Введение к работе
Актуальность темы. В последнее время больпой интерес вызывают исследования бестоковой плазмы /I/, т.е. среды, механизм ионизации в которой не связан с наложением внешнего электрического поля. К подобным объектам можно отнести плазму послесвечения, существующую в паузах мезду разрядными импульсами, фогролззиу, образующуюся при селективной фотовозбуждении, пучковую плазму, возникающую при пропускании через газ пучка быстрых электронов. Изучение бестоковой плазмы обусловлено широким практическим использованием подобных объектов, необходимостью анализа основных процессов, протекающих з таких условиях. Б частности, исследование фогоплазмы находит своз применение при анализе космической плазмы, при изучение преобразования энергии излучения в электрическую. Пучковая плазма используется при создании плазмохкмических устройств, в качестве активной среды газовых лазеров высокого давления.
К настоящему времени наиболее изучена плазма послесвечения. В таких условиях реализуются сравнительно низкие величины электронных температур * и довольно Енсокие заселенности возбуяденных и, в первую очередь, метастабильных уровней. Соответственно подобная среда является удобным объектом для исследования различных элементарных процессов. Значительная часть таких исследований посвящена изучению плазмы чистых инертных газов как одному из наиболее простых объектов.
Несомненный интерес представляет анализ кинетики плазмы смесей инертных газов. Такая среда, например, используется в инфракрасных лазерах высокого давления на атомарных переходах тяжелых инертных газов /2,3/. При этом наиболее эффективная генереция получена на переходе Хе 5d[3/2Jj-*-6p[5/2jg (длина волны 1732,6 нм) в смеси с буферным гелием или аргоном. Однако основные механизмы, формирующие инверсию в подобных средах, еще до конца не установлены. Во многой эуо обусловлено ограниченностью информации об эффективности соответствующих про- ч цессое. В частности, в литературе для нахождения величины коэффициента трехчастичной рекомбинации используются различные
4.
выражения. Велик разброс данных о константах пенкинговской ионизации атомов тяжелнх инертных газов сикгдетными и триплетними метастабильными атомами гелия. Отсутствует информация о разрушении конкретных лазерных уровней атсмным ударом.
Все вышесказанное определяет актуальность темы диссертации, посвященной исследованию элементарных процессов, а также кинетики возбужденных и заряженных частиц в бестоковой плазме смесей инертных гаэов._
Целью настоящей работы явпялось:
I) экспериментальное исследование процессов заселения и разрушения лазерных 5d[3/2]j и 6p[5/2]g уровней Хе в плазме послесвечения чистого ксенона и смесей с буферными гелием и аргоном;
Z) исследование методом плазменной электронной спектроскопии реакций пеннинговской ионизации атомов тяжелых инертных газов метастабильныыи атомами гелия;
-
проведение корректного расчета величины коэффициента трехчглтичной рекомбинации при совместном учете столкновений с электронами и атомами;
-
анализ кинетики слабоионизованной пучковой плазмы высокого давления смеси гелия с тяжзлыми инертными газами.
Методы исследования. Экспериментальные исследования в плазме послесвечения инертных газов и их смесей проводились с использованием измерений функции распределения электронов по энергиям (ФР) методом модуляции зондового тска с временным разрешением /4/. Концгчтрация электронов А/е определялась по проводимости плазмы методом зондирующего импульса /5/, который также использовался для изменения температуры электронов Те с целью получения температурных зависимостей параметров плазмы. Концентрации возбужденных атомов определялись оптическими методами поглощения (в варианте двух трубок) и лучеиспускания, а также по измерению ФР в области спектров реакций пеннинговской ионизации /о/.
Научная новизна к практическая ценность работы заключаются в следующем.
I. На основе спектроскопического исследования плазмы пос-
о.
лесвєчения Хе и смесей Не+Хе и Аг і-Хе в видимой и инфракрасной областях спектра,изучены процессы рекомбинационног'о заселения и разрушения атомным ударом лазерных 5ct[3/2]j л 6р[5/2]п уровней ксенон?.. Бпервке определен ряд соответствующих констант.
-
Впервые измерена константы ступенчатого возбуждения бр, 7s и 5d уровней Хе, испускающих линии в инфракрасной области спектра.
-
Методой плазменной электронной спектроскопии зарегистрированы электронные спектры пеннинговскоЯ ионизации Ar , Кг и Хе меиастабильными атомами гелия. Погрешность измеренных отношений суг.марных констант ионизации синглетными и триплетними метастаЗидьтми атомі :и гелия существенно меньше разброса литературных данных. Впервые определены усредненные по углам рассеяния относительные ойфективности образования ионов Кг и Хе* в состояниях ?з/2 и 1/2'
-
Проанализировано соответствие дискретной и дифференциально!» записи для потока по возбувденным состояниям. Показано, что величину коэффициента трехчастичной рекомбинации можно находить в диффузионном приближении, сукмируя коэффициенты диффузии и динамического трения в пространстве энергий, обусловленные столкновенитеи возбувденных атомов с электронами и нейтральными частицами.
-
Впервые проведен расчет коэффициента трехчастичной рекомбинации при совместном учете упругого и диполь-дигольного механизмов взаимодействия слабоезязанных электронов с нейтральными атомами.
-
Рассчитаны основные параметры кваэистационарной слабо-иониэозанной пудовой плазмы смеси Не+Хе в условиях, типичных для работы ИК лазеров с ядерной на::ачкой. На основе корректного расчета коэффициенга трехчастлчной рекомбинации ионов Хе+ з буферном гелии и определения 7J проанализирована роль потоков грехчастичной рекомбинации ионов Хе4 и диссоциативной рекомбинации ионов Xeg+ в заселении возбужденных уровней.
Апробация работы и публикации. Основные результаты диссертации докладывались на X и XI Всесоюзных конференциях по фи-
6.
зкке электронных и атомных столкновений (Ужгород, 1988; Чебоксары, I99IK П и Ш Всесоюзных семинарах "Процэссы ионизации с участием возбужденных атомов" (Ленинград, 1930; 1991), X Европейской конференции по атомной .и молекулярной физике ионизованных газов (Орлеан, 1990).
Материалы диссертации опубликованы в восьми статьях к четырех тезисах докладов.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глаз и заключения, содертлт 162 стр. машинописного текста, включая 33 рисунка к 8 таблиц. Библиография содержит 132 наименования.
