Измерение концентрации частиц в плазме

Одним из наиболее удобных методов измерения концентрации заряженных частиц является метод, использующий зависимость уширения спектральных линий от концентрации заряженных частиц в плазме. [c.209]

Первый из этих процессов может играть заметную роль лишь при сравнительно больших давлениях газа. Особенно медленно объёмная рекомбинация происходит в чистых электроположительных газах, не способных образовывать отрицательные ионы. Таковы применяемые в электровакуумных приборах Аг, Ке, Не, Кг, Хе. В электроотрицательных газах, в которых образование нейтральных частиц происходит путём рекомбинации между собой положительных и отрицательных ионов, объёмная рекомбинация происходит быстрее на несколько порядков величины. Поэтому прибавление электроотрицательных примесей к чистым электроположительным газам значительно ускоряет деионизацию плазмы путём рекомбинации в объёме. При малых давлениях газа основную роль для деионизации плазмы играет рекомбинация заряженных частиц на поверхности твёрдых тел при двуполярной диффузии к ним электронов и ионов. На этом основаны применение специальных сеток и металлических цилиндров около анодов в ртутных выпрямителях и другие приёмы изменения конфигурации разрядного промежутка. Малое расстояние между электродами также благоприятно для ускорения деионизации. Большое значение, как это показал В. Л. Грановский, имеют электрические поля, налагаемые на плазму извне, которые изменяют скорость передвижения ионов и электронов к электродам. В выпрямителях такие поля всегда имеются во время полупериода переменного напряжения, соответствующего обратному току, и должны учитываться при теоретической оценке времени деионизации. Экспериментальным методом определения хода изменения концентрации заряженных частиц при деионизации плазмы может служить осциллографирование проводимости плазмы после прохождения через плазму прямоугольного импульса тока. Поле, приложенное между двумя вспомогательными электродами, введёнными в плазму для измерения её электропроводности, должно [c.305]

Для экспериментального исследования механизмов физикохимических процессов в низкотемпературной плазме наиболее часто используются методы стационарных концентраций и релаксационный. Первый основан на измерении стационарных концентраций частиц (возбужденных атомов, молекул, радикалов. [c.38]

Для измерения концентраций заряженных частиц в неравновесной низкотемпературной плазме используются зоны Ленгмюра [53, 114, 220, 225, 226], СВЧ-зондирование плазмы [53, 212, 213, 233], спектроскопические методы штарковского уширения спектральных линий и абсолютной интенсивности тормозного и рекомбинационного электронного континуума [52—55]. Они перекрывают практически весь необходимый диапазон концентраций электронов, т. е. Ne 10 см — спектроскопические методы, ТУе >> 10 —Ю см — зондовые Ые > 10 — метод СВЧ-резо-натора, Не >> 10 см — метод отсечки СВЧ-волпы либо метод отражения. [c.50]

Для исследования плазмы тлеющего разряда этот метод также используется [284]. Техника интерферометрических измерений довольно сложна. К числу существенных его недостатков относится определение полной концентрации частиц независимо от их химического сорта. Поэтому при исследовании плазмы к нему прибегают лишь в случае крайней необходимости. [c.52]

Как уже было показано [см. уравнение (23)], возможно измерять концентрации (число частиц в 1 см ) в газах пламени при условии, что достигается насыщение, и максимальная яркость флуоресценции измеряется в абсолютных единицах. То же можно сделать для нестационарных сигналов флуоресценции, как теоретически показал Дейли [40], который называл этот метод импульсной резонансной спектроскопией. Этот же метод был использован Хаасом [41] для диагностики плазмы низкого давления. Когда наблюдается импульс флуоресценции, измерение времени затухания Дает константу скорости тушения (допуская наличие двухуровневой системы и простого экспоненциального затухания), в то время как измерение интегрированного по времени сигнала дает концентрацию атомов. [c.225]

Погрешность этой формулы максимальна в том случае, если объемная рекомбинация является преобладающим процессом гибели, и по величине не превышает 30%. Соотношение (6.7) можно использовать для расчета скорости ионизации газа на оси разряда по измеренным концентрациям заряженных частиц и ионному составу плазмы (см. гл. II, 4). При небольших концентрациях электронов, характерных для тлеющего разряда (Л 10 см ), погрешность расчета скорости ионизации определяется в основном погрешностью расчета коэффициента гибели за счет диффузии (6.5) и может быть достаточно велика, так как заранее неизвестно распределение скорости ионизации по радиусу (6.5). Однако в любом случае она не превышает 100%. [c.168]

Оптические методы диагностики плазмы. По полосам спектра излучения плазмы можно идентифицировать различные компоненты плазмы [25]. При низких давлениях уширение спектральных линий обусловлено тепловым движением излучающей частицы (доплеров-ское уширение) и статистическими флуктуациями электрического поля (штарковское уширение), вызываемыми флуктуациями концентрации электронов вблизи излучающей частицы. По величине допплеровского уширения (в случае легких атомов) можно определять температуру излучающей частицы величина штарковского уширения зависит в основном от концентрации электронов и лишь в небольшой степени от электронной температуры. При высоких давлениях наличие уширения, обусловленного воздействием на излучающую частицу со стороны соседних атомов газа, делает подобные измерения невозможными. [c.99]

В большинстве этих исследований предлагаемые механизмы тех или иных процессов основаны на исследованиях зависимости выхода продуктов или расходования исходного вещества от внешних параметров плазмы — силы тока, вкладываемой мощности, расхода и состава сырья, а также на качественных наблюдениях. К таким наблюдениям относятся внешний вид разряда, изменение окраски и светимости, использование малых добавок, избирательно влияющих на концентрации тех или иных компонентов. При использовании последнего метода, очень эффективного в обычных химических системах, не учитывается влияние добавок на параметры разряда, а также влияние разряда на добавку (ее разложение, возбуждение, ионизацию и т. д.), что может коренным образом изменить предполагаемое действие добавки. Количественные измерения внутренних параметров плазмы, влияющих на скорости и кинетику процессов в ней,— распределение электрических полей в плазме, концентрации и ФР электронов по энергиям, температуры тяжелых частиц, ФР частиц по уровням внутреннего возбуждения, [c.269]

От этих внешних параметров зависит тип электрического разряда и внутренние параметры плазмы распределение электрических полей в плазме, концентрация и ФР по скоростям электронов, ФР тяжелых частиц по скоростям (температуры) и уровням внутреннего возбуждения. В результате химических реакций меняется состав нейтральной и ионной компонентов плазмы, что также требует своих измерений. [c.40]

Высокие температуры, получаемые в плазме и плазменных струях (10 °К), обусловливают распад молекул введенного в них реагента и появление различных молекулярных осколков и радикалов, не существующих при обычных температурах. Основным методом идентификации и определения концентрации этих частиц в данном случае является спектроскопическое исследование состава плазмы. Количественный спектральный анализ, как известно, основан на измерении интенсивностей линий и широко применяется в исследованиях пламен и газовых разрядов. Очевидно, результаты, полученные в этих исследованиях, могут быть использованы при изучении плазмы. [c.220]

Расчеты равновесных концентраций заряженных частиц, возбужденных атомов и молекул могут быть использованы для диагностики параметров плазмы в состоянии ЛТР. Они составляют основу большинства разработанных и наиболее широко употребляемых в настоящее время спектральных методов измерения температуры плазмы по абсолютной и относительной интенсивности излучения линий и полос, испускаемых возбужденными атомами и молекулами, интенсивности континуума, излучаемого при торможении электронов на ионах и атомах и их рекомбинации с ионами, а также неспектральных методов диагностики [52, 53]. [c.18]

Еще более велики противоречия при исследовании распада плазмы водорода и других молекулярных газов [6, 204—206]. В этих случаях измерения одной лишь скорости спадания концентрации электронов совершенно недостаточно. Становятся существенными процессы образования сложных ионов (например, Ng, наряду с N и Ni в азоте, 0J в кислороде и т. п.), а, кроме того, в процессе распада плазмы ионы, соответствующие атомам с более высокими потенциалами ионизации, могут передавать свой заряд нейтральным частицам в результате процесса перезарядки или электронно-атомного обмена. [c.71]

Наряду со спектрально-оптическими методами в диагностике низкотемпературной плазмы широкое распространение получили контактные методы. Они основаны на помещении в плазму твердых тел различной конструкции (металлов диэлектриков) и измерении потоков энергии и частиц на них. Такими телами могут быть термопары, нагреваемые проволочки, зонды различных типов, включая пробоотборники. Измеряемые величины — концентрации электронов и тяжелых частиц в основном и возбужденном состоянии и распределения их по энергиям. Условия применения некоторых контактных методов приведены в табл. 6.2. [c.292]

Концентрацию электронов можно рассчитать методом последовательных приближений по температуре из выражения (1.25а) для коэффициента непрерывного излучения плазмы. Для этого необходимо измерить абсолютную интенсивность этого излучения. Основной трудностью при проведении таких измерений является учет вклада в интенсивность со стороны непрерывного излучения примесных частиц в плазме [78, 79]. [c.31]

Для использования рассмотренной выше методики выбора наиболее вероятных механизмов химических реакций и физикохимических процессов в неравновесной плазме необходимо измерение достаточно полного набора параметров плазмы, влияющих на скорости тех или иных элементарных стадий, и концентраций возбужденных, заряженных частиц и радикалов. [c.39]

Полная концентрация тяжелых частиц рассчитывается по уравнению (2.10) с использованием измеренных значений давления и температуры газа. При наличии известных профилей температуры и давления концентрация рассчитывается для каждой точки плазмы. [c.52]

Поэтому в работе [315, 625] основное внимание было уделено комплексному измерению параметров плазмы тлеющего разряда в аммиаке, включая концентрации возбужденных частиц и радикалов, для чего использовались спектральные, масс-спектральные и зондовые измерения (см. гл. П, 2) (табл. 9.8). [c.254]

Изучение механизмов химических реакций в неравновесной плазме и, в частности, в других типах электрических разрядов, как уже отмечалось неоднократно в предыдущих разделах (см. гл. II, V, VI, IX), затруднено отсутствием надежных и достаточно полных сведений о параметрах плазмы. Тем не менее все основные процессы, вызывающие химические и физико-химические процессы в неравновесной плазме тлеющего разряда, при пониженных давлениях будут протекать и в этих условиях. Скорости их можно рассчитать с использованием коэффициентов скоростей элементарных стадий, полученных из измерений в тлеющем разряде. Теория подобия электрических разрядов носит весьма приближенный характер (например, для подобия ФР электронов по энергиям недостаточно сохранения величины параметра E/N -Нужно еще сохранить степень ионизации и концентрации возбужденных частиц (см. гл. III, 3)). Это требует детального изучения механизмов возбуждения и ионизации до перенесения результатов в соответствии с теорией подобия. Поэтому единственно корректным путем, на наш взгляд, является перенос уровневых сечений и коэффициентов скоростей и вероятностей процессов. Определение уровневых коэффициентов скоростей и вероятностей различных процессов являлось одной из целей работ, подробно описанных в данной книге. [c.276]

Под диагностикой низкотемпературной плазмы понимают измерение концентраций частиц и установление формы распределения энергии между последними. Лабораторная плазма — открытая в термодинамическом смысле система, вследствие чего в ней существуют значительные градиенты всех параметров. Поэтому задачей диагностики является также и измерение пространственных распределений указанных величин. В случае нестационарной плазмы (турбулентной, импульсной) возникает необходимость исследовать зависимости измеряемых величин от времени, а при диагностике потоков плазмы — измерять газодинамические характеристики последних. Задача диагностики двухфазных плазменных потоков осложняется необходи-1иостью измерения также и параметров второй фазы, т. е. распределений частиц по температуре, скорости и размеру. [c.286]

Методы измерения концентрации свободных электронов в плазме более многочисленны и разнообразны, чем методы измерения концентраций частиц в основном состоянии. Прежде всего необходимо назвать метод, основанный на измерении уширения водородных линий. Уширение водородных линий в плазме обусловлено линейным штарк-эффектом в микрополях заряженных частиц. Теория уширения водородных линий развита в работах Грима. Наиболее точным способом определения концентрации электронов по уширению водородных линий является сравнение экспериментально полученного контура с набором теоретических [407]. С несколько меньшей точностью можно пользоваться зависимостью концентрации электронов от полуширииы линии. Например, для линии Нр [c.290]

Согласно экспериментальным измерениям [22, 23] концентрация частиц основного вещества в плазме дуги составляет не более 10 частиц/сл13, 5 менее 1% от общего числа частиц в плазме. Поэтому при указанных усредненных параметрах и равномерном испарении примеси и основного вещества предельная относительная чувствительность обнаружения в угольной дуге не может превосходить 10 %. [c.322]

Измерение электрофизических параметров плазмы было выполнено зондовым и оптическим методами. Распределение концентрации электронов, полученное с помощью одиночного цилиндрического зонда Ленг-мюра, показывает, что концентрация электронов следует за распределением полного числа частиц, четко фиксируя ядро потока (рис. 2). [c.310]

Концентрация атомов в плазме может быть определена методом оптической интерферометрии. Для этого необходимо произвести измерение показателя преломления плазмы на двух длинах волн и, используя соотношения типа (IV. 4. 9) и (IV. 4. 10), рассчитать концентрацию атомов. Следует подчеркнуть, что при неизвестном а priori компонентном составе плазмы этот метод позволяет измерить просто величину концентрации нейтральных частиц в плазме, поскольку вклады отдельных нейтральных компонент в коэффициент преломления плазмы суммируются. [c.404]

Концентрации электронно-возбужденных частиц измеряются по интенсивности спектров их излучения в видимой, ультрафиолетовой (УФ) и ближней инфракрасной (ИК) областях спектра [52— 55]. Наибольшие затруднения вызывает измерение концентраций метастабильных частиц следствие малости вероятностей радиационных переходов с них, а также концентрации атомов на нижних возбужденных уровнях, поскольку линии излучения (резонансные) лежат, как правило, в области вакуумного ультрафиолета и реабсорбированы. Для их регистрации используются спектральные методы поглощения излучения [51—53, 148], которые хороши при концентрациях поглощающих возбужденных молекул выше 10 —Ю см- [148]. Для атомов предельные концентрации несколько ниже, так как вся энергия перехода сосредоточена в одной узкой линии [274]. В послесвечении разрядов возможно детектирование с помощью детекторов вторичной электронной эмиссии [275] либо косвенные методы — передача возбуждения на излучающие состояния малой примеси, например ртути [276—278]. Использование косвенных методов в разрядах затруднено, поскольку возможно влияние на сигнал других возбужденных частиц, ионов и электронов. Тем не менее метод малой излучающей добавки может быть весьма эффективным, и для его осуществления в плазме требуется специальное исследование механизма возбуждения регистрируемого излучения [139]. [c.50]

Большую роль в преодолении этих трудностей играют накопление экспериментальных данных по уровневым коэффициентам скоростей, разработка полуэмпирических методов их расчета и перенос на этой основе результатов измерения эффективных сечений и коэффициентов скоростей процессов с одних неравновесных систем (электронные и молекулярные пучки, электронные рои, масс-спектромеры и т. д.) на другие (электрические разряды раз личного типа и другие случаи неравновесной плазмы). Исследование механизмов физических процессов и химических реакций в плазме дает возможность обнаружить новые процессы, ранее не наблюдавшиеся в других системах, роль которых возрастает вследствие увеличения концентраций возбужденных, заряженных частиц и радикалов по сравнению с модельными системами. Это в свою очередь стимулирует постановку экспериментов по изучению таких реакций традиционными методами физики столкновений. [c.285]

Значение спектроскопии для изучения плазмы, как высокотемпературной, так и низкотемпературной, трудно переоценить. Диагностика плазмы, т. е. определение качественного и количественного состава плазмы, измерение температуры и концентрации заряженных частиц, основано прежде всего и главным образом на спектроскопических измерениях. Только с помощью спектроскопии могут быть такн е решены вопросы о потерях за счет излучения в плазме, предназначенной для осуществления термоядерных реакций, и о лучистом тонлообмепе при движении в плотных слоях атмосферы с гиперзвуковыми скоростями. [c.5]

Предварительный расчет и оценка скоростей отдельных стадий с использованием найденных экспериментально свойств плазмы (концентраций заряженных частиц, их функций распределения по скоростям и т. д.), а также известных (измеренных или рассчитанных) сечений или констант скоростей этих стадий. Сравненпе результатов расчета со скоростью одной выбранной стадии, для которой есть наиболее надежные экспериментальные данные. Исключение из анализа стадий, скорости которых очень малы. (Те стадии, скорости которых не удается оценить из-за отсутствия необходимых сведений, исключать из анализа нельзя). [c.370]

Прежде всего необходимо назвать метод, основанный на измерении уширения водородных линий. Уширение водородных линий в плазме обусловлено линейным штарк-эффектом в микрополях заряженных частиц. Теория уширения водородных линий развита в работах Грима [81]. Наиболее точным способом определения концентрации электронов по уширению водородных линий является сравнение экспериментально полученного контура с набором теоретических [97]. С несколько меньшей точностью можно пользоваться зависимостью концентрации электронов от полуширины линии. Например, для линии [97] [c.31]

Анализ механизмов возбуждения азота с помощью методики поиска наиболее вероятных механизмов физико-химических процессов (см. гл. II, 2) выполнен лишь в работах [139, 147] с использованием экспериментально измеренных параметров разряда, концентраций электронно—N2 (С П , А 1,и) — и колебательновозбужденных молекул Ng (X 2g, v), атомов азота, ионного состава плазмы и концентраций заряженных частиц (см. гл. И, табл. 2.1) при р = 0,6—4 Тор, / = 1 — 1,0 мА/см , й = 1,6 см. [c.126]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология