ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Влияние электронного удара и электронно-возбужденных состояний на реакции распада молекул. Д. И. Словецкий из "Моделирование и методы расчетов физико-химических процессов в низкотемпературной плазме" Скорость термического распада молекул (в особенности двзаатом-пых) в значительной степени определяется скоростью возбуждения молекул до энергий, соответствующих их диссоциационному пределу. При высоких температурах, характерных для плазмохимических установок ( 10 °К), или при наличии легкоионизуемых добавок (например, в МГД генераторах) из-за существенной степени ионизации в процессах возбуждения и распада молекул наряду с тяжелыми частицами заметную роль могут играть и электроны. Несмотря на это, в существующих теориях термической диссоциации роль электронного удара практически не рассматривается. [c.3] Недостатком имеющихся теорий диссоциации [1] является также то, что они не учитывают (или учитывают лишь формально умножением полученных констант на статистические веса других состояний, сходящихся к нижнему диссоциационному пределу) возможность распада электронно-возбужденных молекул. [c.3] Пренебрежение электронным ударом в теории термического распада молекул обусловлено в значительной мере тем, что основным инструментом для исследования термических процессов является ударная труба, где вследствие задержки ионизации процессы колебательной релаксации и диссоциации, по крайней мере при невысоких температурах, протекают в отсутствие заряженных частиц. Однако при больших скоростях ударных волн (в азоте и воздухе при 10 км1сек) эти процессы протекают частично при наличии значительных концентраций электронов. [c.3] Поскольку колебательное возбуждение может влиять на скорость диссоциации молекул, постольку на нее будет влиять и возбуждение колебательных уровней молекул в результате электронного удара, и оно должно учитываться нри расчете коэффициентов скоростей термического распада молекул. [c.5] Результаты проведенных таким образом оценок (табл. 1.1.2) показали, что распад молекул вследствие нредиссоциации из состояния BЩg может давать существенный вклад в суммарную скорость процесса термического распада молекулы азота. [c.5] Непосредственное экспериментальное доказательство сильного влияния электронов на диссоциацию двухатомных молекул получено также при исследовании дуг при атмосферном давлении в аргоне с силой тока 4—5 а с небольшими добавками молекулярных газов. Эта система интересна тем, что в ней отсутствует локальное термодинамическое равновесие, в частности Параметры, измеренные в таких дугах, приведены в табл. 1,1.3. [c.6] АВ+М А+В+М в сторону образования диссоциированных продуктов. [c.6] В связи с отмеченными выше фактами сильного влияния электронного удара и Электронно-Еозбужденных состояний на процессы колебательной релаксации и распад молекул со всей остротой встает вопрос о сечениях возбуждения различных колебательных и электронноколебательных уровней молекул электронным ударом, а также диссоциации под влиянием электронного удара. [c.6] Подобно тому, как роль тяжелых частиц в термическом возбуждении и распаде молекул исследуется в ударных волнах, где благодаря задержке ионизации влияние электронов можно свести к минимуму, так и роль электронного удара можно выяснить, исследуя неравновесные системы при пониженных давлениях, где вследствие разрыва энергий электронов и тяжелых частиц возбул-сдение обусловлено только электронами. Удобным объектом для этого, в частности, является возбуждение молекул электронным пучком и электрический разряд при пониженном давлении. [c.6] В настоящее время большинство данных по сечениям различны процессов, инициируемых электронным ударом, получают в скрещенных электронно-молекулярных пучках или масс-снектрометрическн. При этом регистрируется возбуладенне молекул с нижних колебательных уровней (обычно v =0) основного электронного состояния. Возбуждение молекул по внутренним степеням свободы, характерное для плазмо-хнмических систем (например, в разрядах при давлениях в несколько тор средняя энергия электронов составляет 3—5 эв, температура газа 0,3 эв, а колебательная температура в некоторых случаях может достигать - 0,5—1 эв), может существенно повлиять на сечение процессов, инициируемых электронным ударом. [c.7] Рассмотрим, каким образом молено распространить результаты, полученные для возбуладения из нулевого уровня основного состояния, на переходы между возбуледенными колебательными уровнями соответствующих состояний. [c.7] Здесь / — расстояние между ядрами в молекуле г,- — координаты связанных электронов с1х с1хя — элементы в электронном и ядерном конфигурационных пространствах. [c.7] Дальнейшее упрощение полученного вырал ения возможно путем введения моделей, описывающих взаимодействие вращательного и колебательного двил ения ядер в молекуле (см., например, соответствующую процедуру при расчете вероятностей радиационных переходов [И]). [c.7] Использование формулы (1.1.8) при анализе экспериментальных данных по сечениям возбуждения молекулы электронным ударом, па наш взгляд, является необходимым. Эта формула позволяет представить в компактном виде результаты измерений сечений переходов между отдельными колебательными уровнями различных электронных состояний. Представление же результатов в виде суммарного сечения возбуждения данного электронного состояния, как часто практикуется в литературе, приводит к потере важной информации. [c.8] Наиболее универсальным методом, позволяющим исследовать сечения возбуждения любых уровней (в том числе и метастабильных), является метод электронного спектрометра. Он основан на исследовании спектра пучка монокинетических электронов, рассеянного под любыми углами к первоначальному направлению пучка с возбуждением данного уровня. Это единственный метод, позволяющий измерять дифференциальное сечение возбуждения. Последние достижения в чувствительности и разрешающей способпости (- 0,05 эв), обеспечиваемых электронными спектрометрами, позволили получить спектры электронов при больших углах ( 90°) рассеяния и надежно разрешать отдельные колебательные переходы [14, 16, 18]. Большим достоинством метода является то, что на его результаты не влияют каскадные переходы с верхних уровней и вторичные процессы, что является одним из главных недостатков других методов. Однако тот факт, что методом электронного спектрометра измеряются дифференциальные сечения возбуждения, сейчас является в какой-то мере и его недостатком, так как для получения функций возбуждения не хватает данных по рассеянию на большие углы. Кроме того, этим методом трудно получить экспериментально непрерывную зависимость сечений возбуждения уровней от энергии. Поэтому сечения возбуждения исследованы этим методом в настоящее время лишь нри некоторых значениях энергии электронов и далеко в недостаточном диапазоне углов рассеяния. [c.9] В ряде работ [24, 25] показано, что поляризацией излучения при электронном возбуждении можно пренебречь. Преимуществом оптического метода является однозначная идентификация возбуждаемого уровня, обусловленная высокой степенью спектрального разрешения полос. К тому же этим методом сравнительно легко можно измерять зависимость сечений от энергии э ектронов, т. е. полную функцию возбуждения. [c.10] Существенным недостатком метода является возможность вклада в измеряемые сечения каскадных переходов [24], а также некоторых вторичных процессов, если не принять против них специальных мер [28]. Кроме того, этим методом нельзя измерять сечения возбуждения метастабильных состояний. [c.10] Сечения возбуждения метастабильных уровней измеряются с помощью различных детекторов метастабильных частиц (в основном, детекторов вторичной электронной 51миссии), устанавливаемых на различных расстояниях от места возбуждения молекулярного пучка электронной пушкой [33, 34]. Однако ввиду плохой изученности характеристик детекторов и возможности изменения их чувствительности при изменении энергии метастабильных частиц, что особенно резко проявляется для детекторов с поверхностью, активированной различными добавками [35], спектры, полученные с помощью разных детекторов, сильно отличаются друг от друга. Если учесть еще я плохое разрешение, обеспечиваемое данным методом, то легко понять, что интерпретация результатов этих измерений встречается с большими трудностями. Тем не менее относительный ход сечений возбуждения с энергией электронов таким методом может быть измерен, если с помощью различных времен пролета доказать, что эта функция принадлежит определенному переходу (легче всего это сделать для нижних метастабильных состояний, например, молекулы азота). [c.10] Метод электронных ловушек, являющийся разновидностью метода электронного спектрометра, был предложен в работе [30], а усовершенствован и исследован в работах [31, 32]. Этим методом измеряется производная функции возбуждения вблизи порога соответствующего процесса на расстоянии, равном глубине ловушки. Попытки измерять ход сечений [31], изменяя глубину ловушек, приводят к ухудшению разрешающей способности метода, при этом в измеряемые сечения возможен вклад и от других переходов. Попытки перенести результаты этого метода, полученные в области 0,1 эв от порогов (где сечения еще малы, и, как правило, эти области дают малый вклад в процессы возбуждения в низкотем пературной плазме), на максимумы функций возбуждения, неоднократно предпринимавшиеся в литературе к неверным выводам (см. стр. 30 данного обзора). [c.10] Вернуться к основной статье