Введение к работе
Настоящая работа посвявена изучение ионно-молекулярных рваній
имя при тепловых энергиях'столкновения ( ЗООК >. Работа включает в себя получение экспериментальных результатов по следующей схеме: проведение эксперимента и цифровая обработка данных, построение кинетической схемы и оценка конотант скорости участвующих в схеме реакция. Отдельно выделен раздел по исследованию процессов Пеннинг- ионизации.
Актуальность темы.
Исследование процессов с участием заряженных частий представляет большой интерес как для фундаментальной науки, так и для ряда практических приложения, таких как изучение физики и химии атмосферы Земли и ' межзвездного пространства, изучение физики и химии газового разряда, плаэмохииии и функционирования различного рода энергетических установок.
Установка по исследованию рвепалаювеиоя плазмы в потоке позволяет не только определять константы скорости отдельных ионно-молекулярных реакция, но и проводить комплексное исследование достаточно сложной кинетики ионных превращения и определение механизма реакция. Такой подход можно рассматривать как лабораторное моделирование процессов, происходящих в ионизированном газе.Так, например, моделировались процессы о участием заряженных частиц, происходящие в аргоно-метановои плазме в присутствии паров воды.
Особенное внимание было уделено реакциям образований, про-врааения и распада ионных кластеров - комплексных ионов, состоящих из центрального иона и окружасяея его оболочки ( "вуйы" ) из нейтральных молекул, которые, в отличив от реакции "голих" ионов, изучены мало, хотя они играет весьма кначительну», если не определяющую, роль в реальных системах при повышенных давлениях и низких температурах.
Основной целью исследований было получение информации как об елементарних процессах, происходящих при ионно - молекулярных столкновениях, так и о механизмах превравения ионов, причем полученная количеотвенная информация представляет интерес для практических приложения, чем и был обусловлен выбор объектов исследования. В частности кинетика и количественные данные HUP в системе-Аг - СН4 - Н2О интересны для плазмохимических технология получений чистых материалов из разряда углеводородных газов. Кинетика превращении положительных ионов в системе SF6 - Н20 интереоиа поскольку 3F6 применяется в разрядогасящих устройствах и в маса - спектрометрии о химической ионизацией. Реакции кластеров воды о аиетонитрклоы интересны для ионной химии стратосферы Земли, где смешанные водно - ецетонитрильные кластеры является одной из доминирующих компонент. Однако несмотря даже на наличие моделей, описывающих это явление, данных по константам скорости реакция до настоящего времени нет.
Научная новизна.
Усовершенствована установка по исследованию распадающейся плазмы в потоке. Усовершенствована методика определения констант скорости ионно- молекулярных реакций (ИЫР) в потоке с учетом эффектов перемешивания реагентов и создана методика' анализа сложных кинетических схем ИКР, а также процедура нахождения соответствующих констант скорооти из экспериментальных зависимостей.
На уотановке исследованы более 50 HUP. более, чем для 20 из них впервые измерены конотвнты скорости реакции.
Установлен механизм превравения первых поколения ионов в системе АГ+-СН4 в присутствии примеси воды в потоке гелия при давлении I Торр и одновременно в одном эксперименте измерены константы скорости двадцати реакция этоя системы (причем для двух реакция это было оделено впервые ).
Обнаружена высокая эффективность образования ионов ArJ
вблизи катода ионизатора, эависйяая от ускоряющего' электроны напряжения на катоде. Показано, что потенциал появления ионов ArJ равен примерно 14,б В, и что зависимость тока ArJ имеет вид относительно узкого пика вблизи потенциала ионизации Аг. Предложено объяснение образования ионов ArJ в процессе ассоциативной ионизации при столкновениях оысоковоэбужденного атома аргона (14.36 эВ <Еех<15,76 эВ) и атома в основном состоянии. Исследованы зависимости выхода ионов от потока аргона, тока эмиссии электронов с катода и даны возмояные объяснения этих зависимостей.
Изучена кинетика превращения ионов в системе H20-CH3CN в потоке гелия при давлениях около 1 Торра. Измерены константы скорости реакций водных кластеров с ацетонитрилом; обнаружено, что эти реакции идут в основном по канапу замещения НзО на CH3CN. Измерена константа скорости обратной реакции замещения СН3СН на
Н20 в кластере: H
Предложено две схемы реакции между иенами H(CH3CN)2(H20)+, H(CH3CN)2(H20)J и H(CH3CN)(H20)|.
Обнаружено, что ион Хе* не перезаряжается на ацетонитриле, а ионы Xe.CH3CN'f и Xe(CH3CN)J реагирует с ацетонитрилом преимуиественно по каналу присоединения.
Практическая ценность работы. Полученные в работе результаты могут бить использованы і
- для моделирования процессов в атмосфере Земли и ыежзвезд-
,,..-„ ном пространстве;
г при разработке и оптимизации конструкции плазменных, гаэо-' разрядных и других энергетических установок;
- для дальнейшего развития теоретических представлении о
фундаментальной природе иенно-молекулярных взаимодействии.
На защит/ выносятся і
усовершенствованные методики исследовании ионно-молекуляр-ных реакция методами распадающейся плазмы в потоке и проиедуры определения кинетических схем реакции и констант скорости:
экспериментальные значения констант скорости более 50 YMP. измеренные при Т-300 К. a также насколько констант равновесия;
-схемы превращения ионов в системах Ar^-O^-l^O. H2O-CH3CN.;
-эффективное Образование ионов Аг вблизи катода ионизатора, возмохное обоснование этого явления;
-низкая скорость практически резонансной реакции перезарядки иона Хе+ на ацетонитриле.
Апробация работы и публикации. Результаты диссертационной работы докладывались на VIII Всесоюзной конференции по Физике низкотемпературной плазмы (Минск. 1991); Симпозиуме по атомной и поверхностной фиаике (Тренто. Италия, 1992); Ежегодной конференции Американской ассоциации по аэрозольным исследованиям.(Оак Брук. Иллинойс, 199Э); Симпозиуме по атомной и поверхностной Физике (Мария Альм. Австрия. 1994); Научно - техническаой конференции Московского Физико - технического института (МФТИ). Москва. 1994.
Результаты диссертационной работы были опубликованы в в печатных работах: 2 статьях и 6 (из них 4 международных ) сообщениях на конференциях и симпозиумах.
Структура и объем диссертации.
