитель формировательМногоканальныйсчетчик импульсовРис. 2.2.1. Блок-схема экспериментальной установки.Вакуумная система позволяла откачивать разрядную трубку до остаточногодавления p ≈ 10−6 мм. рт.ст. .
Внутренние поверхности вакуумной системы тщательнообезгаживалисьпутемпрогреваВЧ-разрядомподоткачкой.Дляочисткиисследуемого газа от остатков атмосферных примесей при заполнении разряднойтрубки исследуемый газ пропускался через ловушки с активированным углем ицеолитом, охлаждаемые до температуры жидкого азота. Сначала разрядная трубказаполнялась неоном при очень низком давлении. Неон с концентрацией атомов[Ne] ≈ 1013 см −3 получался путем многократного увеличения объема, начиная сдавления p ( Ne ) ≈ 0.5 мм. рт.ст. .
Затем в разрядную трубку напускался гелий,очищенный от примесей. Удаление малой примеси неона, присутствующей даже вспектрально чистом газе, достигалось путем фильтрации гелия в дополнительнойразрядной ячейке, действие которой было основано на разделении газоввследствие катафореза в разряде постоянного тока.Плазма создавалась в стеклянной разрядной трубке радиусом 1.4 см срасстоянием между электродами 50 см.
Анод и катод располагались в стеклянныхбоковых отростках. Таким образом, приэлектродные области находились внеоптическойоси,иоптическаясистемасобиралаизлучениетолькоиз2324положительного столба. В качестве катода и анода использовались электродыразрядных трубок лазеров ЛГ-56 и ЛГ-38.Для измерения напряженности продольного электрического поля в трубкубыли впаяны два зонда из молибденовой проволоки диаметром 0.3 мм.Измерение световых потоков велось вдоль оси разрядной трубки. Выделениеспектральных интервалов осуществлялось с помощью монохроматора МСД сдисперсией ≈ 11 А/мм, ширинами входной и выходной щелей 0.1 мм. В качествеприемникаизлученияиспользовалсяфотоумножительФЭУ-77.Регистрациясигнала ФЭУ велась в режиме счета фотонов. Для измерения зависимостейинтенсивностей спектральных линий от времени использовался многоканальныйсчетчик, описанный в работе [59].
Калибровка чувствительности измерительнойсистемы в абсолютной мере проводилась с помощью эталонного источника LS-1CAL LSC154.На Рис.2.2.2. приведен квантовый выход оптической системы (отношениечисла зарегистрированных однофотонных импульсов к числу фотонов, попавших вмонохроматор)2425-210-3qλ10-410350400450500550600650700750800850λ, нмРис.2.2.2. Квантовый выход qλ оптической системы.Период повторения импульсов разряда задавался генератором Г5-56(рис. 2.2.1.). Этот генератор по первому каналу управлял транзисторным ключомТК1, подключавшим высоковольтный выпрямитель ВВВ к катоду разрядной трубкичерез балластное сопротивление 30 кОм на время импульса разряда. Второй каналгенератора Г5-56 управлял работой транзисторного ключа ТК2, который в фазепослесвечения формировал зондирующий импульс. Часть высокого напряжения,уменьшенная делителем, на время зондирующего импульса подавалась на катодразрядной трубки.
Измерения тока и напряженности электрического поля во времяэтого импульса позволяли найти среднюю по сечению разрядной трубкиконцентрацию электронов. Ток i измерялся по падению напряжения на резисторе Riс помощью осциллографа С1-70. Напряженность поля E измерялась по разностипотенциалов зондов с помощью двух идентичных делителей напряжения R1-R2 идифференциального усилителя ДУ. Величины резисторов R2 были достаточно2526велики (масштаба 10 МОм), чтобы зонды можно было считать изолиролванными.Расстояние между зондами составляло 111 мм.Импульс запуска с генератора Г5-56 использовался для синхронизацииработы многоканального счетчика импульсов.
В эксперименте использовалсярежим со 128-ю каналами и с шириной одного канала (4 ÷ 64) мксек. «Мертвое»время между каналами, использовавшееся для перезаписи информации из ячеекпамяти в счетчик и обратно, составляло 0.75 мксек.2.3. Измерение интенсивностей спектральных линийВ эксперименте измерялись интенсивности линий неона, соответствующихпереходамиз2 p 5 4d → 2 p 5 3 p ,различныхвозбужденных2 p 5 3 p → 2 p 5 3s ,состояний:2 p 5 4 p → 2 p 5 3s ,2 p 5 5s → 2 p 5 3 p ,2 p 5 3d → 2 p 5 3 pТакжепроводились контрольные измерения интенсивностей линий атома гелия на длинах()(волн 5016А 31 P1 → 21 S 0 , 5876А 33 D123 → 23 P012полосHe2около)(4550А h 4sσ 3 Σu+ → b2 pπ 3Π gи интенсивностей молекулярных),()6400А d 3sσ 3 Σu+ → b2 pπ 3Π g ,происхождение которых хорошо известно [60, 61].При регистрации интенсивностей спектральных линий 2 p 5 5s → 2 p 5 3 p и2 p 5 4 p → 2 p 5 3s переходов возникли некоторые сложности.
Одна из них вызванатем, что рядом с линией 6328А расположена значительно более интенсивная линия6334А (переход 2p53p→2p53s, 2p8→1s5 (в обозначениях Пашена)), создающаяфоновую засветку, а также линия 6330А (переход 2p55s→2p53p, 3s4→2p7 (вобозначениях Пашена)). Поэтому для того, чтобы исключить влияние фоновойзасветки мы проводили измерения заселенности уровня 3s2 по интенсивностилинии 6293A, у которой верхний уровень тот же, что и у линии 6328А.
На рис. 2.3.1а,2.3.1б, в. приведены спектры атома неона NeI в диапазоне длин волн от 6320А до6345А различных источников.Видно, в частности, что в разрядной трубке лазера ЛГ-56 (использовалась вкачестве реперного источника при поиске слабых линий) яркость линии 6328А(рис.2.3.1а) намного выше, чем в чистом неоне (рис.2.3.1б).26274Интенсивность10Рис.2.3.1а.Спектр высокочастотногоразряда в трубке гелийнеонового лазера ЛГ-56около линии 6328 А.310210632063256330633563406345Длина волны (А)3Интенсивность10Рис.2.3.1б.Спектр ВЧ-разряда в чистомнеоне.210110Интенсивность632010510410363256330633563406345Длина волны (А)Рис.2.3.1в.Интегральный по времениспектр излучения плазмы всмеси гелия с неоном 105 : 1210632063256330633563406345Длина волны (А)Другаясложностьпроявиласьпринаблюденииспектральныхлиний2 p 5 4 p → 2 p 5 3s - переходов. Для группы 2 p 5 4 p уровней были проведены измерения2728лишь на длинах волн 3454Ǻ, 3447Ǻ, 3470Ǻ, 3520Ǻ.
Дело в том, что некоторые линии2 p 5 4 p → 2 p 5 3s - переходов в наших условиях являются настолько слабыми посравнению с другими линиями атома неона (например, линиями 2 p 5 4d → 2 p 5 3 p ,2 p 5 3 p → 2 p 5 3s - переходов),чтоихнадежнаярегистрациятребоваланеприемлемо больших времен измерения. К тому же, ситуация осложняется тем,что линии переходов 2 p 5 4 p → 2 p 5 3s лежат в диапазоне длин волн 3400Ǻ ─ 3800Ǻ,который в наших условиях заполнен достаточно сильными молекулярнымиполосами гелия [62, 63, 64].
Указанные обстоятельства объясняют тот факт, что вработе были проведены измерения зависимостей от времени интенсивностейлиний только на длинах волн 3454Ǻ, 3447Ǻ, 3470Ǻ, 3520 Ǻ и приводятся результатыанализа только для 4 из 10 уровней конфигурации 2р54р.2.4. Измерение концентраций метастабильных атомов He(21S0), He(23S1), имолекул гелия He2(2s3Σu+)2.4.1. Измерение концентрации метастабильных атомов гелия He(21S0)Относительное поглощение на линии 5016А HeI , измеренное методом двухтрубок, использовалось для определения концентрации метастабильных атомов( )гелия He 21S 0[65, 66].
В нашем эксперименте использовались две разрядныетрубки: первая – с исследуемой смесью гелия с неоном (основная трубка) и вторая,наполненная чистым гелием (просвечивающий источник). Они были расположенына оптической оси одна за другой, как показано на Рис.2.4.1.1.МонохроматорИсточникОсновная трубкаHe-Ne смесьФокусирующаялинзаРис. 2.4.1.1. Схематичное изображение 2-х трубок.Концентрация атомов гелия в основной трубке и в просвечивающемисточнике,составляли[He]T= 1.22 ⋅ 1018 см −3и[He]И= 1.04 ⋅ 1018 см −3 ,2829соответственно.
Эти значения концентраций атомов были вычислены с учетомнеоднородного разогрева газа при протекании тока через разрядную трубку.Вэкспериментеспомощьюмногоканальногосчетчикафотоноврегистрировался суммарный световой поток от двух разрядных трубок: основной ипросвечивающей. Затем регистрировался поток только от основной разряднойтрубки и вычитался и из суммарного светового потока. Таким образом, получалсясветовой поток от просвечивающей трубки, уменьшенный за счет поглощения восновной трубке.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
