Автореферат (1150534), страница 3
Текст из файла (страница 3)
5: Радиальные распределения концентраций метастабильных и резонансных 1-атомовв аксиальных позициях = 1 мм () и = 4 мм () от катода, рассчитанные в приближении эффективной вероятности перехода (точки) и с помощью матричного метода (контурныефигуры).ком к ЛТР, затем через состояние ЧЛТР она переходит в резко неравновесныйрежим на периферии. Показано влияние пленения излучения на распределенияатомов по уровням энергии.В четвертой главе рассмотрены способы корректного расчета световогопотока от объёмного источника плазмы, попадающего на детектор оптическойсистемы как без реабсорбции излучения в пределах источника, так и с учетом самопоглощения.
Проанализированы оптические схемы, позволяющие выполнятьизмерения с высоким пространственным разрешением. Рассмотрена задача об аппаратной функции в пространственных измерениях излучения объёмного источника. Продемонстрирована целесообразность использования интегральной аппаратной функции, содержащей информацию о всех продольных сечениях объёмного источника.
Выполнено сравнение схем регистрации с использованием фотоумножителя и CMOS-камеры. Использование камеры дает более высокое пространственное разрешение, но не подходит для регистрации сигнала на слабыхспектральных линиях при отсутствии специализированного усилителя яркости.Описаны различные подходы к измерению пространственных распределений концентраций поглощающих атомов: метод классической абсорбции и методLine Ratios, впервые предложенный в работе [12]. Последний был модифицировандля измерений потоков излучения с учетом реабсорбции вдоль направления наблюдения: (0 )Φ=,Φ (0 )12(4)1 sc m-31 s401 01 0D e n s ity , * 1 051 s1 0-11 0-21 s-0 .4-0 .20 .0320 .20 .4r/RРис. 6: Распределения абсолютных значений плотности 1−атомов, измеренные методом поглощения (сплошные кривые) и методом соотношений линий (штриховые линии).где Φ и Φ - потоки излучения в переходах с уровня на уровни , , - длинаволны, соответствующая центру спектральной линии, а (0 ) - функция Ладенбурга, описывающая реабсорбцию излучения вдоль направления наблюдения.С помощью этих методов измерены радиальные профили плотности резонансных и метастабильных атомов аргона в положительном столбе разряда (Рис.6).
Сравнение результатов двух методов показало согласие абсолютных значенийдля 15 , 14 и 13 -уровней в центре разряда. По направлению к стенке различия постепенно нарастали. Для слабозаселенного (относительно остальных 1уровней) состояния 12 , профиль, измеренный с помощью соотношений линий,заметно выбивается из общей картины. Можно предположить, что данный методявляется гораздо более чувствительным к измеряемым величинам световых потоков и выбору спектральных линий, что может вызывать ошибки при численномрешении систем нелинейных уравнений (за счет большой разницы малых величин).Выполнены систематические измерения с помощью метода классическойабсорбции, показан эффект оптической контракции, характерный для тлеющегоразряда при данных разрядных условиях.
Приведены критерии применимостивышеописанных методов для различных спектральных линий.В пятой главе описывается самосогласованная модель контракции положительного столба в протяженном разряде в аргоне. Эта модель основана насовместном решении кинетического уравнения, включающего упругие и неупругие электрон-атомные столкновения, а также межэлектронное взаимодействие, суравнениями баланса различных компонент плазмы и уравнением теплопроводности. Отличительной особенностью представленной модели является решениеуравнения Холстейна-Бибермана для учета переноса резонансных атомов на томже уровне точности, что и уравнения диффузии и теплопроводности. Используя1360501 0-11 0-21 0-31 0-41 0-51 s1 5 m Ap = 42 Torr40N (r)/N (0 )E (V/cm)01 0ER = 2.3 cm3020no heat, no transport10heat, no transport5p = 4 2 T o rr4 0 m Aheat, rad.
transport00510152025303540450 .00 .10 .20 .30 .4r/Ri (mA)Рис. 7: () Вольт-амперная характеристика разряда, рассчитанная в различных приближениях.() Влияние пленения излучения на профили концентраций метастабильных 15 -атомов в аргонепри 15 мА (диффузный разряд) и 40 мА (контракция).
Штриховые кривые - расчет без плененияизлучения, сплошные кривые - с его учетом.предложенный подход, можно анализировать влияние пленения резонансных фотонов на различные параметры плазмы. Предлагаемый алгоритм решения задачипозволяет получать не только диффузную и контрагированную ветви разряда, нои решение в неустойчивой области гистерезиса. Показано, что нестабильная иконтрагированная части ВАХ сдвигаются в область больших токов за счет пленения излучения (Рис.
7a). Продемонстрировано, что в диффузном разряде можноиспользовать приближения эффективной вероятности перехода и эффективного времени диффузии, поскольку пространственные распределения источниковвозбуждения близки к фундаментальным модам радиационной и диффузионнойзадач (Рис. 7b, красные кривые). В контрагированном режиме высшие диффузионные и радиационные моды играют значительную роль и вызывают различныеизменения параметров разряда.
При этом, в предыдущих работах по контрагированному разряду принимались во внимание только высшие диффузионные моды. Радиальные профили возбужденных состояний заметно уширяются, а осевыезначения концентраций снижаются. Пленение излучения оказывает влияние нетолько на распределения резонансных атомов, но также на метастабильные и 2атомы вследствие эффективного столкновительно-излучательного перемешивания (Рис. 7b, черные кривые).Выполнены измерения вольт-амперной характеристики разряда, радиальных распределений плотности электронов и возбужденных атомов. Сравнение результатов расчетов с экспериментальными данными демонстрирует хорошее согласие (Рис.
8). Это свидетельствует о том, что предложенная теория может с успехом описывать контракцию положительного столба и радиальные распределенияпараметров плазмы в данном разряде. Подход, описанный в настоящей главе, может быть с успехом применен к изучению разрядов в других газах.14601sR = 2.3 cmheat, rad. transport504030200.615 mA0.440 mA0.210p = 42 Torr0.0050.8N/N(0)E (V/cm)1.0p = 42 Torr051015202530354045-0.5-0.4-0.3-0.2-0.10.00.10.20.30.40.5r/Ri (mA)Рис.
8: () Вольт-амперная характеристика разряда в аргоне при = 42 Торр, сравнение расчетной характеристики с экспериментальными данными. () Измеренные и рассчитанные радиальные профили плотности 1−атомов при = 40 мА. Точки - экспериментальные данные,усредненные по различным спектральным переходам, линии - свертки расчетных профилей саппаратной функцией.В заключении сформулированы основные результаты, полученные в ходеработы и приведены основные выводы.Приложение A содержит справочную информацию о коэффициентах поглощения и излучения в спектральной линии, а также контурах спектральной линии, рассматриваемых в данной работе.В приложении B описан подробный вывод эффективных вероятностейперехода и коэффициентов матрицы переноса излучения для геометрий бесконечного плоского слоя и бесконечного цилиндра для однородного и неоднородного коэффициентов поглощения.Заключение1. Разработан оригинальный метод решения уравнения Холстейна-Бибермана,основанный на сведении интегрального оператора к системе линейных уравнений.
Данный метод использует процедуру трассировки лучей через декартову сетку элементарных объёмов и позволяет рассматривать источникиплазмы трехмерной конфигурации произвольной формы.2. Выполнен анализ влияния пленения резонансного излучения на параметрыплазмы свободно горящей дуги в аргоне. Использован матричный метод длярешения уравнения Холстейна-Бибермана с учетом неоднородности коэффициента поглощения в цилиндрической геометрии c лоренцевским контуром линии. Разработано две столкновительно-радиационных схемы для вышеупомянутого анализа.
Показано, что в наиболее горячей центральной области дуги пленение резонансного излучения не играет роли вследствие эф15фективного столкновительного девозбуждения резонансного уровня. В тоже время, имеет место резкий рост заселенности резонансного состояния напериферии дуги, связаный с переносом возбужденных атомов за счет пленения излучения.3. В рамках многоуровневой столкновительно-радиационной модели выполнены расчеты плотностей возбужденных атомов в свободно горящей дуге в аргоне.
Результаты расчетов с применением матричного метода продемонстрировали значительный рост заселенности на периферии дуги не только резонансных атомов, но и сильно перемешанных с ними метастабильных атомов,а также незначительный рост концентраций различных 2-атомов. Влияниерезонансного излучения на более высокие энергетические состояния практически отсутствовало. Проанализированы отклонения от равновесных распределений атомов по энергиям, обусловленные процессами излучения в разных радиальных позициях. Показано изменение состояния плазмы по радиусу. В центре дуги плазма находится в состоянии, близком к ЛТР, затем через состояние ЧЛТР она переходит в резко неравновесный режим на периферии дуги.
Показано влияние пленения излучения на распределения атомовпо уровням энергии.4. Проанализирован ряд вопросов, связанных с измерениями пространственных распределений возбужденных атомов в объёмных источниках плазмыс высоким пространственным разрешением. Продемонстрирована целесообразность использования интегральной аппаратной функции по отношению к пространственным распределениям, содержащей информацию о всехпродольных сечениях объёмного источника. Выполнено сравнение схем регистрации с использованием фотоумножителя и CMOS-камеры. Показано,что использование камеры дает более высокое пространственное разрешение, но не подходит для регистрации сигнала на слабых спектральных линиях при отсутствии специализированных средств усиления сигнала.5.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
