Неравновесное излучение и ионизация в газо-кластерных средах за ударными волнами

• Автор: Дракон, Александр Всеславович
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 106 с. : ил.

Оглавление
Оглавление
1 Введение

1.1 Актуальность темы исследований

1.2 Обзор литературы

1.2.1 Неравновесные эффекты во фронте ударных волн

1.2.2 Кинетика распада Ре(СО)5 и формирования 19 железных наночастиц. Процессы неравновесного возбуждения растущих кластеров

2 Экспериментальное оборудование и 30 методика измерений

2.1 Ударная труба

2.2 Оптические измерения

2.2.1 Диагностика роста кластеров (экстинкционные 33 измерения)
2.2.2 Регистрация неравновесного излучения 34 исследуемой среды
2.3 Зондовые измерения концентрации заряженных частиц
2.3.1 Конструкция зондов
2.3.2 Калибровочные эксперименты в аргоне, содержащем 37 естественную примесь натрия
3 Анализ применимости гипотезы высокоэнергетичных 42 соударений для описания пиков неравновесного излучения во фронте УВ
3.1 Эксперимент
3.1.1. Первичные экспериментальные данные. Спектральные 42 характеристики неравновесного излучения.
3.1.2. Анализ результатов. Зависимости интенсивности 49 излучения от параметров эксперимента.
3.2 Монте-Карло моделирование
3.2.1 Методика численного расчета
3.2.2 Результаты моделирования
3.3 Анализ сечений высокоэнергетичных неупругих столкновений
3.4 Выводы

4 Экспериментальное и численное исследование
процессов возбуждения кластеров в ходе конденсации пересыщенного пара железа за ударными волнами
4.1 Экспериментальные результаты
4.1.1 Эмиссионные измерения
4.1.2 Регистрация неравновесной ионизации
за фронтом ударной волны
4.2 Анализ экспериментальных результатов
4.2.1 Оценка применимости гипотезы неравновесного
возбуждения железных кластеров в ходе конденсации
пересыщенного пара железа
4.2.2 Эффективные энергии процессов возбуждения и
ионизации железных кластеров
4.3 Кинетическое моделирование
4.3.1 Кинетическая схема
4.3.2 Результаты моделирования и сопоставление
с экспериментальными данными
4.4 Выводы
Заключение и выводы
Литература
Приложение

Глава
Введение
1.1. Актуальность темы исследований
Распространение ударной волны сопровождается большим количеством неравновесных процессов, начиная с релаксации поступательных степеней свободы и заканчивая установлением химического и ионизационного равновесия. Взаимодействие различных степеней свободы между собой при этом может приводить к существенным отличиям их распределений по энергиям от равновесных, что ведет к возникновению различных неравновесных эффектов. Известным примером является взаимодействие между колебательными степенями свободы и диссоциацией молекул за сильными ударными волнами, порождающее существенные отклонения от аррениусовской кинетики. Могут также наблюдаться возбуждение излучающих состояний и ионизация в относительно слабых ударных волнах. К примерам такого рода можно отнести наблюдения пиков неравновесного излучения в области фронта ударных волн, распространяющихся в газовых смесях, содержащих малую примесь тяжелых реагирующих молекул. Наиболее ярко такие эффекты наблюдались в смесях, содержащих малые добавки пентакарбонила железа Ре(СО)5 [1]. В этой работе обсуждались два возможных механизма данного явления. Первый связывает наблюдаемое излучение с высокоэнергетическими столкновениями в зоне поступательной релаксации во фронте УВ. Второй же предполагает, что излучение возникает в релаксационной зоне ударной волны при быстрой рекомбинации образующихся при распаде карбонилов атомов металла.
Прояснение природы наблюдаемых пиков является актуальной научной задачей, так как регистрируемое излучение в зависимости от реализующегося механизма несёт информацию о вероятностях неадиабатических переходов при высокоэнергетичных столкновениях молекул либо о кинетике экзотер-

Для получения времяразрешенных спектров неравновесного излучения была использована высокоскоростная ICCD-камера «Streak Star II» (LaVision). На рис. 2.2.1 представлена зависимость чувствительности матрицы камеры от длины волны регистрируемого излучения согласно данным производителя. Разложение эмиссионного излучения исследуемой среды в спектр осуществлялось с помощью внешнего спектрографа (Oriel Instruments), оснащенного дифракционной решеткой с шагом линий 150 штрихов/мм. Для фокусировки излучения использовались фотообъективы различных моделей.
Длина волны, нм
Рис. 2.2.1. Зависимость квантового выхода CCD-матрицы камеры «Streak Star II» (La Vision) от длины волны регистрируемого излучения
Для обеспечения временного разрешения измерений, значительно превышающего максимально возможную частоту считывания кадра с ССБ-матрицы, применялся специальный режим работы камеры БітеакЗіаг. Встроенная в камеру система диафрагмирования светового потока обеспечивает попадание разложенного в спектр излучения лишь на небольшую часть матрицы. После получения сигнала синхронизации камера начинает выполнение циклов построчного сдвига накопленных на ССБ-матрице зарядов. После выполнения N циклов сдвига (где N равно количеству строк матрицы) происходит стандартное считывание полученного кадра; при этом распределение зарядов в ячейках матрицы содержит информацию о временном профиле