Диссертация (1150536), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Жирным шрифтом выделены спектральные линии, не подходящие для обработки по следующим причинам: слишком высокие ((0 ) > 0.85) или низкие((0 ) < 0.10) значения функции поглощения, и слишком малое соотношениесигнала к шуму (линия 852.1 нм при токе 20 мА).1181 .03 0 m A2 0 m A1 0 m A5 m A2 p1N (r)/N (0 )0 .80 .60 .4B e s s e l0 .20 .0-0 .6-0 .4-0 .20 .00 .20 .40 .6r/R1 .02 p3 0 m A2 0 m A1 0 m A5 m A2N (r)/N (0 )0 .80 .60 .4B e s s e l0 .20 .0-0 .6-0 .4-0 .20 .00 .20 .40 .6r/R1 .02 p3 0 m A2 0 m A1 0 m A5 m A3N (r)/N (0 )0 .80 .60 .4B e s s e l0 .20 .0-0 .6-0 .4-0 .20 .00 .20 .40 .6r/RРисунок 4.26: Радиальные распределения 2-уровней, измеренные методом классической абсорбции при токах 5, 10, 20 и 30 мА.1191 .0N (r)/N (0 )0 .80 .60 .40 .21 0 m A1 s51 s41 s30 .00 .00 .20 .40 .6r/RРисунок 4.27: Аппроксимационные функции распределений плотности поглощающих 1-атомов при токе 10 мА.-31 2 T o rrN1 s*1 01 0c m10 .151 01 52 02 51 s51 s41 s31 s23 0i, m AРисунок 4.28: Зависимость концентраций метастабильных и резонансных атомовв центре разрядной трубки от тока при давлении 12 Торр.120Таблица 4.2: Абсорбционные измерения плотностей поглощающих 1-атомов вположительном столбе разряда в аргоне при = 12 Торр., нм , 107 с−1(0 )1 , 1010 см−3 1Δ 1 = 30 мА152223262829696.543706.722763.511801.479811.530.6390.382.450.9283.310.02790.02850.2140.08940.4580.510.500.930.840.963.733.562.433.081.843.640.1214222325262728727.294738.398751.47800.616810.37842.4650.1830.8474.020.492.52.150.01450.1150.1140.07850.250.3810.130.600.600.450.820.881.241.121.130.951.020.861.090.11132224772.421794.8151.171.860.3140.5290.620.790.420.420.420.051221222324750.387826.452840.821852.1444.451.532.231.390.1250.1570.3940.1510.220.250.510.250.260.220.220.220.230.05 = 20 мА152223262829696.543706.722763.511801.479811.530.6390.382.450.9283.310.02790.02850.2140.08940.4580.430.420.910.800.962.952.802.052.631.602.870.1014222325262728727.294738.398751.47800.616810.37842.4650.1830.8474.020.492.52.150.01450.1150.1140.07850.250.3810.090.410.420.450.320.800.880.620.640.950.620.580.610.05132224772.421794.8151.171.860.3140.5290.520.690.300.300.300.051221222324750.387826.452840.821852.1444.451.532.231.390.1250.1570.3940.1510.110.160.310.210.120.130.110.180.120.051214.3Выводы к главеРассмотрены способы корректного расчета светового потока от объёмного источника плазмы, попадающего на детектор оптической системы без реабсорбцииизлучения в пределах источника и с её наличием.
Проанализированы оптическиесхемы, позволяющие выполнять измерения с высоким пространственным разрешением. Рассмотрена задача об аппаратной функции в пространственных измерениях излучения объёмного источника. Продемонстрирована целесообразностьиспользования интегральной аппаратной функции, содержащей информациюо всех продольных сечениях объёмного источника. Выполнено сравнение схемрегистрации с использованием фотоумножителя и CMOS-камеры. Использованиекамеры дает более высокое пространственное разрешение, но не подходит длярегистрации сигнала на слабых спектральных линиях при отсутствии специализированного усилителя яркости.Описаны различные подходы к измерению пространственных распределенийконцентраций поглощающих атомов: метод классической абсорбции и метод LineRatios.
Последний был модифицирован для измерений потоков излучения с учетомреабсорбции вдоль направления наблюдения. С помощью этих методов измеренырадиальные профили плотности резонансных и метастабильных атомов аргона вположительном столбе разряда при = 12 Торр. Сравнение результатов двух методов показало согласие абсолютных значений для 15 , 14 и 13 -уровней в центреразряда. По направлению к стенке различия постепенно росли. Для слабозаселенного (относительно остальных 1-уровней) состояния 12 , профиль, измеренныйс помощью соотношений линий, заметно выбивается из общей картины. Можнопредположить, что данный метод является гораздо более чувствительным к измеряемым величинам световых потоков и выбору спектральных линий, что можетвызывать ошибки при численном решении систем нелинейных уравнений (за счетбольшой разницы малых величин).Выполнены систематические измерения с помощью метода классической абсорбции, показан эффект оптической контракции, характерный для тлеющегоразряда при данных разрядных условиях.
Приведены критерии применимостивышеописанных методов, подкрепленные табличным материалом.122Глава 5Радиационные эффекты в неравновесной плазме контрагированноготлеющего разрядаКонтрагированный положительный столб тлеющего разряда при давлениях вдесятки и сотни Торр является удобным объектом для изучения эффектов переносаизлучения как с точки зрения теории, так и эксперимента. Представляет интересвыполнить пространственную диагностику плазмы по излучению и поглощениюспектральных линий и континуумов, и рассмотреть роль пленения излучения вформировании таких параметров плазмы, как вольт-амперная характеристикаи радиальные распределения заселенности возбужденных атомов и заряженныхчастиц.5.1 Самосогласованная модель контрагированногоразрядаОбъектом исследования является стационарный положительный столб тлеющего разряда в аргоне в цилиндрической разрядной трубке, где длина столбазначительно превышает его радиус [190].
Это позволяет рассматривать 1D-модельстолба, учитывая неоднородность плазмы только в радиальном направлении, предполагая геометрию бесконечного цилиндра.1235.1.1Элементарные процессыТеория контрагированного разряда при давлении в десятки или сотни Торр иконцентрации электронов порядка 1010 − 1014 см−3 основана на предположениио локальном характере функции распределения электронов и гидродинамической модели описания переноса заряженных частиц и метастабильных атомов.Описание переноса резонансных атомов осуществляется с помощью уравненияХолстейна-Бибермана.Предлагаемая модель включает в себя набор реакций, подобный предыдущимдетальным моделям контрагированного разряда [160–162, 164, 165].
Модель включает в себя 4 нижних возбужденных состояния аргона - метастабильные и резонансные 1-уровни, а также 10 уровней 2-группы. Элементарные процессы с участиемданных уровней включают в себя возбуждение и ионизацию в столкновенияхс электронами, процессы перемешивания в столкновениях с электронами и излучение между рассматриваемыми уровнями, включая резонансные переходы восновное состояние. Скорости этих процессов рассчитываются путем интегрирования соответствующих сечений по ФРЭ.Константы перемешивания 1-состояний электронами пропорциональны плотности электронов.
Данные по этим константам могут различаться в литературе [191–193], но все константы имеют порядок 10−7 см3 с−1 , и отношения междуконстантами прямых и обратных процессов близки к отношению статвесов соответствующих уровней. Стоит отметить, что абсолютные значения этих константне оказывают значительного влияния на свойства тлеющего разряда. Перемешиванием за счет столкновений с атомами можно пренебречь на основании оценоксоответствующих констант, выполненных в работе [194].В работе [192] был выполнен анализ каналов ионизации в тлеющем разряде варгоне.
При давлениях > 10 Торр и токах > 1 мА основным каналом является ступенчатая ионизация с метастабильных и резонансных уровней. Несмотряна то, что процессы прямой ионизации при рассматриваемых давлениях могутиграть незначительную роль, в настоящей модели учитываются как ступенчатая,так и прямая ионизация, а также хемоионизация. Учитываются ионы двух типов:атомарные и молекулярные. При рассматриваемых давлениях атомарные ионыосуществляют достаточно эффективную конверсию в молекулярные через трехча-124Таблица 5.1: Реакции, входящие в столкновительно-радиационную модельПроцессФормулаКонстанта скорости (см3 с−1 ) Лит.Упругое рассеяниеВозбуждениеВозбуждениеПеремешиваниеAr + e → Ar + eAr + e → Ar* (1) + eAr + e → Ar** (2) + eAr* + e → Ar* + eBEBEBEBE[198][198][198][192, 193]Прямая ионизацияСтупенчатая ионизацияХемоионизацияКонверсия ионовAr + e → Ar+ + 2eAr* + e → Ar+ + 2eAr* + Ar* → Ar+2 +eAr+ + 2Ar → Ar+2 + ArBEBE6.4 · 10−102.3 · 10−31 (300/ )0.67 см6 с−1[198][198][192][195]Диссоциативная рекомбинацияДиссоциацияФормирование эксимеровРазрушение -ударом*Ar+2 + e → Ar + Ar+Ar+2 + e → Ar + Ar + e*Ar + 2Ar → Ar*2 + ArAr*2 (3 Σ ) + e → Ar + e9.1 · 10−7 (300/ )0.61BE1.4 · 10−32 ( /300)0.5 см6 с−15 · 10−8[199][200][162][197]Резонансное излучениеРезонансное излучениеИзлучение эксимеровСпонтанное излучениеAr* (1s4 ) → Ar + ℎAr* (1s2 ) → Ar + ℎAr*2 (3 Σ ) → 2Ar + ℎAr** → Ar* + ℎ1.2 · 108 с−15.1 · 108 с−13.5 · 105 с−1 , с−1[179][179][201, 202][179]Диффузия метастабилейAr* → wall40 см2 с−1 Торр−1[203]стичные столкновения с атомами в основном состоянии [195].
Подвижность ионовпри нормальных условиях полагается равной 1.67 В см−1 c−1 для атомарных и 1.9 Всм−1 c−1 для молекулярных [196].(︀)︀Эксимерные молекулы Ar*2 рассматриваются только в состоянии Ar*2 3 Σ ,поскольку оно является доминирующим состоянием в рассматриваемых условиях[194, 197].Элементарные процессы, учитываемые в данной модели, приведены в Таблице5.1. Большая часть скоростей реакций с участием электронов рассчитаны путем интегрирования сечений по функции распределения. ФРЭ получена путем решенияуравнения Больцмана, и соответствующие скорости реакций отмечены в таблицекак "BE".5.1.2Уравнения баланса частицВ настоящей модели необходимо определить уравнения баланса для частицследующих типов: , и 2 - электронов и ионов двух сортов, резонансных иметастабильных 1-, излучающих 2-атомов, а также уравнение теплопроводности125для учета неоднородного разогрева газа. Уравнения баланса электронов и ионовимеют вид[︂(︂]︂)︂∑︁ step1 d2 d− +2 = ( ,) ()+ d d∑︁chem − ( ,) 2 ,,(︂)︂∑︁ step d1 d = ( ,) () − conv 02 ,− d d(5.1) = + 2 ,′ (0) = 0, () = 0,где и 2 - подвижность атомарных и молекулярных ионов соответственно, - температура электронов, определяемая из средней энергии электронов как = (3/2) .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
