Введение к работе
Актуальность гзботы Гидроксильное излучение мезосферы в инфракрасной и кргісной областях спектра, вызванное колебательно-вращательныш переходами ay=I-6 с колебательных уровней гидрок-сильных радикалов 7=1-9, обладает наибольшей интенсивностью среди всех свечений неба. Гидроксильное свечение определяет тепловой баланс и местоположение иезопаузы (переходной области меаду иезосферой и териосферой). Оно используется для измерения температуры и ветра, концентрации составляющих мезосферы, для исследования природа волновых процессов и взаимосвязи процессов в нижней и верхней атмосфере.
Несмотря на большое число практических применений гідроксильного свечения для изучения атмосферы и почти 50-летнюв историю исследований кинетического механизма образования и потерь колебательно-возбужденных радикалов ОН , кинетические параиетры этих процессов до сих пор не установлены. До недавнего времени отсутствовала информация о скоростях и механизмах элементарных процессов релаксации колебательно-возбужденных радикалов OH(v> в столкновениях с частицами мезосферного воздуха - 02, Н2 и 0.
Проблема релаксации колебательной энергии гидроксильных радикалов на молекулах воздуха имеет самостоятельный интерес для развития представлений о динамике релаксации и химических реакций простейших двухатомных частиц при уровне колебательного возбуждения, близком к барьеру реакции. Изучить молекулярную динамику процессов релаксации верхних колебательных уровней в лаборатории довольно сложно. Результаты наблюдений свечения неба дают дополнительную возможность для получения информации и проверки представлений о процессах релаксации. В условиях мезосферы практически несущественны некоторые процессы столкновений, имеющие место в лабораторных экспериментах, например столкновения с Н, 0э, стенками реактора. В мезосфере релаксация происходит лишь на 02, N2, О, что дает возможность контроля лабораторных результатов по натурным наблюдениям свечения неба. Параллельно с выполнением настоящей работы в литературе были сформулированы две крайние модели релаксации 0H(v): модель ступенчатой одноквантовой релаксации и модель "мгновенной
гибели", предполагающая полную потерю колебательной энергии гидроксила при каждом столкновении. Каждая из этих моделей со своим набором значений констант скорости релаксации описывает относительные населенности OH(v) в иезосфере. Поскольку эти две иодели являются крайними, то вполне естественно, что можно найти промежуточную модель, также описывающую основные наблюдения гидроксильного свечения.
Неопределенности в выборе модели и ее кинетических параметров при моделировании важного атмосферного явления - гидроксильного свечения, а также большое научное значение развития представлений о динамике релаксации и реакций высоковозбужденных радикалов, типичным представителем которых является OH(v), делают настоящие исследования весьма актуальными.
Цель работы Установление реалистичной кинетической модели гидроксильного свечения неба и кинетических параметров, определяющих образование и потери колебательно-возбужденных гидрок-сильных радикалов 0H(v=4-9).
Научная новизна работы состоит в комплексном подходе в изучении кинетических параметров, определяющих гидроксильное свечение неба,на основе их лабораторных и теоретических исследований и апробации полученных кинетических параметров путем их использования для моделирования наблюдений гидроксильного свечения.
Для анализа реальности модели "мгновенной гибели" детально проанализированы данные масс-спектрометрических исследований химической реакции высоковозбужденных радикалов 0H(v=7-9) с молекулами кислорода.
Исследовано влияние специфических особенностей поверхности потенциальной энергии реакции H+0z = Н+0Э на скорость и характер колебательной релаксации высоковозбужденных состояний ОН (7=7-9) на 02 и установлена большая вероятность многоквантовой релаксации этих состояний.
Теоретически исследована динамика релаксации OH(v) на молекулах азота и определены соответствующие константы скорости. На основе этих результатов предложен новый механизм релаксации OH(v) в иезосфере, предполагающий многоквантовые переходы при релаксации верхних колебательных уровней гидроксильных радикалов на 02.
Из сопоставленіш наблюдаемых и вычисленных интенсивностей полос гидроксильного свечения получено, что основной вклад в релаксацию верхній уровней 0H(v=7-9) дают трехквантовые перехода при столкновениях 0Н{7) с 02. Установлены относительные вероятности одно-, двух- и трехквантовых переходов в столкновениях OH(v) с 0 . Показано, что эти столкновения и многоквантовые радиационные переходы 0H(v=7-9) с Av=3,2 в основном определяют скорость заселения средних уровней v=5-6. Опустошение этих уровней происходит в столкновениях с 0 и 0г< При этом необходимо допустить высокую скорость взаимодействия QH(v=5,6) с атомами кислорода.
Таким образом в работе построен новый кинетический механизм гидроксильного свечения неба и установлена большая часть его кинетических параметров.
Практическая ценность Результаты настоящих исследований имеют большое значение для понимания природы гидроксильного свечения мезопаузы, имеющего широкие практические применения для исследования верхней атмосферы и динамической связи нижней и верхней атмосферы. Работа имеет также фундаментальное значение для развития представлений о динамике релаксационных процессов верхних колебательных уровней двухатомных частиц с энергией, близкой к энергии барьера реакции.
Апробация работы Результаты и материалы работ, вошедших в диссертацию докладывались на 13-м (11-16 сентября 1994 г.,Дублин) и 14-м (7-12 сентября 1996 г.,Лидс) . Международных симпозиумах по газовой кинетике, а также на школе по химической физике в Лазоревском в 1992 г..
Публикации По результатам исследований опубликовано 8 печатных работ.
Структура и объем работы Диссертация состоит из Введения, трех глав, Заключения и списка литературы (
