Физика

Упрощенная кинетическая модель ХeCl молекул



                       Упрощенная кинетическая модель
                          образования XeCl*-Молекул



                   С.С.Ануфрик, А.П.Володенков, К.Ф.Зноско



            Гродненский государственный университет им. Я.Купалы


                 22, ул. Ожешко, г.Гродно, 230023, Беларусь

                                 тел.333346
                        E-mail: a.volodenkov@grsu.by


    Для теоретического исследования кинетики образования  эксимерных  XeCl*
молекул  нами  была  использована  упрощенная  модель,  блок-схема   которой
представлена на рис.1.

                                    [pic]
                     Рис.1. Блок-схема упрощенной модели
                     кинетики образования XeCl*-молекул.
   Эта модель включает следующую совокупность плазмохимических реакций:

                         Xe + e > Xe+ + e + e; (ki)
                           Xe + e > Xe* + e; (k*)
                         Xe* + e > Xe+ + e + e; (ks)
                           Xe* + e > Xe + e; (k2)
                                          HCl(v) + e > Cl- + H; (k0a, k1a,
                          k2a)                  (1)
                              Xe+ + e > Xe; (?)
                      Xe+ + Cl- + M > XeCl* + M; (?обр)
                        XeCl* + N > Xe + Cl + N; (?т)
                         XeCl* > Xe + Cl + h?; (?сп)

    В  круглых  скобках  возле  каждой  реакции  указано   обозначение   ее
скоростного коэффициента, а последних двух реакциях  -  постоянные  времени.
Через М и N обозначены совокупности каких-то  частиц  участвующих  в  данной
реакции. Величина Е/P в разрядном промежутке бралась как постоянной,  так  и
зависящей  от  времени.  Поэтому  брались  скоростные  коэффициенты  реакций
соответствующие выбранному значению Е/P. На основании  (1)  была  составлена
следующая система кинетических уравнений

[pic]

    В системе уравнений (2) использованы следующие обозначения: Ne, No, N1,
N2 - концентрация  электронов  и  HCl;  [Xe],  [Xe*],  [Xe+],  [Cl],  [Cl-],
[XeCl*] концентрация соответствующих атомов, ионов и  молекул.  Для  решения
системы  кинетических  уравнений  (2)  необходимо   использовать   начальные
условия.  В  качестве  начальных  условий  можно  использовать   результаты,
полученные  при  решении   системы   уравнений   [1],   описывающей   работу
предыонизации  или   [2],   описывающей   стадию   пробоя.   Физически   это
соответствует двум способам возбуждения активной среды. Если  мы  используем
результаты  [1],  то   предполагаем,   что   к   активной   среде   приложен
прямоугольный  импульс  напряжения,  и  мы  берем  скоростные   коэффициенты
соответствующие данному значению  Е/P.  При  использовании  результатов  [2]
предполагается,   что   среда   возбуждается   в   режиме    высоковольтного
предымпульса.   Сначала   к   межэлектродному   промежутку    прикладывается
напряжение с большей величиной  Е/P  и  происходит  пробой.  Затем  величина
напряжения быстро снижается  до  некоторой  величины  Е/P,  оптимальной  для
скорости образования эксимерных молекул.  Основной  энерговклад  в  активную
среду осуществляется на этом  этом  этапе.  При  численном  решении  системы
уравнений (2) с помощью стандартных  программ  MathCad  мы  исследовали  оба
способа возбуждения активной среды. Но при этом,  для  того,  чтобы  оценить
насколько  модели  описываемые  [2]  и  (2)  соответствуют  друг  другу,  мы
остановимся только на анализе результатов, получаемых при использовании  для
(2) в качестве начальных условий, данных  полученных  при  решении  [1].  На
рис.1-2 представлены зависимости концентраций атомов,  ионов  и  молекул  от
времени.  Скоростные  коэффициенты,  использованные   при   получении   этих
зависимостей, соответствуют условиям, при которых  были  получены  кривые  в
[2] (Е/P=2000 В/(см атм)).


                                    [pic]

      При расчетах парциальное давление HCl равнялось  1  торр;  парциальное
давление Хе равнялось 30 торр;  Е/P=2000  В/(см  атм);  Р  =3  атм  –  общее
давление газа( буферный газ Ne); ? – частота прилипания; Ne, N0,  N1,  N2  –
концентрация электронов и молекул HCl в различных колебательных  состояниях;
Xe+, Cl-, XeCl* - концентрация ионов ксенона, хлора и молекул XeCl*.

                 Рис. 1. Кинетика образования XeCl*-молекул



                                    [pic]

      При расчетах парциальное давление HCl равнялось  4  торр;  парциальное
давление Хе равнялось 30 торр;  Е/P=2000  В/(см  атм);  Р  =3  атм  –  общее
давление газа( буферный газ Ne); ? – частота прилипания; Ne, N0,  N1,  N2  –
концентрация электронов и молекул HCl в различных колебательных  состояниях;
Xe+, Cl-, XeCl* - концентрация ионов ксенона, хлора и молекул XeCl*.

                 Рис. 2. Кинетика образования XeCl*-молекул

Следует  отметить,  что  наши   теоретические   кривые   (рис.1-2)   неплохо
соответствуют экспериментальным данным [3]. Они могут быть использованы  для
определения мощности спонтанного излучения Рсп с единицы объема разряда:

                                                     Рсп ~ [XeCl*]/?cп
                                                  (3)

      Полученные в результате теоретических расчетов  данные  предполагается
использовать при разработке и оптимизации эксиламп.

                      Список использованных источников

1. Slavomir Anufrik, Alexander Volodenkov, Kazimir  Znosko.  Simulation  of
   preionization system for XeCl-lasers.// LFNM’2004, September 6 - 9, 2004
   Kharkov, Ukraine, P.56-58, 2004.
2. Slavomir Anufrik, Alexander Volodenkov, Kazimir Znosko. Simplified model
   for XeCl-lasers.// LFNM’2004, September 6 - 9,  2004  Kharkov,  Ukraine,
   P.29-31, 2004.
3. В.М.Багинский, П.М.Головинский, В.А.Данилычев и  др.  Динамика  развития
   разряда и предельные характеристики лазеров на смеси Не-Хе-НС1 // Квант.
   электрон. – 1986. – Т.13, №4. – С.751–758.


-----------------------
(2)