Экспериментальные и теоретические исследования стримерных разрядов методами эмиссионной оптической спектроскопии

• Автор: Щербаков, Юрий Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Истра
• Количество страниц: 220 с. : ил.

1. Введение

1.1. Постановка задачи

1.2. Структура и объем диссертации

1.3. Основное содержание работы

2. Обзор литературы

2.1. Концепция стримера

2.2. Наблюдения электрического тока и излучения стримера

2.3. Современные экспериментальные и теоретические исследования

3. Теоретический фундамент метода диагностики

3.1. Метод спектрально-оптической диагностики стримерных разрядов и его применение

3.1.1. Краткое описание результатов данного подраздела

3.1.1.1. Теоретические аспекты и подэтапы представленной работы
3.1.1.2. Общая схема исследований
3.1.2. Фундаментальные спектроскопические интегралы
3.1.3. Заселенности электронных состояний
3.1.3.1. Уравнения непрерывности для заселенностей электронных состояний и их решение
3.1.3.2. Аналитический вывод квазистационарных решений
3.1.4. Частоты и константы скоростей реакций
3.1.4.1. Набор основных частот и констант скоростей реакций
3.1.4.2. Уравнение Больцмана для электронов
3.1.4.3. Интегралы неупругих столкновений
3.1.4.4. Кинетические коэффициенты и скорости процессов
3.1.4.5. Сечения процессов
3.1.4.6. Метод численного решения
3.1.4.7. Консервативная по потоку конечно-разностная схема
3.1.4.8. Иллюстрация численных расчетов
3.1.5. Полуаналитическая модель динамики стримера
3.1.5.1. Набор уравнений модели
3.1.5.2. Аналитическая одномерная модель для стадии стационарного распространения стримера
3.1.5.3. Одномерный параметрический профиль приведенного электрического поля
3.1.5.4. Аксиально-симметричная полуторамерная (I.5D) параметрическая модель головки стримера
3.1.6. Верификация модели
3.1.6.1. Алгоритм и метод численных расчетов осевых профилей
3.1.6.2. Сравнение с результатами двумерного моделирования
3.1.7. Численные расчеты и анализ временных профилей излучения полос азота
3.1.7.1. Экспрессный анализ профилей излучения и синхронного отношения Ri
3.1.7.2. Прямой расчет выходных импульсных сигналов
3.1.7.3. Влияние примеси излучения (2,5)-полосы ВПС к (0,0)-полосе ПОС
3.1.7.4. Использование альтернативного набора частот тушения
3.2. Вращательная структура полос излучения азота
3.2.1. Общие замечания
3.2.2. Единицы измерения и коэффициенты пересчета
3.2.3. Распределение заселенностей по вращательным подуровням
3.2.4. Вращательная структура полос второй положительной системы азота
3.2.5. Вращательная структура полос первой отрицательной системы азота
3.2.6. Щелевая функция
3.3. Теоретический фундамент для импульсов электрического тока
3.3.1. Краткий обзор существующих теорий измерения индуцированных стримером токов
3.3.2. Фундаментальные уравнения
3.3.3. Общая эквивалентная схема

Все члены и коэффициенты в используемом уравнении Больцмана (ВО) представляют собой функции энергии электронов, поэтому оно является линейным по ФРЭЭ, и его можно решать практически независимо от конкретного процесса развития стримера. Только одно исключение представляет собой логарифмическая производная плотности электронов по времени (пе)и в левой части уравнения. Это предполагает совместное решение уравнения Больцмана и уравнений движения, описывающих динамику стримера. Как будет показано ниже, эта величина в стационарной фазе распространения первичного стримера сводится к некоторой «эффективной» частоте ионизации. В диапазоне электрических полей 300+500 Тд она совпадает с точностью до множителя порядка 0.5 с полной частотой ионизации, выражаемой через константу скорости ионизации. Таким образом, это свойство позволяет решать уравнение Больцмана независимо от уравнений непрерывности для концентрации электронов.
Неопределенность значений логарифмической производной для различных условий развития стримера оказывает не слишком большое влияние на результаты расчетов функции распределения. Фактически эта неопределенность обусловлена градиентными по концентрации членами уравнения непрерывности для концентрации электронов пе. Эффект градиентов по концентрации можно учесть путем явного введения поправочного множителя в логарифмическую производную (пе)ц или путем перенормировки кинетических характеристик электронного газа, как например в работе [101], где за основу взято уравнение Больцмана, учитывающее пространственную неоднородность по концентрации электронов. В нулевом приближении (т.е., в пренебрежении градиентными по концентрации членами как в уравнении Больцмана, так и в уравнении непрерывности для концентрации электронов) эти поправки не учитываются.
При использовании полностью стационарного уравнения Больцмана, в котором производная по времени в левой части уравнения равна нулю, целесообразно также положить равным нулю третий член в ионизационном интеграле столкновений (В 19), ответственный за накопление вторичных электронов в начале энергетического интервала.
3.1.4.5. Сечения процессов
В настоящее время база данных по сечениям достигла нескольких сотен реакций. Из всей совокупности данных по сечениям, необходимых для численного решения уравнения Больцмана в приложении к спектральной диагностике стримерных разрядов, в настоящей работе используются данные в основном из работ [112-147]. Их описание в большей части