WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 ||

Рис. 5. Зависимость силы тока I/IL и температуры газа Расчеты временной эволюции ФРК и нагрева газа (рис. Tg/Tv от времени на стадии формирования разряда: значки — и 5) были проведены с использованием константы скоэксперимент, сплошные линии — аппроксимация I/IL и расчет рости VV-обмена K01 из [6,25,33]. Кроме того, была исTg/Tw, a — p = 20 Torr и IL = 30 mA, b — p = 15 Torr и пользована предложенная в [37] аппроксимация констант IL = 50 mA.

5 Журнал технической физики, 2005, том 75, вып. 66 В.А. Шахатов, О.А. Гордеев Таблица 2.

Расчет Tv, K по данным K10 · 10-14, cm3/s из литературы Экспериментальные данные [6,25,33] [13] [34] [35] [36] p, Torr Tv, K 0.9 2.6 5.0 10 3.5 3790 ± 350 3764 3384 3266 3147 7 4320 ± 360 4230 3642 3495 3356 9.5 4270 ± 370 4183 3578 3451 3330 электронным ударом. Следует отметить, что результаты процессов возбуждения и девозбуждения колебательнорасчета ФРК на начальной стадии нагрева газа в плазме возбужденных молекул электронным ударом [1]. Прятлеющего разряда находятся в хорошем качественном мым свидетельством доминирующей роли процессов согласии с результатмии работы [25]. VV-обмена является триноровский вид ФРК, показанной Начиная с момента времени t 3 · 10-3 s (сплош- на рис. 6 (сплошные линии 4–6), и слабая зависимость значений колебательной температуры от изменения веная линия 6), перераспределение молекул по нижним роятности дезактивации v молекул в пределах порядка колебательным уровням обусловливается конкуренцией (табл. 1).

eV -процессов и близкого к резонансному VV-обмена.

В табл. 2 приведены константы скоростей K10 VV-обФРК нижних уровней v = 1-5 хорошо аппроксимирумена, при которых проводилось сопоставление измеется распределением Тринора, которому она следует и в ренных и рассчитанных квазистационарных значений последующие моменты времени, с изменением Tg и Tv.

колебательной температуры Tv. С ростом величины конРасчеты показывают, что в рамках предлагаемой мостанты скорости VV-обмена K10 значение колебательной дели при радиусе газоразрядной кюветы R = 1.8cm в температуры Tv заметно уменьшается. Сопоставление диапазоне давлений от 3.5 до 9 Torr влияние процессов экспериментальных и расчетных значений колебательWV-дезактивации и диффузии молекул на заселенности ной температуры свидетельствует об их количественном колебательных уровней v = 1-5 невелико по сравнению согласии при значении константы скорости VV-обмена с процессами резонансного VV-обмена и eV -процессами.

энергией между молекулами азота K10 = 9 · 10-15 cm3/s, При t 3 · 10-3 s вид ФРК для невысоких уровней окачто соответствует измерениям и расчетам [6,25,33].

зывается слабо чувствительным к способу накачки колеСледует отметить, что использованная здесь модель бательных уровней. Это связано с тем, что характерные кинетики, в рамках которой рассчитывается ФРЭЭ, времена перераспределения молекул азота по нижним приводит к тем же результатам, которые были получены уровням вследствие резонансного VV-обмена становятся в работе [6], где ФРЭЭ полагалась максвелловской.

существенно меньше, чем характерное время процесТабл. 1 иллюстрирует возможности кинетической мосов VW-дезактивации и диффузии молекул, а также дели. Видно, что рассчитанные значения колебательной температуры Tv на порядок превосходят значения поступательной температуры Tg. При увеличении давления от 3 до 10 Torr колебательная температура изменяется в пределах от 3700 до 4400 K.

Для экспериментальных условий [28] значения колебательной температуры превосходят результаты ее измерения, полученные в работе [22]. Это объясняется тем,что величина концентрации электронов в [28] заметно выше, чем ее значение, определенное в эксперименте [22]. Из табл. 1 видно, что вследствие малой величины радиуса разрядной кюветы в работе [28] увеличение вероятности дезактивации v приводит к заметному уменьшению значений Tg и Tv. Кроме этого, как видно из рис. 4, для v >6 измеренная в работе [28] ФРК заметно отличается от распределения Тринора. В этом случае отличить эффекты, обусловленные VV-обменом и возбуждением и девозбуждением колебательных уровней молекул азота электронным ударом, от эффектов, вызванных процессами на стенке газоразрядной кюветы, становится сложно. Однако с увеличением давления, как показываРис. 6. Расчет ФРК на стадии нагрева газа при p = 7Torr.

ют расчеты значений Tg и Tv, для экспериментальных 1 —10-7, 2 —10-6, 3 —10-4, 4 —10-3, 5 —2 · 10-3, условий [22], зависимость этих величин от вероятности 6 — 3 · 10-3, 7 — 4 · 10-3, 8 — 6 · 10-3, 10 — 8 · 10-3, 11 —15 · 10-3, 12 —15.5 · 10-3 s. дезактивации v становится менее очевидной.

Журнал технической физики, 2005, том 75, вып. Исследование плазмы тлеющего и контрагированного разряда в азоте... + Рис. 6 показывает, что для моментов времени, за- молекул в состояниях X1 для v >8, а также реакции g + метно превышающих t 3 · 10-3 s, за счет быстрого с участием молекул в состоянии A3.

u VV-обмена молекулы с нижних колебательных уровней Тепловые потери, рассчитанные для экспериментальпереходят на верхние колебательные уровни v 10, ных условий, реализованных в настоящей работе, достиформируя плато ФРК (кривые 6–12). В процессе обра- гают к моменту времени 8-10 ms величины, составлязования плато на верхних колебательных уровнях ФРК, ющей не более 20% от мощности энерговыделения за как видно из рис. 5, наблюдается повышение Tg. Вид счет процессов нерезонансного VV-обмена.

ФРК обусловлен конкуренцией процессов нерезонанс- При Tg 600-1000 K вклады процессов VT-реного VV-обмена энергией между молекулами и VT-про- лаксации молекул на молекулах и VV-обмена между цессами, формирующими хвост функции распределения молекулами становятся соизмеримыми и приблизительв области v 15, которая хорошо аппроксимируется но компенсируются тепловыми потерями. С ростом распределением Больцмана с температурой, близкой к давления от 7 до 30 Torr измеренные и рассчитанные знапоступательной. При этом основную роль в прираще- чения Tg, соответствующие квазистационарному распрении Tg играет нерезонансный VV-обмен между моле- делению параметров плазмы тлеющего разряда, монотонно увеличиваются от 450 до 1300 K. При p > 10 Torr, кулами, который обусловливает передачу значительной несмотря на различие в радиусе разрядных кювет, при части энергии из колебательных степеней свободы в поступательные вследствие ангармонизма колебаний мо- одних и тех же значениях силы разрядного тока — 50 mA и E/N = 50-60 Td рассчитанные и измеренные в лекул.

данной работе и в работе [14] значения Tg слабо различаРасчеты показывают, что в интервале времени приются. Это связано с тем, что режим горения разряда явблизительно от 4 до 10 ms (сплошные линии 7–10) ляется контрагированным. Наблюдения показывают, что для экспериментальных условий данной работы при при p > 15 Torr в тлеющем разряде область видимого использовании констант скоростей VV-обмена, предсвечения в виде шнура локализуется на оси разрядной ложенных в работах [6,25,33] с аппроксимацией [37], кюветы. В этом случае тепловой баланс положительного рассчитанная и измеренная скорости роста Tg совпадастолба в квазистационарном режиме главным образом ют и оказываются приблизительно равными 50 K/ms.

определяется релаксационными процессами, происходяСкорость роста Tg связана с процессами нерезонансного щими в небольшой области, локализованной вблизи оси VV-обмена между молекулами на нижних и высоколежаразряда, где концентрация электронов максимальна. Тепщих колебательных уровнях 10 20 ms наблюдается количественное согласие та составляет менее нескольких процентов от общей значений Tg, измеренных в данной работе и работе [14] мощности энерговклада в поступательно-вращательные и рассчитанных с использованием констант скоростей степени свободы.

колебательно-поступательной релаксации из [37].

Образование атомов в условиях данной работы проНадо отметить, что изменение набора констант скоисходит главным образом в результате прямой диссоциростей и сечений, использовавшихся в кинетической ации электронным ударом, а также через электронные модели, может привести к некоторым расхождениям с уровни с переходом на отталкивательные термы. Роль результатами данной работы. Особое внимание следует реакций диссоциации молекул через колебательное возобратить на процессы с высокими порогами возбуждебуждение и убыль атомов вследствие объемной рекомния, корректное описание которых требует исследования бинации невелика. Согласно расчетам, степень диссоцивысокоэнергетической части ФРЭЭ.

ации, достигаемая в положительном столбе тлеющего Авторы выражают благодарность Ю.А. Лебедеву за разряда к t 10 ms, не превышала 10-6-10-4. Таким образом, в рамках рассматриваемой модели при полу- поддержку работы и полезные обсуждения.

ченной степени диссоциации молекул азота значимость Работа поддержана грантами РФФИ (№ 02-02-16021), каналов VT-релаксации молекул на атомах азота невеNOW–РФФИ 047.016.019 и программой фундаментальлика и не оказывает существенного влияния на степень ных исследований президиума РАН № 20 „Взаимодейколебательного возбуждения и динамику нагрева газа.

ствие плазмы с высокоскоростными потоками газа“.

Процессы с участием молекул и атомов азота в электронно-возбужденных состояниях, перечень котоСписок литературы рых приведен в работе [25], также не вносят существенных изменений в результаты расчета нагрева га[1] Словецкий Д.И. Механизмы химических реакций в неравза. Так, процесс, описывающий заселение электронноновесной плазме. М.: Наука, 1980. 310 с.

возбужденного состояния молекулы азота B3 через g [2] Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.: Наука, 1987, + столкновения молекул в состояниях A3 и X1 + u g 592 с.

(3

[3] Голубовский Ю.Б., Кудрявцев А.А., Порохова И.А. и др. // Не играют заметной роли в нагреве газа и реакции Энциклопедия низкотемпературной плазмы / Под ред.

с участием атомов в метастабильном состоянии P и В.Е. Фортова. М.: Наука, 2000. Вводный том 2. С. 18–43.

5 Журнал технической физики, 2005, том 75, вып. 68 В.А. Шахатов, О.А. Гордеев [4] Неравновесная колебательная кинетика / Под ред. М. Ка- [33] Billing G.D., Fisher E.R. // Chem. Phys. 1979. Vol. 43. P. 395– пителли. М.: Мир, 1989. 392 с. 401.

[5] Гордеев О.А., Хмара Д.В. // ТВТ. 1994. Т. 32. Вып. 1. [34] Девятов А.А., Доленко С.А., Рахимов А.Т. и др. // ЖЭТФ.

С. 133–134. 1986. Т. 90. Вып. 2. С. 429–436.

[6] Гордеев О.А., Шахатов В.А. // ЖТФ. 1995. Т. 65. Вып. 7.

[35] Валянский С.И., Верешагин К.А., Волков А.Ю. и др. // С. 40–51.

Квантовая электрон. 1984. Т. 11. № 9. С. 1833–1836.

[7] Бодроносов А.В., Верещагин К.А., Гордеев О.А. и др. // [36] Валянский С.И., Верешагин К.А., Волков А.Ю. и др. / ТВТ. 1996. Т. 34. № 5. С. 666–675.

Препринт ИОФ АН СССР. М.: ИОФ АН, 1984. № 109.

[8] Гордеев О.А. // Энциклопедия низкотемпературной плаз48 с.

мы / Под ред. В.Е. Фортова. М.: Наука, 2000. Вводный [37] Zhuk Yu.N., Klopovskii K.S. // Chem. Phys. Lett. 1988.

том 3. С. 266–272.

Vol. 153. N 2, 3. P. 181–184.

[9] Гордеев О.А., Хмара Д.В. // Математическое моделирование. 2001. Т. 13. № 9. С. 3–22.

[10] Иванов Ю.А., Лебедев Ю.А., Полак Л.С. Методы контактной диагностики в неравновесной плазмохимии. М.:

Наука, 1981. 133 с.

[11] Иванов Ю.А., Полак Л.С., Словецкий Д.И. // ТВТ. 1971.

Т. 9. № 6. С. 1151–1158.

[12] Косоручника А.Д. // ЖТФ. 1975. Т. 45. Вып. 5. С. 1077– 1081.

[13] Акишев Ю.С., Демьянов А.В., Кочетов И.В. // ТВТ. 1982.

Т. 20. № 5. С. 818–827.

[14] Голубовский Ю.Б., Тележко В.М. // Опт. и спектр. 1983.

Т. 54. С. 60–67.

[15] Brunet H., Rocca-Serra J. // J. Appl. Phys. 1985. Vol. 57. N 5.

P. 574–1581.

[16] Boeuf J.P., Kunhardt E.E. // J. Appl. Phys. 1986. Vol. 60. N 3.

P. 915–923.

[17] Зарин А.С., Кузовников А.А., Шибков В.М. Свободно локализованный СВЧ разряд в воздухе. М.: Нефть и газ, 1996. 204 с.

[18] Golubovskii Yu.B., Maiorov V.A., Behnke J. et al. // Joint 16th Conf. ESCAMPIG and 5th ICRP. Grenoble, 2002. Vol. 1.

P. 233–234.

[19] Golubovskii Yu.B., Kozakov R.V., Maiorov V.A. et al. // Ibid.

Vol. 2. P. 127–128.

[20] Диагностика плазмы / Под ред. Р. Хадлстоуна, С.М. Леонарда. М.: Мир, 1967. 515 с.

[21] Островский Ю.И., Бутусов М.М., Островская Г.В. Голографическая интерферометрия. М.: Наука, 1977. 366 с.

[22] Бодроносов А.В., Верещагин К.А., Горшков В.А. и др. // ЖТФ. 1994. Т. 64. Вып. 1. С. 47–55.

[23] Shakhatov V.A., De Pascale O., Capitelli M. Frontiers in Low Temperature Plasma Diagnostics / Ed. De Benedictis S. Proc.

Villagio Cardigliano Specchia (LE). Italy, 2003. P. 204–207.

[24] Дынникова Г.Я. // ПМТФ. 1988. № 5. С. 3–9.

[25] Верещагин К.А., Смирнов В.В., Шахатов В.А. // ЖТФ.

1997. Т. 67. Вып. 5. С. 34–42.

[26] Хаксли Л., Кромптон Р. Диффузия и дрейф электронов.

М.: Мир, 1977. 637 с.

[27] Смирнов В.В., Фабелинский В.И. // Письма в ЖЭТФ. 1978.

Т. 28. Вып. 7. С. 461–465.

[28] Massabieaux B., Gousset G., Lefebvre M. et al. // J. Physique.

1987. Vol. 48. P. 1939–1949.

[29] Гершензон Ю.М., Розенштейн В.Б., Уманский С.Я. // Химия плазмы. М.: Атомиздат, 1977. Вып. 4. С. 61–67.

[30] Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. М.: Наука, 1967, 491 с.

[31] Физические величины. Справочник / Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. М.: Энергоатомиздат. 1991. 1232 с.

[32] Полак Л.С., Гольденберг М.Я., Левицкий А.А. Вычислительные методы в химической кинетике. М.: Наука, 1984.

280 с.

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.