Диссертация (1149576), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Генератор Г5-54 запускался синхроимпульсомгенератора Г5-56. Импульс с первого канала генератора Г5-56 использовался дляуправления электронным ключем ТК2. Ключ ТК2 использовался для формированияв фазе послесвечения дополнительного импульса, который подавался на катод4445разрядной трубки. Дополнительный импульс напряжения в фазе послесвеченияиспользовался в 2-х целях: для «подогрева» электронов элекитрическим полем идля измерения концентрации электронов по проводимости плазмы в моментформирования зондирующего импульса. Напряжение подогревающего элетронныйгаз импульса и зондирующего импульса снималось с цепочки из 15 стабилитронов(КС-130),подключенныхдополнительномдискретнымкимпульсеобразом,накопительнойвфазеподключаяемкости.послесвеченияэлектронныйУровеньможноключнапряжениябыло(ТК2)квизменитьодномуизстабилитронов. ТК2 был собран на 3-х транзистронах КТ809, которые управлялисьпо базовым цепям напряжением со вторых обмоток высоковольтного импульсноготрансформатора. Разделительный высоковольтный диод VD1«отсекал» цепьподогрева от катода разрядной трубки на время импульса разряда.
Для измерениятокачерезразряднуютрубкуиспользовалсярезисторRi,включенныйпоследовательно с разрядной трубкой между анодом А и «землей».2.7. Вычисление температуры электронов по напряженности поляСвязь температуры электронов Te с напряженностью продольного электрическогополя дается уравнением баланса энергии, которое сводится к равенству среднейэнергии приобретаемой электронами в продольном электрическом поле E, иэнергии, теряемой ими при столкновениях с атомами.
В наших условияхпреобладают упругие электрон-атомные столкновения. Скорость дрейфа u итемператураэлектроновTeопределялисьпополученнойвэкспериментеприведенной напряженности электрического поля E/N на основе зависимостейu(E/N) и Te(E/N), которые были рассчитаны авторами работы [15].45464,03,53,0kTe, эВ2,52,01,51,00,50,0012345678910E/N, ТдРис.
2.7.1. Зависимость температуры электронов от параметра E/N.2.8. Измерение концентрации электроновИзмерение концентрации электронов ne ( t ) в послесвечении было проведенометодом зондирующего импульса, с помощью которого по проводимости плазмыможно найти усредненную по поперечному сечению разрядной трубки величинуne ( t ) [75].Величина ne ( t ) определялась на основании связи между током черезразрядную трубку и напряженностью продольного электрического поля:RRE (t )) ⋅ ne (r , t )rdr ,i (t ) = 2π ⋅ e ⋅ be (Te ) ⋅ E (t ) ⋅ ∫ ne (r , t )rdr = 2π ⋅ e ⋅ u (N a ∫00(2.8.1)4647be (Te )где-подвижностьэлектроновнапряженность электрического поля;RпритемпературеTe ;E (t ) –– радиус разрядной трубки;Na– E (t ) концентрация атомов; u - скорость дрейфа электронов. Na Для измерения проводимости плазмы и, соответственно, концентрацииэлектронов в фазе послесвечения формировался зондирующий импульс иизмерялисьимпульсныезначениятокаинапряженностипродольногоэлектрического поля.
Зависимости скорости дрейфа электронов (Рис. 2.7.1) отвеличины приведенного электрического поля E / N a были взяты из работы [76]. Внастоящей работе профиль распределения электронов по радиусу разряднойrтрубки предполагался бесселевским J 0 2.405 ⋅ , как это принято при описанииRдиффузионного разряда.61.0x106u, см/с1.5x105.0x1050.00123-1742567E/Na, 10 В смРис.2.8.1.
Зависимость скорости дрейфа электронов от отношения E / N a .4748Выводы к главе IIВ эксперименте были измерены следующие характеристики распадающейся гелийнеоновой плазмы:1) Зависимости от времени интенсивности спектральных линий атома неонаи гелия, молекулярных полос гелия были измерены метод многоканального счетафотонов с различным разрешением по времени от 4 до 64 мкс, что позволилодостаточно подробно проследить особенности поведения указанных зависимостейкак в разряде, так и в послесвечении.2) Зависимости во времени концентраций метастабильных атомов [He(21S0)],[He(23S1)] и молекул гелия [He2(2s3Σu+)] были измерены методом поглощения.3)Температураатомов,необходимаядлявычисленияконцетраций[He(21S0)], [He(23S1)] и [He2(2s3Σu+)], была найдена по распределению яркости вовращательной структуре молекулярной полосы гелия He2 около 6400 Ǻ.4) Зависимость от времени концетрации электронов была измерена попроводимости плазмы.Таким образом, полученные в эксперименте характеристики распадающейся гелийнеоновой плазмы составили достаточно полный набор исходных данных длярешения основной задачи работы - определения кинетики заселения возбужденныхсостояний атомов неона в условиях конкуренции процессов рекомбинациигомоядерных и гетероядерных ионов с электронами.4849Глава III.
Исследование процессов заселения возбужденных состояний атоманеона в He-Ne плазмеВ данной главе проводится анализ возможных процессов заселениявозбужденных состояний атома неона на основе сравнительного качественногоанализа экспериметальных данных: зависимостей от времени интенсивностейспектральныхлинийатомовнеонаигелия,концентрацийэлектронов,метастабильных атомов и молекул гелия. Также принимаются во вниманиезависимостиот времени концентраций5 сортов ионов в послесвечении,рассчитанные на основе модели, которая подробно будет освещена в параграфе3.2.
настоящей главы.3.1. Общие характеристики разряда и послесвечения He-Ne плазмыНа первом этапе эксперимента была определена температура атомов в HeNe плазме и получены зависимости от времени концентраций электронов,метастабильных атомовHe(21 S0 ) ,He(23 S1 )и молекулHe2 (a 3 Σu+ )гелия, иинтенсивностей линий атома неона, излучаемых при переходах 2 p 5 5s → 2 p 5 3 p ,2 p 5 4d → 2 p 5 3 p , 2 p 5 5d → 2 p 5 3 p , 2 p 5 4 p → 2 p 5 3s , 2 p 5 3d → 2 p 5 3 p , 2 p 5 3 p → 2 p 5 3s .Полученный набор экспериментальных данных дает основную информацио обособенностях фаз разряда и послесвечения исследуемой плазмы.3.1.1. Зависимости от времени метастабильных атомов, молекул гелия иконцентраций электроновНа Рис.3.1.1.1а, Рис.3.1.1.1б приведены полученные в экспериментезависимости от времени концентраций метастабильных атомов He(21 S0 ) , He(23 S1 ) и4950молекул He2 (a 3 Σu+ ) гелия, а также электронов ne .
Напомним, что длительностьразряда составляла 128 мкс.1102004006008001110ne101010101ne, см-3[He(2 S0)]1[He(2 S0)], см-3109109810800101080100200300400500600700t, мксРис.3.1.1.1а. Зависимости от времени концентраций электронов и метастабильныхатомов гелия He(21 S0 ) .501151[He(2 S1)], [He2 Sigma u], ne (см )/10101-33[He(2 S1)]3-110-210-33310+[He2 Sigma u]ne0+10010002000300040005000600070008000t, мксРис.3.1.1.1б. Зависимости от времени концентраций электронов и метастабильныхатомов He(23 S1 ) и молекул He2 (a 3 Σu+ ) гелия.Как уже упоминалось в Главе II, измерения концентрации метастабильныхатомов гелия He(21 S0 ) и He(23 S1 ) были проведены методом двух трубок свременным разрешением 8 мкс и 64 мкс, соотвественно.
Концентрация электроновизмерялась по проводимости плазмы методом зондирующего импульса.Из приведенных рисунков видно, что концентрация He(21 S0 ) имеет значения,существенно превышающие погрешности измерения, только в фазе разряда и вначальной стадии послесвечения. Поэтому можно ожидать, что процессы сучастиемHe(21 S0 )протяженииметастабилейпервыхв распадающейся плазме будут играть роль только на≈300 мкс.He(23 S1 )Втожевремяконцентрациятриплетныхпревышает 1011 см-3 в разряде и начальной фазепослесвечения, и на протяжениии послесвечения плавно спадает до величиныпорядка 109 см-3. Концетрация метастабильных молекул He2 (2 s 3 Σu+ ) имеет порядок5152величины в максимуме 1010 см-3, а на протяжении всей фазы послесвечения плавноспадает до величины порядка 3·109 см-3.
Различие скоростей спада плотностейHe(21 S0 ) , He(23 S1 ) и He2 (2 s 3 Σu+ ) обусловлено спецификой процессов в исследуемойплазме.Концентрация электронов быстро увеличивается приблизительно в 10 развследствие ступенчатой ионизации в течение разрядного импульса (рис. 3.1.1.1а,3.1.1.1б).
После обрыва тока, сначала (в течение первых ≈200мкс) наблюдаетсярост величины ne приблизительно на 20%, обусловленный процессами ионизациипри парных столкновениях метастабильных атомов и молекул:β 11He ( 2 3S ) + He ( 2 3S ) →He + + He + e→ He2+ + e(3.1.11.а)(3.1.1.1б)β 11 = (1.5 ± 0.3) ⋅10−9 см3/с()()β 22He2 2s 3 Σu+ + He2 2s 3 Σu+ → He + + 3He + e(3.1.1.2а)→ He2+ + 2 He + e(3.1.1.2б)→ He3+ + He + e(3.1.1.2в)→ He4+ + e(3.1.1.2г)β 22 = (1.5 ± 0.5 ) ⋅10−9 см3/с()()β 12He2 2s 3 Σu+ + He 2 3S →He+ + 2 He + e(3.1.1.3а)→ He2+ + He + e(3.1.1.3б)→ He3+ + e(3.1.1.3в)β 12 = ( 2.5 ± 1.5 ) ⋅10−9 см3/сЗначения констант скоростей процессов (3.1.1.1) - (3.1.1.3) взяты из работы [44].После момента времени t≈300 мкс концентрация электронов уменьшаетсяприблизительно в 10 раз в течение всей фазы послесвечения до следующегоимпульса разряда (Рис.3.1.1.1а).
Наблюдаемая картина зависимостей от времениконцентраций метастабильных атомов, молекул гелия и концентрации электронов вобщих чертах характерна для разряда и послесвечения гелиевой плазмы [77].5253Отличие в том, что наличие неона даже в количествах масштаба 10-3% заметноускоряет спад плотностей He(21 S0 ) , He(23 S1 ) , He2 (a 3 Σu+ ) и ne в послесвечении.3.1.2. Свечение атомарного и молекулярного гелияДля более детального рассмотрения особенностей свечения гелий-неоновойплазмы обратимся к зависимостям от времени интенсивностей линий атомов гелияи неона, а также молекул гелия.В эксперименте были получены зависимости от времени интенсивностейлиний атома неона и гелия для всего периода, включающего в себя фазу разряда ифазупослесвечения(Рис.3.1.2.1иРис.3.1.2.2).Интервалвремени,соответствующий одному каналу многоканального счетчика фотонов, составлял64 мкс или 8 мкс.Для исследования свечения неона на первом этапе были зарегистрированыинтенсивности следующих линий: 6328А NeI (2p55s, 3s2 → 2p53p, 2p4); 5764A NeI(2p54d, 4d4'→2p53p, 2p9); 5852A NeI (2p53p, 2p1→2p53s, 1s2).
Здесь приводятсянекоторыехарактерныеспектральныелиниисцельюпродемонстривоватьсущественное различие в поведении зависимостей от времени линий атомов гелияи неона. Более детально зависимости от времени линий атома неона будутрассмотрены ниже.Для анализа свечения гелиевой компоненты была выбрана достаточноинтенсивная линия гелия 5876A HeI ( 33 D → 23 P ) и молекулярная полоса 4550A()He2 h 4 sσ 3Σ u+ → b 2 pπ 3Π g , происхождение которых хорошо известно [78, 44, 79,80].5354610510J, число квантовJ6293AJ5764AJ5852AJ5876AJ4550A41031021011001002000400060008000t, мксРис. 3.1.2.1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
