Измерение вращательной и колебательной температур в газовом разряде по спектру молекулы азота. - 14 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

МФТИ | Москва

Рубрика: 

Как отмечалось выше, простая связь между
и
в основном состоянии и
rot
T
vib
T
rot
T
и
в возбужденном состоянии
vib
T
(
)
U
ПC
3
существует в двух случаях: при
возбуждении
2
N
(
)
U
ПC
3
прямым электронным ударом и возбуждении излучением,
либо если радиационное время жизни превышает время установления
и
в
rot
T
vib
T
2
N
(
)
U
ПC
3
.
Рассмотрим первый случай. В отсутствие быстрых химических реакций и
других механизмов, приводящих к избирательному заселению вращательных
уровней, в основном состоянии равна вследствие быстрой
rot
T
tr
T
RT
-релаксации.
Если выполнено условие
c
hB
kT
e
rot
>>
(26)
Где - вращательная постоянная (для исследуемого разряда оно заведомо
e
B
справедливо), возбуждение молекул из основного электронного состояния
+
Σ
U
X
1
электронным ударом приводит к копированию вращательного распределения
основного состояния. При этом в состоянии связано с соотношением
rot
T
U
ПC
3
rot
T
[10]:
rot
e
e
rottr
T
B
B
TT 09.1
*
0
≈≈
(27)
где и – вращательные постоянные состояний и
0
e
B
*
e
B
+
Σ
U
X
1
U
ПC
3
соответственно.
Распределение по колебательным уровням электронно-возбужденных
состояний в этом случае может сильно отличаться от распределения в основном
состоянии. Расчеты, проведенные авторами работ [11, 12], показали, что
vib
T
(
)
U
ПC
3
равна колебательной температуре
vib
T
(
)
+
Σ
U
X
1
при . KT
vib
50004000 −=
При более низких появляются существенные отклонения колебательной
vib
T
функции в состоянии распределения от больцмановской. В этих же
U
ПC
3
работах рассчитаны поправки для определения
vib
T
(
)
+
Σ
U
X
1
по
vib
T
(
)
U
ПC
3
при
разных . При
vib
T
vib
T
(
)
+
Σ
U
X
1
= 3000К, в состояниях и отличаются на
vib
T
U
ПC
3 +
Σ
U
X
1
20 %.
Рассмотрим второй случай. Если радиационное время жизни превышает
время установления колебательной и поступательной температур (процессы
RT
-
и T
υ
- релаксации завершены), то и в состоянии равны
vib
T
rot
T
U
ПC
3
соответствующим температурам в основном состоянии. Радиационное время
жизни состояния составляет [13], время между газокинетическими
U
ПC
3
c
8
105,4
−
⋅
столкновениями молекул в исследуемом диапазоне давлений и температур газа
составляет . Эти времена соизмеримы, поэтому выравнивание температур c
8
103
−
⋅
возбужденного и основного состояния не успевает полностью произойти. Однако
в двух рассмотренных выше случаях температуры в возбужденных состояниях
отличаются незначительно. Это обстоятельство определяет порядок ошибки при
измерении и данным методом.
vib
T
rot
T
      Как отмечалось выше, простая связь между Trot и Tvib в основном состоянии и
Trot и Tvib в возбужденном состоянии (C 3 ПU ) существует в двух случаях: при
возбуждении N 2 (C 3 ПU ) прямым электронным ударом и возбуждении излучением,
либо если радиационное время жизни превышает время установления Trot и Tvib в
N 2 (C 3 ПU ).
      Рассмотрим первый случай. В отсутствие быстрых химических реакций и
других механизмов, приводящих к избирательному заселению вращательных
уровней, Trot в основном состоянии равна Ttr вследствие быстрой RT -релаксации.
Если выполнено условие
                                                        hB
                                            kT rot >>        e
                                                                                       (26)
                                                         c
       Где Be - вращательная постоянная (для исследуемого разряда оно заведомо
справедливо), возбуждение молекул из основного электронного состояния X 1ΣU+
электронным ударом приводит к копированию вращательного распределения
основного состояния. При этом Trot в состоянии C 3 ПU связано с Trot соотношением
[10]:
                                                     Be0
                                           Ttr ≈ Trot * ≈ 1.09Trot                      (27)
                                                     Be
       где Be0 и Be* – вращательные постоянные состояний                    X 1Σ U+ и C 3 ПU
соответственно.
       Распределение по колебательным уровням электронно-возбужденных
состояний в этом случае может сильно отличаться от распределения в основном
состоянии. Расчеты, проведенные авторами работ [11, 12], показали, что
Tvib (C 3 ПU ) равна колебательной температуре Tvib (X 1Σ U+ ) при Tvib = 4000 − 5000 K .
При более низких Tvib появляются существенные отклонения колебательной
функции в состоянии распределения C 3 ПU от больцмановской. В этих же
работах рассчитаны поправки для определения Tvib (X 1ΣU+ ) по Tvib (C 3 ПU ) при
разных Tvib . При Tvib (X 1ΣU+ ) = 3000К, Tvib в состояниях C 3 ПU и X 1ΣU+ отличаются на
20 %.
       Рассмотрим второй случай. Если радиационное время жизни превышает
время установления колебательной и поступательной температур (процессы RT -
и υT - релаксации завершены), то Tvib и Trot в состоянии C 3 ПU равны
соответствующим температурам в основном состоянии. Радиационное время
жизни состояния C 3 ПU составляет 4,5 ⋅ 10 −8 c [13], время между газокинетическими
столкновениями молекул в исследуемом диапазоне давлений и температур газа
составляет 3 ⋅ 10 −8 c . Эти времена соизмеримы, поэтому выравнивание температур
возбужденного и основного состояния не успевает полностью произойти. Однако
в двух рассмотренных выше случаях температуры в возбужденных состояниях
отличаются незначительно. Это обстоятельство определяет порядок ошибки при
измерении Tvib и Trot данным методом.

Страницы