Исследование процесса образования заряженных кластеров воды Н\+(Н/2О)п в мезопаузе масс-спектрометрическим методом в лабораторных условиях

• Автор: Авдиев, Евгений Георгиевич
• Шифр специальности: 01.04.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1985
• Место защиты: Ленинград
• Количество страниц: 146 c. : ил

Часть1. Глава I. Литературный обзор

1.1. Мезосферные облака в атмосфере Земли

1.2. Состав и строение частиц мезосферных облаков по данным ракетного зондирования

1.3. Заряженные кластеры воды - ядра нуклеации при образовании частиц мезосферных облаков

1.3.1. Лабораторные методы получения и исследования свойств заряженных кластеров

1.3.2. Механизм образования заряженных кластеров в мезопаузе

1.3.3. Авроральные электроны

Часть II. Списание эксперимента и обсуждение результатов

Глава 2. Получение заряженных кластеров воды Н^СН^О^)п

из льда
2.1. Методика эксперимента
2.1.1. Списание экспериментальной установки
2.1.2. Получение пленок льда
2.1.3. Получение масс-спектров Н+(Н20)П
2.1.4. Исследование температурной зависимости масс-спектров Н+СН20)п
2.1.5. Зависимость масс-спектров П'Чн^О^ от энергии бомбардирующих электронов Е0
2.1.6. Получение заряженных кластеров тяжелой воды 0+(ого)п,
Глава 3. Механизм образования заряженных кластеров
из льда

3.1. Ьзаимодействие быстрых электронов с кристаллической решеткой льда . 7£Г
3.2. Ориентационные дефекты кристаллической решетки
3.3. Описание механизма образования Н+(Н20)п из льда
3.3.1. Расчет величины зоны возбуждения М(Е0)
3.4. влияние температуры на средний размер кластеров * * * «90
3.5. Влияние энергии бомбардирующих электронов Е0 на средний размер кластеров (анализ экспериментальных масс-спектров)
3.5.1. Определение параметра эКСп
3.5.2. Проверка "пуассоновости" экспериментальных масс-спектров
3.6. Образование заряженных кластеров й+со2о)п
Сравнение с Н+(Н20)п
3.6.1. Сравнение экспериментальных масс-спектров 0*(0го)п
и н+(н2о)П
3.7. Проверка механизма образования заряженных кластеров Н+(Н20)п на независимых масс-спектральных экспериментах
3.8. Образование больших заряженных кластеров воды Н+(Н20)п в мезосферных облаках
Выводы
Литература
Приложение

В последнее время уделяется больше внимания роли кластеров (ассоциатов) в процессах, происходящих в атмосфере Земли. Если еще два десятилетия назад кластеры (как нейтральные, так и заряженные) получали и исследовали их свойства только в лабораторных условиях, то в настоящее время определенно доказан факт существования кластеров в атмосфере и процессы с их участием часто используют для описания многих атмосферных явлений. Например, резкое уменьшение концентрации электронов в О -области ионосферы связывают с повышенной концентрацией заряженных кластеров воды, обладающих высокой скоростью процесса диссоциативной рекомбинации. Поглощение в онке прозрачности водяного пара 8-12 мкм связывают с наличием нейтральных кластеров воды, в частности, димеров Н20 . Н^О. Перечень подобных примеров можно продолжить.
В общем, можно сказать, что с повышением точности измерения атмосферных параметров, роль кластеров в объяснении их характерных особенностей растет. Это и определяет практический интерес к исследованиям процесса образования и свойств нейтральных и заряженных кластеров.
Нейтральный кластер, состоящий из атомов или молекул, представляет собой элементарный объект переходного состояния вещества, возникающего при фазовом переходе [I] . Для идеальных атмосферных газов прочность ассоциатов слишком мала, чтобы их можно было рассматривать в качестве независимых атмосферных частиц, обладающих свойствами, отличными от свойств исходного газа. В таких случаях говорят просто о флуктуациях плотности. Однако для большинства малых газовых составляющих, критическая температура которых значительно выше температур, наблюдаемых обычно в атмо-

Анализируя представленные спектры, можно заключить, что:
а) рассчитанные дифференциальные энергетические спектры электронов на высотах 200 - 100 км имеют локальный максимум плотности потока в высокоэнергетичной части шкалы;
б) положение локального максимум плотности потока на шкале энергий зависит от начальной энергии падающих электронов Е , а также от глубины проникновения в атмосферу;
в)при увеличении начальной энергии авроральных электронов
Е0 и при уменьшении высоты (т.е. при увеличении глубины проникновения) локальный максимум на шкале энергий располагается в области 1,5 - 4,0 кэВ.
Из данных по расчету профилей скорости потери энергии для электронов с различными начальными энергиями Е0 88 , видно, что на высоту мезосферного облака (т.е. 88 - 91 км) проникают электроны , имеющие В0 > 40 кэВ. Наличие электронов с такой энергией в потоке, падающем на верхнюю границу атмосферы в авроральной зоне экспериментально доказано во время ракетных запусков, например, в работе [1151, причем плотность потока электронов с энергиями
А *7 *2 Т Т
Е0 > 40 кэВ может достигать величины 10 - 10 см с^стер-1 кэв-1. К сожалению в литературе не приводятся рассчитанные дифференциальные энергетические спектры электронов на.высотах 88 -91 км для начальной энергии Е0 = 40 кэВ (и выше). Поэтому положение локального максимума для высоты мезосферного облака Н = 90 км оценивается при помощи экстраполяции дифференциальных спектров электронов для значений Е0 <. 40 кэВ. В данной работе для положения локального максимума плотности потока электронов на шкале энергий для высоты 90 км принимается значение 1,5 кэВ.