Диссертация (1149576), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Зависимости от времени интенсивностей спектральных линий,излучаемых плазмой (разрешение 64 мкс):Подобные же измерения были выполнены также и с разрешением повремени 8 мкс с целью более детального исследования особенностей их поведенияи большей наглядности результатов.5455610J5876AJ4550A5J, число квантов10J6293AJ5764AJ5852A41031021011002004006008001000t, мксРис. 3.1.2.2. Зависимости от времени интенсивностей спектральных линий,излучаемых плазмой (разрешение 8 мкс).Начнем рассмотрение со свечения атомарного гелия в нашем эксперименте.Из Рис. 3.1.2.1 и Рис. 3.1.2.2 видно, что зависимость от времениинтенсивности J5876A атома гелия существенно отличается от зависимостей отвремени интенсивностей неоновых линий.
У линий атома гелия наблюдаетсяскачкообразное уменьшение интенсивности на заднем фронте импульса токаразряда. Падение величины J5876A при переходе от разряда к послесвечениюдостигает 400 раз (Рис. 3.1.2.1). Изменение интенсивностей неоновых линий, каквидноизданныхнаРис. 3.1.2.2,оказываетсянамногоменьше:J5852Aувеличивается, величины J5764A, J6328A падают значительно меньше, чемJ5876A. Различие в поведении интенсивностей гелиевых и неоновых линий5556объясняется достаточно просто. Заселение возбужденных состояний атома гелияпроисходит в фазе разряда вследствие двухступенчатого процесса:на первом этапе происходит возбуждение атома гелия электронным-ударом из основного состояния в одно из метастабильных состояний:( )()He 11 S 0 + e + ε kin → He 2 3S1 ,21S 0 + e ;(3.1.2.1)на втором этапе возбуждение из метастабильного состояния:-()()()He 21 S 0 ,2 3 S1 + e + ε kin → He n 2 S +1 L J + e → He n' 2 S +1 L' J ' + hν + e .(3.1.2.2)Резкий спад интенсивности линии гелия обусловлен обнулением потокаступенчатоговозбуждениявследствиебыстрого(схарактернымвременемпримерно 1 мкс уменьшения температуры электронов от значения kTe≈2эВ,характерного для разряда, до близкого к температуре нейтрального газа значенияkTe≈0,03эВ.
Свечение линии J5876A HeI в фазе распада плазмы обусловленозаселением состояний 33D вследствие диссоциативной рекомбинации электронов смолекулярными ионами гелия [77], причем, в силу известной специфики процесса[80], его эффективность настолько мала, что в послесвечении не формируетсяхарактерный для других систем рекомбинационный максимум.В качестве примера молекулярного свечения в исследуемой гелий-неоновойплазме была выбрана достаточно интенсивная молекулярная полоса около 4550А(h4sσ Σ3 +u)→ b 2 pπ 3Π g , происхождение которой в разряде также обусловленоступенчатым возбуждением, а в фазе послесвечения процессом трехчастичнойрекомбинации [44]:()He2+ + e + He → He2 h4sσ 3Σu+ + He(3.1.2.3)с известным суммарным коэффициентом рекомбинации α M = (5±1)·10-27 (см6/с) [44].56573.1.3.
Процессы заселения возбужденных состояний атома неонаПеред тем как переходить к подробному анализу зависимостей от времениинтенсивностей спектральных линий атома неона (Рис. 3.1.2.1, Рис. 3.1.2.2 ) преждевсего следует задаться вопросом, какие процессы в условиях настоящегоэксперимента могут приводить к образованию возбужденных состояний 2p55s,2p54d, 2p55d, 2p54p, 2p53p и 2p53d – конфигураций. Первое, на что следует обратитьвнимание (Рис.
3.1.2.2, Рис. 3.1.2.2), это упомянутое выше отсутствие резкогопадения интенсивностей линий атома неона после выключения разряда, котороехарактернодлясвеченияатомарногогелия.Отсутствиеданногоскачкаинтенсивности свидетельствует о том, что возбуждение атомов неона электроннымударом в фазе разряда в условиях нашего эксперимента практически отсутствует.Отсутствиеступенчатоговозбужденияи,по-видимому,ступенчатойионизации атомов неона связано с тем, что концентрация [Ne ] составляет 10−5 отконцентрации [He] . Наличие столь малой примеси неона не приводит к обеднениюфункции распределения электронов в области энергий выше 16.6 эВ – пороговойэнергиивозбуждения метастабильных атомов неона. Поэтому различие вконцентрациях атомов неона и гелия[He] ≈ 105[Ne]имеет своим следствием тообстоятельство, что и скорость рождения метастабильных атомов гелия вследствиевозбуждения электронным ударом из основного состояния приблизительно на 5порядков величины превышает скорость рождения метастабильных атомов неона.Проведенные нами оценки плотности метастабильных атомов неона на основаниианализа возможностей измерения их плотности методом поглощения показали, что,во всяком случае, речь может идти о величинах не более 2·109см-3.Чтобы высказать предположения о процессах образования возбужденныхсостояний атомов неона, обратимся к схеме энергетических уровней атома неонавместе с метастабильными и заряженными частицами.5758+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=316Рис.
3.1.3.1. Диаграмма энергетических уровней.Из представленной диаграммы следует, что заселение разных группуровней может быть связано с различными процесами в плазме. Так, детальноизученный процесс передачи возбужденияHe(2 1S0 ) + Ne → He(11S0 ) + Ne(2 p 5 5s, 2 p 5 4d )(3.1.3.1)в гелий-неоновой плазме непосредственно заселяет уровни 2p55s и 2p54dконфигураций, лежащие в резонансе с He(21 S0 ) [25]. Можно предположить, что и вусловиях настоящего эксперимента процесс (3.1.7) будет играть существеннуюроль в заселении 2p55s и 2p54d-конфигураций.Кроме того, полагаясь на справедливость аналогии с диссоциативнойрекомбинацией гомоядерных ионов в плазме инертных газов [12], можнопредположить, что потоки излучения с уровней рассматриваемых электронныхконфигураций атома неона (2p55s, 2p54d, 2p54p, 2p53d), которые расположены ниже«дна» потенциальной «ямы» иона HeNe + , в той или иной степени будут с нимсвязаны:5859HeNe + + e → He + Ne ( 2 p 5 5s, 2 p 5 4d , 2 p 5 4 p, 2 p 5 3d )(3.1.3.2)Далее, в кинетике 2p54p, 2p53d и 2p53p –конфигураций, расположенных ниже«дна» потенциальной«ямы» ионаNe2+ , как следует из предшествующихисследований, цитированных во введении [50, 56, 16], с неизбежностью проявится ирекомбинация с электронами ионов Ne2+Ne2+ + e → Ne + Ne(2 p 5 3 p, 2 p 5 3d , 2 p 5 4 p ) .(3.1.3.3)Кроме того, следует обратить внимание, что в условиях повышеннойтемпературыэлектронов(вэкспериментахс«подогревом»электроновраспадающейся плазмы продольным электрическим полем) можно ожидатьпроявления малоизученного порогового процесса диссоциативной рекомбинацииионов HeNe + и Ne2+ с электронами, который может заселять возбужденныесостояния атома неона, лежащие выше основных состояний ионов HeNe+ и Ne2+ .
Вксеноновой, например, распадающейся плазме этот процесс этот процесс играетзаметную роль в кинетике высоковозбужденных атомов [12].В качестве подтверждения высказанных здесь предположений относительномеханизмов заселения состояний атомов неона 2p55s, 2p54d, 2p54p, 2p53p, 2p53d –конфигурации приведем результат численного расчета плотностей ионов He+ , He2+ ,Ne + HeNe + и Ne2+ в послесвечении He-Ne плазмы. Более детально предложеннаямодель для послесвечения будет рассмотрена в параграфе 3.2.
настоящей главы.596010010-1+HeNe+11[X ], ne/10 , см-3ne+Ne210-2+He2+Ne+He10-302000400060008000t, мксРис.3.1.3.2. Зависимости от времени концентраций 5 сортов ионов в послесвечениипри ne(t=0) = 8·1010 см-3. Момент t=0 соответствует началу послесвечения.ПревращениеодногоHe + → He2+ → Ne + → HeNe + → Ne2+сортаионаобъясняетсявдругойпроцессамивпоцепочкепослесвечении,рассмотренными в Главе I (параграф 1.2.).Из данных Рис.3.1.3.2 видно, что в послесвечении молекулярные ионыHeNe + и Ne2+ имеются в достаточном количестве для осуществления процессоврекомбинации (3.1.3.2), (3.1.3.3) и заселения возбужденных состояний атома неона,в то время как ионы Ne+ быстро исчезают и имеют существенно меньшую величинуконцентрации, поэтому их рекомбинация с электронамиNe+ + e + e → Ne* + Ne .(3.1.3.4)едва ли может конкурировать с диссоциативной рекомбинацией молекулярныхионов в кинетике возбужденных уровней атома неона, расположенных ниже «дна»потенциальной «ямы» HeNe + .
Однако, вновь полагаясь на аналогию с плазмой6061чистых инертных газов [12], можно надеяться, что процесс (3.1.3.4) будетединственным источником заселения более высоких уровней, например Ne(2p55d),как видно из диаграммы энергетических уровней Рис.3.1.3.1.Концетрация молекулярных ионов He2+ также распадается в послесвечениидостаточно медленно, обеспечивая рождение молекулHe2 *на протяжениипослесвечения (3.1.2.3), чем и объясняется сравнительно длительное свечениемолекулярных полос.3.1.4. Свечение линий атома неона, классификация состояний атома неона похарактеру заселенияПерейдем к более детальному рассмотрению зависимостей от времениинтенсивностей линий атома неона Рис.
3.1.4.1, Рис.3.1.4.2. Интервал времени,соответствующий одному каналу многоканального счетчика фотонов, составлял64 мкс или 8 мкс.Здесьприводитсяболееполныйнаборзависимостейотвремениинтенсивностей спектральных линий атома неона: 6328А NeI (2p55s, 3s2→2p53p,2p4); 5662A NeI (2p55s, 3s4→2p53p, 2p10); 5764A NeI (2p54d, 4d4'→2p53p, 2p9); 5852ANeI (2p53p, 2p1→2p53s, 1s2); 7535A NeI (2p53d, 3d5→2p53p, 2p10); 3472A NeI(2p54p, 3p9→2p53s, 1s5) 5037A NeI (2p55d, 5d4'→2p53p, 2p9); 6293A NeI (2p55s,3s2→2p53p, 2p5); 3520A NeI (2p54p, 3p1→2p53s, 1s2).6162610020004000J5876AJ4550A510J, число квантов60008000J5852AJ5037AJ5764A410310210110010-110J, число квантовJ7535AJ3472AJ5764AJ6293A510J5662A41031021011001002000400060008000t, мксРис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
