Оптико-акустические исследования колебательно-поступательной релаксации высоковозбужденных молекул ряда фторорганических соединений Штепа, Виктор Иванович

Введение к работе

Актуальность проблемы. Интенсивные экспериментальные и теоретические исследования колебательной релаксации молекул были начаты в ЗО-е годы при изучении дисперсии распространения звука в молекулярных газах. Для газовых систем, находящихся вблизи термодинамического равновесия, детально изучались явления переноса, были развиты общие методы решения кинетических задач и создана релаксационная теория распространения звука.

На втором этапе, в 40 - 50-е годы, исследовались процессы в ударных волнах в неравновесных условиях. Были получены важные результаты по вероятностям колебательных переходов при столкновениях, изучены процессы колебательно-колебательного и колебательно-поступательного обмена энергией в чистых газах и смесях, разработана теория термической диссоциации.

В середине 60-х годов начался третий этап в изучении колебательной кинетики, что было вызвано развитием квантовой электроники, плазмохимии и лазерной химии. Возникла потребность в изучении далеких от равновесия режимов релаксации, когда запас колебательной энергии значительно превосходит равновесное значение. В этом случае доля высоковозбужденных реакционноспособ-ных молекул может быть выше больцмановской на много порядков, что позволяет использовать такие системы с сильной колебательно -поступательной неравновесностью для осуществления быстрых и селективных химических реакций.

На основании проведенных к настоящему времени исследований можно утверждать, что фторорганические соединения являются перспективным объектом для проведения плазмохимических и лазе-рохимических реакций.

Основная задача неравновесной колебательной кинетики состоит в нахождении условий релаксации колебательной энергии в конкретных химических реакциях без потерь ее на нагрев газа. Для ее успешного решения необходимо изучение скоростей колебательно-поступательной релаксации высоковозбужденных многоатом-

ных молекул, зависимости скоростей релаксации от условий экспе римента и. в частности, от уровня возбуждения.

Поэтому исследование колебательно-поступательной релакса ции фторорганических соединений представляет большой интерес, тема настоящей работы является актуальной.

Цель работы . Целью настоящей работы было:

1. Разработка и создание автоматизированной эксперимеь тальной установки для изучения процессов колебательно-постулг тельной релаксации многоатомных молекул импульсным оптико-акус тическим методом;

2. Оптимизация параметров оптико-акустического детектора разработка методики обработки экспериментальных данных с ш мощью ЭШ с тем. чтобы повысить точность и надежность измер< ний;

3. Измерение времени колебательно-поступательной релакс; ции молекул CF< , cF3 ci, CF3 вг, CF3 і в зависимости от собс венного давления газа и плотности энергии лазерного излучения также анализ полученных результатов;

4. Использование оптико-акустической методики для создан газоанализатора целевых продуктов технологического плазмохим ческого синтеза.

Научная новизна. Впервые обращено внимание на значительн ошибки способа определения времени v-т релаксации по фронту импульса и разработана методика математической обработки полн го ОА сигнала.

Впервые оптико-акустическим методом детально исследовали времена колебательно-поступательной релаксашш в ряду фторорг

НИЧеСКИХ СОеДИНвНИЙ CF«, CF3C1. CFsBr, CFsI.

Уточлоп газодинамический параметр рг_уТ для молекул cf Впервые измерены характерные времена релаксации молен

cfsci и CFsBr в зависимости от собственного давления газа

плотности энергии лазерного излучения.

Впервые экспериментально показано, что зависимость скоре

теЯ релаксации внеоковозбужденных молекул сгзвг и CF3i от пло

ности энергии лазерного излучения можно объяснить разогреї

?аза в процессе v - т обмена в соответствии с теорией Лан-іау-Теллера.

Впервые для молекул CFsBr обнаружено локальное увеличение газодинамического параметра рт_ут, возникающее при определенном соотношении между собственным давлением и плотностью энергии лазерного излучения.

Экспериментально показано, что этот эффект связан с соответствующим локальным уменьшением сечения поглощения лазерного излучения.

Практическая ценность. Результаты данной работы могут быть использованы для теоретических расчетов в неравновесной колебательной кинетике. Особый интерес они представляют для специалистов, занимающихся плазмохимией и лазерохимией. Развитие оптико-акустического метода позволило создать ОА - газоанализатор для измерения концентраций фторорганических соединений на уровне ПДК. В настоящее время этот прибор прошел успешные испытания и работает в технологической линии плазмохимического синтеза. Основные положения диссертации, выносимые на защиту :

5. Автоматизированная установка для исследования процессов v-т релаксации оптико-акустическим и интерферометрическим методами.

6. методика математической обработки экспериментальных данных с помощью ЭВМ.

7. Способ оптимизации геометрических размеров ОА кюветы.

8. Характерные времена колебательно-поступательной релаксации МОЛеКуЛ CF«, СГЭС1, CF3Br, CFsI И ИХ ЗЭБИСИМОСТЬ ОТ СОбС-

твенного давления газов и плотности лазерного излучения.

Апробация работы. Результаты работы изложены в докладах на хш Всесоюзной конференции по когерентной и нелинейной оптике. (Ереван.1982 г.). на конференции по спектроскопии сложных свободных молекул (Минск,I988D, на хш Международной конференции по когерентной и нелинейной оптике (Минск, 1988 г.).

Публикации. Основное содержание работы изложено в девяти публикациях.

Обьем работы. Диссертация изложена на^130 страницах, со-

держитЗб рисунков, 4 таблицы, список литературы изІП наименования и состоит из введения, 5 глав, заключения , выводов, списка цитируемой литературы.