Моделирование распределений возбуждённых состояний инертных газов в оптической диагностике плазменных потоков

• Автор: Кули-Заде, Марина Евгеньевна
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 143 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. ЭЛЕКТРОН - АТОМНЫЕ СТОЛКНОВЕНИЯ В ЗАДАЧАХ РАДИАЦИОННОЙ ПЛАЗМОДИНАМИКИ
1.1. Ионный состав в модели локального термодинамического равновесия (расщеплённая модель)
1.2. Статистическая интерпретация модели локального термодинамического равновесия в условиях слабой ионизации
1.3. Система кинетических уравнений
1.4. Плазма капиллярного разряда с испаряющейся стенкой. Ионизационный состав плазмы окиси иттрия
Выводы к главе
Глава 2. РАДИАЦИОННЫЕ И СТОЛКНОВИТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ В КВАЗИСТАЦИОНАРНОЙ ПЛАЗМЕ ИНЕРТНЫХ ГАЗОВ
2.1. Корональный предел
2.2. Частичное локальное термодинамическое равновесие (чЛТР)
2.3. Запись системы кинетических уравнений с уче том фотопроцессов. 66 Выводы к главе
Глава 3. МЕТАРАВНОВЕСНАЯ ДВУХТЕМПЕРАТУРНАЯ ПЛАЗМА ПОТОКОВ ИНЕРТНЫХ ГАЗОВ
3.1. Система кинетических уравнений с учётом диссоциативной рекомбинации
3.2. Распределения возбужденных состояний квазистационарной двухтемпературной плазмы аргона
3.3. Распределения возбужденных состояний квазистационарной двухтемпературной плазмы аргона и экспериментальные данные
Выводы к главе
Глава 4. О ФОРМИРОВАНИИ ПРОФИЛЕЙ ЛИНИЙ КСЕНОНА
4.1. Уширение спектральных линий атома ксенона
4.2. Контур спектральной линии цилиндрического плазменного столба. 113 Выводы к главе
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ
Схема уровней
ПРИЛОЖЕНИЕ

Сечения и скорости возбуждения электронным ударом
ПРИЛОЖЕНИЕ
Сечения и скорости ионизации
ПРИЛОЖЕНИЕ
Тройная рекомбинация с участием электронов
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
В развитии компьютерной физики важную роль занимает машинный эксперимент. Важно не только сформулировать теоретическую модель, разработать алгоритм, но и провести компьютерное тестирование, выяснив физическую сущность практических задач.
Расцвет экспериментальных работ по изучению плазменных потоков и становление радиационной плазмодинамики приходится на 70-е годы прошлого столетия. Однако отсутствие мощных компьютерных средств и разработки соответствующих вычислительных методов задержало оформление фундаментальных понятий этого раздела физики.
Актуальность темы. Вопрос о состоянии плазмы имеет принципиальное значение как с точки зрения фундаментальных основ теории плазмы (низкотемпературной плазмы, спектроскопии, диагностики плазмы, радиационной плазмодинамики и др.), так и с точки зрения многочисленных практических приложений.
Целью работы- является моделирование компонентного состава низкотемпературной квазистационарной плазмы тяжёлых инертных газов с учётом разных плазмохимических реакций, а также изучение распределений возбуждённых состояний' атома Аг и Хе для- спектроскопических исследований в плазменных устройствах.
Основные результаты, научная новизна работы.
В теоретическом, плане:
1. Рассмотрена кинетическая (метаравновесная) модель двухтемпературной квазистационарной плазмы, позволяющая получать распределения возбуждённых состояний атомов тяжёлых инертных газов, являющиеся.базовыми понятиями спектроскопии неравновесной плазмы.
2. В квазистационарных условиях (микросекундный диапазон) решение системы уравнений, квазистационарной многоуровневой кинетики представлено графически на диаграмме параметров (зависимости концентрации электронов от плотности ядер). С учётом реакции диссоциативной рекомбинации возникает нетрадиционная область гистерезисного типа. Кинетическое равновесие при одной и той же плотности ядер реализуется не единственным способом. Одно из них относится к модели частичного локального термодинамического равновесия

концентрациях электронов, больших 1016 см"3, а «расщепленная модель» дает завышенные значения.
Предложенная диаграмма метаравновесных состояний является альтернативой формулы Саха в более широкой области параметров. Зная любые два параметра, можно определить третий. Например, по известным экспериментальным значениям концентраций ядер и электронов, мы можем определить температуру. Необходимость точек О на рис. 1.3.4 б пропадает. Местоположение точек + определяет соответствующую температуру электронов по известным концентрациям ядер и электронов. Температура электронов, полученная из диаграммы параметров (рис. 1.3.4 б) для первой точки из табл. 1.3.1 равна Т = 0.91 эВ (что совпадает и с результатом по расщепленном модели). Для последней точки Т = 1.2 эВ.
Важной характеристикой в изучении плазмы является распределение заселённостей уровней как функция их энергий.
Полученный из (1.3.29) вектор состояний X как функция энергии возбуждения атома / - го уровня £) есть не что иное, как распределение возбуждённых состояний (РВС) по энергиям. Каждая компонента вектора Х1 (1.3.4) обычно рассматривается как концентрация возбуждённого состояния или по-другому, - заселённость уровня.
В этом случае распределение атомов по возбужденным состояниям (РВС) для аргона с учетом лишь электронных процессов представлено на рис. 1.3.5. (где IV, - концентрация возбуждённых атомов в г-ом
состоянии, а Е1 - энергия возбуждения). Представленные на рисунке РВС, как и в случае больцмановского распределения по возбужденным состояниям [16,19], сохраняют линейную зависимость.
Полученные зависимости РВС от энергии возбуждения лежат в основе оптических методов диагностики потоков плазмы инертных газов [19]. Заселённости возбуждённых состояний определяются по экспериментальным спектрам и представляются в зависимости от энергии возбуждения уровней. По наклону экспериментальных РВС определяются температуры электронов.