Уровневая полуэмпирическая столкновительно-излучательная модель водородной низкотемпературной плазмы электронно-циклотронного резонанса использована для анализа применимости спектральных методов диагностики по излучению триплетных состояний молекулярного водорода ( N 3 = 3 a g, 3 c u, 3 d u, 3 e u, 3 f u, 3 g g, 3 h g, 3 i g, 3 k u и 3 r g ). Показано, что вторичные процессы дают наибольший вклад в кинетику рождения и гибели триплетных состояний 3 a g, 3 c u, 3 d u, 3 e u, 3 g g, 3 h g, 3 i g и 3 r g. Наименьший вклад вторичные процессы дают в возбуждение и дезактивацию триплетных состояний 3 f u и 3 k u. Для обработки интенсивностей дипольных разрешенных переходов f 3u a3g, g3g и 3 3 k u a g может применяться упрощенная корональная модель.
The excitation kinetics of hydrogen triplet states in ECR discharge is investigated in the framework of the level-to-level zero-dimensional semiempirical collisional-radiative model of hydrogen lowtemperature plasma. Analysis of applicability of molecular emission spectroscopy for diagnostics of ECR discharge in hydrogen is performed on the basis of obtained results.
The known from literature measured two-temperature electron energy distribution function (EEDF) with groups of “cold” ( c e T, c e N ) and “hot” ( h e T, h e N ) electrons was used in the calculations. Input parameters in the model were the gas temperature Tg = 400–600 K, pressure p = (0.25–0.96)×10-2 Torr, concentrations c e N = (0.13–2.3)×1010 cm-3, h e N = (0.3–0.8)×1010 cm-3 and temperatures c e T = = 0.6–2.0 eV, h e T = 2.0–6.0 eV of electrons, the percentage of atomic hydrogen PH = 4.0 %.
The electronic relaxation time e R of the populations of the triplet states N3 of the hydrogen molecules does not exceed a few tenths of a second. The values of the steady-state concentrations of excited molecules 3 H2 N are in the range from 1.7×104 to 8.2×107 cm-3.
The stationary distribution of triplet states N3 populations and the vibrational distribution function of hydrogen molecules in the ground state differ from the Boltzmann distributions. The calculated value of the temperature of the first vibrational level 1 V g T X lies in the range from 1700 K To 3000 K. Under optimum conditions for formation of the vibrationally – excited molecules 1 2, g H X v, the processes including the excited molecules 1 2, 1 4 g H X v can give a contribution to the kinetics of excitation of triplet states 3 u c , 3 u d , 3 u e , 3 g h , 3 g i and 3 g r .
Mechanisms of the excitation and deactivation differ for different triplet state of the hydrogen molecule and are determined by the volumetric collisional-radiative processes. The composition and number of secondary processes and their hierarchy change depending on the residence time of the gas in the discharge zone.
The secondary processes give the largest contribution to the excitation and deactivation of the triplet states 3 g a , 3 u c , 3 u d , 3 u e , 3 g g , 3 g h , 3 g i and 3 g r . Secondary processes give the smallest contribution to the excitation and deactivation of the triplet states 3 u f and 3 u k . Thus the dipole transitions 3 3, 3 u g g f a g and 3 3 u g k a can be used for the spectral diagnostics of hydrogen ECR discharge on the base of a simplified coronal approximation model.
It was shown that the radiation of the system Fulcher 3 3 2 u g H d a commonly used in the spectral diagnostics does not described by a simplified coronal model in conditions of ECR discharge. This conclusion differs from that previously obtained for microwave discharge and DC discharge [65, 66]. This is due to the fact that the EEDF in ECR discharge is enriched with fast electrons compared with the distribution in these discharges. This difference leads to a greater rate of excitation of triplet states, to increase their concentrations and, consequently, to increased role of secondary processes in their excitation.
Идентификаторы и классификаторы
- SCI
- Физика
- eLIBRARY ID
- 29423995
В рамках уровневой нульмерной полуэмпирической столкновительно-излучательной модели водородной низкотемпературной плазмы исследована кинетика заселения триплетных состояний молекулярного водорода ( N 3 = 3 g a , 3 u c , 3 u d , 3 u e , 3 u f , 3 g g , 3 g h , 3 g i , 3 u k и 3 g r ) в плазме ЭЦР-разряда. На основе полученных результатов проведен анализ применимости спектральных методов диагностики разряда по излучению молекулярного водорода. В расчетах использовалась экспериментально определенная бимаксвелловская ФРЭЭ с группами «холодных» ( c e T, c e N ) и «горячих» ( h e T, h e N ) электронов. Исходными параметрами в модели являлись поступательная температура Tg = 400–600 К, давление газа p = (0,25–0,96)×10-2 Торр, концентрации c e N = = (0,13–2,3)×1010 см-3, h e N = (0,3–0,8)×1010 см-3 и температуры c e T = 0,6–2,0 эВ, h e T = 2,0–6,0 эВ электронов при процентном содержании атомарного водорода PH = 4,0 %.
Величина времени электронной релаксации e R заселенностей триплетных состояний N 3 молекулы водороды не превышает десятые доли секунды. Значения стационарных концентраций возбужденных молекул 3 2 H N лежат в диапазоне 1,7×104–8,2×107 см-3. Стационарные распределения заселенностей триплетных состояний N 3 и по колебательным уровням основного состояния 1 g X молекулы водороды отличаются от больцмановских распределений. Рассчитанные значения температуры первого колебательного уровня 1 V g T X лежит в диапазоне от 1700 К до 3000 К. В плазме при оптимальных условиях образования колебательно-возбужденных молекул водорода 1 2, g H X v процессы с участием 1 2, 1 4 g H X v могут давать вклад в кинетику возбуждения триплетных состояний 3 u c , 3 u d , 3 u e , 3 g h , 3 g i и 3 g r .
Механизмы рождения и гибели различаются при переходе от одного триплетного состояния молекулы водорода к другому и определяются объемными столкновительно-излучательными процессами. Состав и количество вторичных процессов и их иерархия изменяются в зависимости от времени пребывания газа в разрядной зоне.
Установлено, что вторичные процессы дают наибольший вклад в рождение и гибель триплетных состояний 3 g a , 3 u c , 3 u d , 3 u e , 3 g g , 3 g h , 3 g i и 3 g r . Наименьший вклад вторичные процессы дают в рождение и гибель триплетных состояний 3 u f и 3 u k . Дипольные разрешенные переходы 3 3, 3 u g g f a g и 3 3 u g k a могут применяться для спектральной диагностики водородной плазмы в условиях ЭЦР-разряда в приближении упрощенной корональной модели. Это отражено на рис. 2, где показаны излучательные переходы, которые можно и не рекомендуется использовать в рамках упрощенной корональной модели. Заметим, что излучение часто используемой для диагностики система Фулхера 3 3 2 u g H d a , в условиях ЭЦР-разряда не описывается упрощенной корональной моделью. Этот вывод отличается от полученного ранее для СВЧ-разряда и разряда постоянного тока [65, 66]. Это связано с тем, что энергетическое распределение электронов в ЭЦР-разряде обогащено быстрыми электронами по сравнению с распределением в упомянутых разрядах (см. рис. 1). Это различие приводит к большей скорости возбуждения триплетных состояний, росту их концентраций и, соответственно, росту роли вторичных процессов в их заселении.
Список литературы
1. Franzen P., Fantz U., Wunderlich D., Heinemann B., Riedl R., Kraus W., Froschle M., Ruf В., Nocentini R. // Nucl. Fusion. 2015. Vol. 55. P. 053005.
2. Antoni V., Agostinetti P., Aprile D., Cavenago M., Chitarin G., Fonnesu N., Marconato N., Pilan N., Sartori E., Serianni G., Veltri P. // Rev. Sci. Instrum. 2014. Vol. 85 P. 02B128.
3. Kashiwagi M., Umeda N., Tobari H., Kojima A., Yoshida M., Taniguchi M., Dairaku M., Maejima T., Yamanaka H., Watanabe K., Inoue T., Hanada M. // Rev. Sci. Instrum. 2014. Vol. 85. P. 02B320.
4. Umeda N., Kashiwagi M., Taniguchi M., Tobari H., Watanabe K., Dairaku M., Yamanaka H., Inoue T., Kojima A., Hanada M. // Rev. Sci. Instrum. 2014. Vol. 85. P. 02B304.
5. Takeiri Y., Tsumori K., Osakabe M., Ikeda K., Nagaoka K., Nakano H., Kisaki M., Kaneko O., Asano E., Kondo T., Sato M., Shibuya M., Komada S., Sekiguchi H. // AIP Conf. Proc. 2013. Vol. 1515. P. 139-48.
6. Simonin A., Jocelyn Achard, Achkasov K., Bechu S. et. al. // Nucl. Fusion. 2015. Vol. 55. P. 123020.
7. Габович М. Д. // УФН. 1983. Т. 140. С. 137.
8. Фортов В. Е., Хоффманн Д. Х. Х., Шарков Б. Ю. // УФН. 2008. Т. 178. № 2. С. 113.
9. Skovoroda A. A., Zhil’tsov V. A. // Plasma Physics Control. Fusion. 2001. Vol. 43. P. 929.
10. Belchenko Yu., Ivanov A., Konstantinov S., Sanin A., Sotnikov O. // Rev. Sci. Instrum. 2016. Vol. 87. P. 02B133.
11. Gobin R., Auvray P., Bacal M., Breton J., Delferriere O., Harrault F., Ivanov A. A., Svamas P., Tuske О. // Nucl. Fusion. 2006. Vol. 46. P. S281.
12. Hellblom G., Jacquot С. // Nucl. Instruments Methods Phys. Res. 1986. Vol. A243. P. 255-9.
13. Bacal M., Ivanov A. A., Rouille C., Bechu S., Pelletier J. // AIP Conf. Proc. 2005. Vol. 763. P. 203.
14. Ivanov A. A., Rouille C., Bacal M., Amal Y., Bechu S., Pelletier J. // Rev. Sci. Instrum. 2004. Vol. 75. P. 1750.
15. Franzen P., Fantz U. // Fusion Eng. Des. 2014. Vol. 89. P. 2594-605.
16. Speth E., Falter H. D., Franzen P., Fantz U., Bandyopadhyay M., Christ S., Encheva A., Froschle M., Holtum D., Heinemann B., Kraus W., Lorenz A., Martens C., McNeely P., Obermayer S., Riedl R., Suss R., Tanga A., Wilhelm R., Wunderlich D. // Nucl. Fusion. 2006. Vol. 46. P. S220-38.
17. Santoso J., Manoharan R., O’Byme S., Corr С. S. // Phys. Plasmas. 2015. Vol. 22. P. 093513.
18. Hemsworth R. S., Tanga A., Antoni V. // Rev. Sci. Instrum. 2008. Vol. 79. P. 02C109.
19. Hanada M., Kojima A., Tobari H., Nishikiori R., Hiratsuka J., Kashiwagi M., Umeda N., Yoshida M., Ichikawa M., Watanabe K., Yamano Y., Grisham L. R. // Rev. Sci. Instrum. 2016. Vol. 87. P. 02B322.
20. Bacal M. // Nucl. Instruments Methods Phys. Res. 1989. Vol. B37/38. P. 28–32.
21. Bacal M., Wada M. // Appl. Phys. Rev. 2015. Vol. 2. P. 021305.
22. Nicolopoulou E., Bacal M., Doucet H. J. // J. Physique. 1977. Vol. 38. P. 1399-404.
23. Bacal M., Nicolopoulou E., Doucet H. J. / The Second International Symposium on the Production and Neutralization of Negative Hydrogen Ions and Beams. (Upton, N.Y., USA, 1977). New York: Brookhaven National Laboratory Upton, 1980. P. 95.
24. Bacal M., Hamilton G. W. // Phys. Rev. Lett. 1979. Vol. 42. P. 1538-40.
25. Prelec K. // Rev. Sci. Instrum. 1973. Vol. 44. P. 1451.
26. Bardsley J. N. // J. Phys. B At. Mol. Phys. 1968. Vol. 1. P. 303.
27. O’Malley T. F. // Phys. Rev. 1966. Vol. 150. P. 14–29.
28. Schulz G. J. // Rev. Mod. Phys. 1973. Vol. 45. P. 423-86.
29. Wadehra J. M., Bardsley J. N. // Phys. Rev. Lett. 1978. Vol. 41. P. 1795-8.
30. Bardsley J. N., Wadehra J. M. // Phys. Rev. 1979. Vol. A20. P. 1398.
31. Allan M., Wong S. F. // Phys. Rev. Lett. 1978. Vol. 41. P. 1791.
32. Zhang Huashun. Ion Sources. – Berlin: Springer, 1999.
33. Mosbach T. // Plasma Sources Sci. Technol. 2005. Vol. 14. P. 610-22.
34. Capitelli M., Colonna G., D’Angola A. Fundamental Aspects of Plasma Chemical Physics – Kinetics. – New York: Springer, 2016.
35. Peng S. X., Ren H. T., Xu Y., Zhang T., Zhang A. L., Zhang J. F., Zhao J., Guo Z. Y., Chen J. E. // AIP Conf. Proc. 2015. Vol. 1655. P. 070005.
36. Wadehra J. M. // Phys. Rev. 1984. Vol. A29. P. 106-10.
37. Cizek M., Horacek J., Domcke W. // J. Phys. В At. Mol. Opt. Phys. 1998. Vol. 31. P. 2571-83.
38. Horacek J., Cizek M., Houfek K., Kolorenc P., Domcke W. // Phys. Rev. 2004. Vol. A70. P. 052712.
39. Peter Johannes. Atoms and molecules in a hydrogen plasma expansion / door Wilhelmus Vankan. – Eindhoven: Technische Universiteit Eindhoven, 2005.
40. Bottcher С., Buckley В. D. // J. Phys. В At. Mol. Phys. 1979. Vol. 12. P. L497-500.
41. Hassouni K., Gicquel A., Capitelli M. // Chem. Phys. Lett. 1998. Vol. 290. P. 502-8.
42. Hiskes J. R. // Appl. Phys. Lett. 1996. Vol. 69. P. 755.
43. Vogel J. S. // Rev. Sci. Instrum. 2016. Vol. 87. P. 02A503.
44. Fite W. L., Brackmann R. T., Hummer D. G., Stebbings R. F. // Phys. Rev. 1959. Vol. 116 P. 363-7.
45. Drake G. W. F. // Phys. Rev. Lett. 1970. Vol. 24. P. 126-7.
46. Очкин В. Н. Спектроскопия низкотемпературной плазмы. – M.: ФизматЛит, 2006.
47. Shirley J. A., Hall R. J. // J. Chem. Phys. 1977. Vol. 67. P. 2419.
48. Pealat M., Taran J. P., Bacal M. // XVIth ICPIG. 29th August – 2nd September. 1983. Düsseldorf. Germany. V. 2. Contributed papers. P. 297.
49. Pealat M., Taran J.-P. E., Bacal M., Hillion F. // J. Chem. Phys. 1985. Vol. 82. No. 11. P. 4943.
50. Lefebvre M., Pealat M., Taran J. P. // Pure and Appl. Chem. 1992. Vol. 64. No. 5. P. 685.
51. Shakhatov V. A., De Pascale O., Capitelli M. // Eur. Phys. J. D 2004. Vol. 29. P. 235.
52. Шахатов В. А., Гордеев О. А. // Оптика и спектроскопия. 2007. Т. 103. № 3. С. 483.
53. Carl D. S., Farhat S., Gicquel A., Hassouni K., Lefebvre M. // Journal of Thermophysics and Heat Transfer. 1996. Vol. 10. No. 3. P. 426.
54. Оторбаев Д. К., Очкин В. Н., Савинов С. Ю., Соболев Н. Н., Цхай С. Н. // Письма в ЖЭТФ. 1978. Т. 28. С. 424. В. А. Шахатов, Ю. А. Лебедев, S. Bechu, A. Lacoste 262
55. Wagner D., Dikmen B., Dobele H. F. // Plasma Sources Sci. Technol. 1998. Vol. 7. P. 462.
56. Mosbach T., Katsch H.-M., Döbele H. F. // Physical Review Letters. 2000. Vol. 85. No. 16. P. 3420.
57. Шахатов В. А., Лебедев Ю. А., Lacoste A., Bechu S. // ТВТ. 2015. Т. 53. № 4. С. 601.
58. Шахатов В. А., Лебедев Ю. А., Lacoste A., Bechu S. // ТВТ. 2016. Т. 54. № 1. С. 123.
59. Лавров Б. П. Электронно-вращательные спектры двухатомных молекул и диагностика неравновесной плазмы / Химия плазмы. Сб. статей. Под ред. Б. М. Смирнова. Вып. 11. – М.: Атомиздат, 1984.
60. Шахатов В. А., Лебедев Ю. А., Lacoste A., Bechu S. // ТВТ. 2016. Т. 54. № 4. С. 491.
61. Shikama T., Kado S., Kuwahara Y., Kurihara K., Scotti F., and Tanaka S. // Plasma Fusion Res. 2007. Vol. 2. P. 1045.
62. Xiao B., Kado S., Kajita S., Yamasaki D. // Plasma Phys. Controlled Fusion. 2004. Vol. 46. P. 653.
63. Tsankov T. V., Toko K., Czarnetzki U. // Phys. Plasmas. 2012. Vol. 19. P. 123503.
64. Fantz U., Heger B. // Plasma Phys. Controlled Fusion. 1998. Vol. 40. No. 3.
65. Шахатов В. А., Лебедев А. Ю. // XLIV Международная Звенигородская конференция Физике Плазмы и Управляемому Термоядерному Синтезу (УТС) (Россия, Звенигород, 13–17 февраля 2017). – М.: ЗАО НТЦ «ПЛАЗМАИОФАН», 2017. С. 176.
66. Shakhatov V. A., Lebedev Yu. A. // High Temparature. 2017. Vol. 55. P. 251.
67. Lacoste A., Lagarde T., Bechu S., Arnal Y., Pelletier J. // Plasma Sources Sci. Technol. 2002 Vol. 11. P. 1–6.
68. Svarnas P., Annaratone B. M., Bechu S., Pelletie J., Bacal M. // Plasma Sources Sci. Technol. 2009. Vol. 18. P. 045010-8.
69. Lacoste A., Bechu S., Maulat O., Pelletier J., Arnal Y. // Plasma Sources Sci. Technol. 2009. Vol. 18. P. 015017-8.
70. Bechu S., Soum-Glaude A., Bes A., Lacoste A., Svarnas P., Aleiferis S., Ivanov A.A., Bacal Jr. M. // Physics of Plasmas. 2013. Vol. 20. P. 101601.
71. Шахатов В. А., Лебедев Ю. А. // ТВТ. 2011. Т. 49. № 2. С. 265.
72. Демьянов А. В., Дятко Н. А., Кочетов И. В., Напартович А. П., Паль А. Ф., Пичугин В. В., Старостин А. Н. // Физика плазмы. 1985. Т. 11. С. 361.
73. Демьянов А. В., Кочетов И. В., Напартович А. П., Паль А. Ф., Пичугин В. В., Старостин А. Н. // Физика плазмы. 1986. Т. 12. С. 623.
74. Демьянов А. В., Дятко Н. А., Кочетов И. В., Напартович А. П., Паль А. Ф., Пичугин В. В., Старостин А. Н. // ЖТФ. 1988. Т. 58. С. 75.
75. Полак Л. С., Гольденберг М. Я., Левицкий А. А. Вычислительные методы в химической кинетике. – М.: Наука, 1984.
76. Физико-химические процессы в газовой динамике.
Компьютеризованный справочник в 3-х томах. Т. 1: Динамика физико-химических процессов в газе и плазме / Под ред. Черный Г. Г., Лосев С. А. – М.: Изд. Моск. ун-та, 1995.
77. Словецкий Д. И. Механизмы химических реакций в неравновесной плазме. – М.: Наука, 1980.
78. Fantz U., Wunderlich D. Franck–Condon Factors, Transition Probabilities and Radiative Lifetimes for Hydrogen Molecules and their Isotopomeres. INDC (NDS)-457 report. 2004. (http://www-amdis.iaea.org).
1. P. Franzen, U. Fantz, D. Wunderlich, B. Heinemann, R. Riedl, W. Kraus, M. Froschle, В. Ruf, R. Nocentini, Nucl. Fusion 55, 053005 (2015).
2. V. Antoni, P. Agostinetti, D. Aprile, M. Cavenago, G. Chitarin, N. Fonnesu, N. Marconato, N. Pilan, E. Sartori, G. Serianni, P. Veltri, Rev. Sci. Instrum. 85, 02B128 (2014).
3. M. Kashiwagi, N. Umeda, H. Tobari, A. Kojima, M. Yoshida, M. Taniguchi, M. Dairaku, T. Maejima, H. Yamanaka, K. Watanabe, T. Inoue, M. Hanada, Rev. Sci. Instrum. 85, 02B320 (2014).
4. N. Umeda, M. Kashiwagi, M. Taniguchi, H. Tobari, K. Watanabe, M. Dairaku, H. Yamanaka, T. Inoue, A. Kojima, M. Hanada, Rev. Sci. Instrum. 85, 02B304 (2014).
5. Y. Takeiri, K. Tsumori, M. Osakabe, K. Ikeda, K. Nagaoka, H. Nakano, M. Kisaki, O. Kaneko, E. Asano, T. Kondo, M. Sato, M. Shibuya, S. Komada, H. Sekiguchi, AIP Conf. Proc. 1515, 139-48 (2013).
6. A. Simonin, A. Jocelyn, K. Achkasov, Bechu S. et. al., Nucl. Fusion 55, 123020 (2015).
7. M. D. Gabovich, Sov. Phys. Usp. 26, 447 (1983).
8. V. E. Fortov, D. H. H. Hoffmann, B. Yu. Sharkov , Sov. Phys. Usp. 51, 109 (2008).
9. A. A. Skovoroda, V. A. Zhil’tsov, Plasma Physics Control. Fusion 43, 929 (2001).
10. Yu. Belchenko, A. Ivanov, S. Konstantinov, A. Sanin, O. Sotnikov, Rev. Sci. Instrum. 87, 02B133 (2016).
11. R. Gobin, P. Auvray, M. Bacal, J. Breton, O. Delferriere, F. Harrault, A. A. Ivanov, P. Svamas, О. Tuske, Nucl. Fusion 46, S281 (2006).
12. G. Hellblom, С. Jacquot, Nucl. Instruments Methods Phys. Res. A243, 255-9 (1986).
13. M. Bacal, A. A. Ivanov, C. Rouille, S. Bechu, J. Pelletier, AIP Conf. Proc. 763, 203 (2005).
14. A. A. Ivanov, C. Rouille, M. Bacal, Y. Amal, S. Bechu, J. Pelletier, Rev. Sci. Instrum. 75, 1750 (2004).
15. P. Franzen, U. Fantz, Fusion Eng. Des. 89, 2594 (2014).
16. E. Speth, H. D. Falter, P. Franzen, U. Fantz, M. Bandyopadhyay, S. Christ, A. Encheva, M. Froschle, D. Holtum, B. Heinemann, W. Kraus, A. Lorenz, C. Martens, P. McNeely, S. Obermayer, R. Riedl, R. Suss, A. Tanga, R. Wilhelm, D. Wunderlich, Nucl. Fusion 46, S220-38 (2006).
17. J. Santoso, R. Manoharan, S. O’Byme, С.S. Corr, Phys. Plasmas. 22, 093513 (2015).
18. R. S. Hemsworth, A. Tanga, V. Antoni, Rev. Sci. Instrum. 79, 02C109 (2008).
19. M. Hanada, A. Kojima, H. Tobari, R. Nishikiori, J. Hiratsuka, M. Kashiwagi, N. Umeda, M. Yoshida, M. Ichikawa, K. Watanabe, Y. Yamano, L. R. Grisham, Rev. Sci. Instrum. 87, 02B322, (2016).
20. M. Bacal, Nucl. Instruments Methods Phys. Res. B37/38, 28 (1989).
21. M. Bacal, M. Wada, Appl. Phys. Rev. 2, 021305 (2015).
22. E. Nicolopoulou, M. Bacal, H. J. Doucet, J. Physique. 38, 1399 (1977).
23. M. Bacal, E. Nicolopoulou, H. J. Doucet, in Proc. The Second International Symposium on the Production and Neutralization of Negative Hydrogen Ions and Beams. (Upton, N.Y., USA, 1977). New York: Brookhaven National Laboratory Upton, 1980. P. 95.
24. M. Bacal, G. W. Hamilton, Phys. Rev. Lett. 42, 1538-40 (1979).
25. K. Prelec, Rev. Sci. Instrum. 44, 1451 (1973).
26. J. N. Bardsley, J. Phys. B At. Mol. Phys. 1, 303 (1968).
27. T. F. O’Malley, Phys. Rev. 150, 14 (1966).
28. G. J. Schulz, Rev. Mod. Phys. 45, 423 (1973).
29. J. M. Wadehra, J. N. Bardsley, Phys. Rev. Lett. 41, 1795-8 (1978).
30. J. N. Bardsley, J. M. Wadehra, Phys. Rev. A20, 1398 (1979).
31. M. Allan, S. F. Wong, Phys. Rev. Lett. 41, 1791 (1978).
32. Zhang Huashun, Ion Sources. (Berlin: Springer, 1999).
33. T. Mosbach, Plasma Sources Sci. Technol. 14, 610-22 (2005).
34. M. Capitelli, G. Colonna, A. D’Angola, Fundamental Aspects of Plasma Chemical Physics – Kinetics. (New York: Springer, 2016).
35. S. X. Peng, H. T. Ren, Y. Xu, T. Zhang, A. L. Zhang, J. F. Zhang, J. Zhao, Z. Y. Guo, J. E. Chen, AIP Conf. Proc. 1655, 070005 (2015).
36. J. M. Wadehra, Phys. Rev. A29, 106-10 (1984).
37. M. Cizek, J. Horacek, W. Domcke, J. Phys. В At. Mol. Opt. Phys. 31, 2571-83 (1998).
38. J. Horacek, M. Cizek, K. Houfek, P. Kolorenc, W. Domcke, Phys. Rev. A70, 052712 (2004).
39. Peter Johannes. Atoms and molecules in a hydrogen plasma expansion/door Wilhelmus Vankan. (Eindhoven: Technische Universiteit Eindhoven, 2005).
40. С. Bottcher, В. D. Buckley, J. Phys. В At. Mol. Phys. 12, L497 (1979).
41. K. Hassouni, A. Gicquel, M. Capitelli, Chem. Phys. Lett. 290, 502-8 (1998).
42. J. R. Hiskes, Appl. Phys. Lett. 69, 755 (1996).
43. J. S. Vogel, Rev. Sci. Instrum. 87, 02A503 (2016).
44. W. L. Fite, R. T. Brackmann, D. G. Hummer, R. F. Stebbings, Phys. Rev. 116, 363-7 (1959).
45. G. W. F. Drake, Phys. Rev. Lett. 24, 126-7 (1970).
46. V. N. Ochkin, Spektroskopiya nizkotemperaturnoi plazmy (Spectroscopy of Low-Temperature Plasma), (Moscow: Fizmatlit, 2006) [in Russian].
47. J.A. Shirley, R.J. Hall, J. Chem. Phys. 67, 2419 (1977).
48. M. Pealat, J.P. Taran, M. Bacal in Proc. XVIth International Conference on Phenomena in Ionized Gases V. 2. Contributed papers. (29th August – 2nd September, 1983, Düsseldorf, Germany). P. 297.
49. M. Pealat, J.-P. E. Taran, M. Bacal, F. Hillion, J. Chem. Phys. 82, 4943 (1985).
50. M. Lefebvre, M. Pealat, J. P. Taran, Pure and Appl. Chem. 64, 685 (1992).
51. V. A. Shakhatov, O. Pascale De, M. Capitelli, Eur. Phys. J. D 29, 235 (2004).
52. V. A. Shakhatov, O. A. Gordeev, Opt. Spectrosc. 103, 483 (2007).
53. D. S. Carl, S. Farhat, A. Gicquel, K. Hassouni, M. Lefebvre, Journal of Thermophysics and Heat Transfer 10, 426 (1996).
54. D. K. Otorbaev, V. N. Ochkin, S. Yu. Savinov, JETP Lett. 28, 424 (1978).
55. D. Wagner, B. Dikmen, H.F. Dobele, Plasma Sources Sci. Technol. 7, 462 (1998).
56. T. Mosbach, H.-M. Katsch, H. F. Döbele, Physical Review Letters 85, 3420 (2000).
57. V. A. Shakhatov, Yu. A. Lebedev, A. Lacoste, S. Bechu, High Temperature 53, 569 (2015).
58. V. A. Shakhatov, Yu. A. Lebedev, A. Lacoste, S. Bechu, High Temperature 54, 120 (2016).
59. B. P. Lavrov, in Book: Chemistry of Plasma, V. 11. Ed. by Smirnov B. M. (Atomizdat, Moscow, 1984) [in Russian].
60. V. A. Shakhatov, Yu. A. Lebedev, A. Lacoste, S. Bechu, High Temperature 54, 467 (2016).
61. T. Shikama, S. Kado, Y. Kuwahara, K. Kurihara, F. Scotti, S. Tanaka, Plasma Fusion Res. 2, 1045 (2007).
62. B. Xiao, S. Kado, S. Kajita, D. Yamasaki, Plasma Phys. Controlled Fusion 46, 653 (2004).
63. T. V. Tsankov, K. Toko, U. Czarnetzki, Phys. Plasmas. 19, 123503 (2012).
64. U. Fantz, B. Heger, Plasma Phys. Controlled Fusion 40, 2023 (1998).
65. V. A. Shakhatov, Yu. A. Lebedev, in Abstracts of Papers of the XLIV International (Russia, Zvenigorod, Moscow Region, February 13–17, 2017) Conference on Plasma Physics and Controlled Thermonuclear Fusion, (Moscow: PLASMAIOFAN Science and Technology Center, 2017). P. 207.
66. V. A. Shakhatov, Yu. A. Lebedev, High Temparature 55, 3 (2017).
67. A. Lacoste, T. Lagarde, S. Bechu, Y. Arnal, J. Pelletier, Plasma Sources Sci. Technol. 11, 1 (2002).
68. P. Svarnas, B. M. Annaratone, S. Bechu, J. Pelletie, M. Bacal, Plasma Sources Sci. Technol. 18, 045010-8 (2009).
69. A. Lacoste, S. Bechu, O. Maulat, J. Pelletier, Y. Arnal, Plasma Sources Sci. Technol. 18, 015017 – 8 (2009).
70. S. Bechu, A. Soum-Glaude, A. Bes, A. Lacoste, P. Svarnas, S. Aleiferis, A.A. Ivanov, Jr. M. Bacal, Physics of Plasmas 20, 101601 (2013).
71. V. A. Shakhatov, Yu. A. Lebedev, High Temperature 49, 257 (2011).
72. A. V. Dem’yanov, N. A. Dyatko, I. V. Kochetov et al., Soviet journal of plasma physics 11, 210 (1985).
73. A. V. Dem’yanov, N. A. Dyatko, I. V. Kochetov et al., Soviet journal of plasma physics 12, 359 (1986).
74. A. V. Dem’yanov, N. A. Dyatko, I. V. Kochetov et al., Journal of Technical Physics 58, 75 (1988).
75. L. S. Polak, M. Ya. Gol’denberg, A. A. Levitskii, Vychislitel’nye metody v khimicheskoi kinetike (Computational Methods in Chemical Kinetics), (Moscow: Nauka, 1984).
76. Fiziko-khimicheskie protsessy v gazovoi dinamike. Komp’yuterizovannyi spravochnik (Physical and Chemical Processes in Gas Dynamics. Computerized Handbook) 3 vols., vol. 1: Dinamika fiziko-khimicheskikh protsessov v gaze I plazme (Dynamics of Physicochemical Processes in Gas and Plasma), Chernii G. G. and Losev S. A., Eds. (Moscow: Mosk. Gos. Univ.,
1995).
77. D. I. Slovetskii, Mechanisms of Chemical Reaction in Plasma (Nauka, Moscow, 1980) [in Russian].
78. Fantz U., Wunderlich D. Franck–Condon Factors, Transition Probabilities and Radiative Lifetimes for Hydrogen Molecules and their Isotopomeres. INDC (NDS)-457 report. 2004. (http://www-amdis.iaea.org).
Выпуск
С О Д Е Р Ж А Н И Е
ОБЩАЯ ФИЗИКА
Герасимов С. А. Электродинамика движущегося магнитного диполя и униполярная индукция 205
Наумов Н. Д. Оценка поля широкополосного излучения, сфокусированного параболическим рефлектором 212
ФИЗИКА ПЛАЗМЫ И ПЛАЗМЕННЫЕ МЕТОДЫ
Гришина И. А., Иванов В. А., Коврижных Л. М. Состояние исследований в области физики плазмы и плазменных технологий в России в 2016 году (обзор материалов XLIV Международной Звенигородской конференции по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу) 218
Курбанисмаилов В. С., Омаров О. А., Рагимханов Г. Б., Терешонок Д. В., Абакарова Х. М. Формирование и развитие объемного разряда в аргоне в условиях предварительной ионизации газа 239
Шахатов В. А., Лебедев Ю. А., Lacoste A., Bechu S. Кинетика заселения триплетных состояний молекулы водорода в ЭЦР-разряде 249
ФОТОЭЛЕКТРОНИКА
Яковлева Н. И., Болтарь К. О., Никонов А. В., Егоров А. В. Многорядные фотоприемные устройства на основе гетероэпитаксиальных структур HgCdTe коротковолнового ИК-диапазона спектра 265
Мирофянченко А. Е., Мирофянченко Е. В. Современное состояние и перспективы использования материалов на основе сурьмы для инфракрасных фотоприемных устройств (обзор) 271
Вильдяева М. Н., Демидов С. С., Климанов Е. А., Ляликов А. В., Фокина А. С. Влияние кольцевой неоднородности распределения времени жизни носителей заряда в кремниевых пластинах на параметры фотодиодов 282
ФИЗИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА И ЕЕ ЭЛЕМЕНТЫ
Федоров А. И., Шиянов Д. В. Повышение эффективности CuBr-лазера в режиме сдвоенных импульсов накачки 288
Охрем В. Г. Расчетная модель холодильного элемента Пельтье 299
ИНФОРМАЦИЯ
Правила для авторов 305
Подписка на электронную версию журнала 308
C O N T E N T S
GENERAL PHYSICS
S. A. Gerasimov Electrodynamics of moving magnetic dipole and unipolar induction 205
N. D. Naumov Field evaluation of broadband radiation is focused by a parabolic reflector 212
PLASMA PHYSICS AND PLASMA METHODS
I. A. Grishina, V. A. Ivanov, and L. M. Kovrizhnych Status of scientific researches in plasma physics and plasma technologies in Russia in 2016 (Review of the reports of the XLIV International Zvenigorod Conference) 218
V. S. Kurbanismailov, О. А. Omarov, G. B. Ragimhanov, D. V. Tereshonok, and Kh. M. Abakarova For-mation and development of a volume discharge in Ar at pre-ionization gas conditions 239
V. A. Shakhatov, Yu. A. Lebedev, A. Lacoste, and S. Bechu The excitation kinetics of hydrogen triplet states in ECR discharge 249
PHOTOELECTRONICS
N. I. Iakovleva, K. O. Boltar, А. V. Nikonov, and A. V. Egorov HgCdTe 2-D scanning hybrid FPAs 265
A. E. Mirofyanchenko and E. V. Mirofyanchenko Current state and prospects of using antimony-based materials for infrared photodetective devices (a review) 271
M. N. Vil’dyaeva, S. S. Demidov, E. A. Klimanov, A. V. Lyalikov, and A. S. Fokina Influence of a ring distribution carrier lifetime in the silicon on parameters photodiodes 282
PHYSICAL EQUIPMENT AND ITS ELEMENTS
A. I. Fedorov and D. V. Shiyanov Increase of effectiveness for a low-frequency CuBr-laser operating in the regime of double pumping pulses 288
V. G. Okhrem The design model of the Peltier refrigeration element 299
INFORMATION
Rules for authors 305
Subscription to an electronic version of the journal 308
Другие статьи выпуска
Предложена модель термоэлектрического холодильника, работающего на основе эффекта Пельтье, которая приводит к более глубокому охлаждению по сравнению с результатами, достигаемыми с помощью стандартных холодильных элементов. В этой модели по первому варианту ветви р- и n-типа проводимостей расположены в линию и соединены между собой медной перемычкой. Рассчитаны температуры стыков перемычки и ветвей. По второму варианту термоэлектрик р- и n-типа проводимости расположен между двумя медными блоками. Сделан расчет температур стыков. Оценено снижение температуры. В статье приведены также расчетные зависимости температуры охлаждения от плотности электрического тока для радиального холодильника, сделан анализ полученных результатов, даны практические рекомендации.
Приведены результаты исследований CuBr-лазера в режиме сдвоенных импульсов накачки, работающего с частотой повторения импульсов генерации 50 Гц. Показано, что КПДлазера можно увеличивать в несколько раз за счет оптимального ввода энергии импульса возбуждения в разряд активной среды и ее согласованием с импедансом плазмы, образуемой диссоциирующим импульсом накачки. Получен максимальный КПД лазера на уровне 2,7 % по импульсу возбуждения со средней мощностью 17 мВт, энергией 0,35 мДж, длительностью импульса излучения 70 нс и временной задержкой 150 мкс.
Методом спада фотопроводимости -PCD в образцах кремниевых пластин n-типа, выращенных методом Чохральского, обнаружены кольцевые неоднородности в распределении времени жизни неосновных носителей заряда, отсутствующие или слабо выраженные в кремнии р-типа. Средняя величина указанных неоднородностей возрастает при проведении термических операций при изготовлении фотодиодов. Обнаруженные кольцевые неоднородности в распределении времени жизни коррелируют с неоднородностями в распределении фото- и темнового тока фотодиодов, изготовленных на исследованных пластинах.
За последние несколько лет достигнут значительный прогресс в изготовлении матричных фотоприемных устройств инфракрасного диапазона спектра (ИК ФПУ) на основе антимонидов. Наибольшее развитие получили ИК ФПУ на InSb, однако они имеют ряд недостатков, одним из которых является эффективная работа только в средневолновом ИКдиапазоне спектра. Использование «бариодных» структур на основе эпитаксиальных слоев (ЭС) InAsSb позволяет полностью перекрыть весь средний ИК-диапазона спектра и значительно снизить уровень темновых токов в сравнении с InSb. Одними из наиболее перспективных материалов для ИК ФПУ являются напряженные сверхрешетки II типа на основе антимонидов, основными преимуществами которых являются относительно просто настраиваемый рабочий диапазон от 3 до 32 мкм, а также значительно подавленная Ожерекомбинация, что в теории может позволить изготовить устройство с параметрами, превосходящими аналогичные устройства на основе твердых растворов кадмий-ртутьтеллур. Тем не менее, на данный момент остается ряд нерешенных проблем в технологии изготовления данных устройств, поэтому их потенциал еще полностью не реализован. В данной статье представлен сравнительный анализ и текущее состояние материалов на основе сурьмы, используемых для изготовления ИК ФПУ. Показаны причины повышенных темновых токов в данных устройствах и пути их снижения, а также рассмотрены перспективы использования в мультиспектральных устройствах.
Исследованы параметры многорядных фотоприемных устройств (ФПУ) на основе гетероэпитаксиальных структур HgCdTe различного формата 288×4; 480×6; 576×4; 576×6 и др. с шагом от 28 до 14 мкм. Благодаря выбору N+/P-/р-архитектуры, ФПУ функционируют при повышенных температурах в режиме временной задержки и накопления, с реализацией аналогового режима ВЗН и замещением дефектных элементов непосредственно в БИС считывания. ФПУ обладают возможностью формирования изображения высокой четкости формата 768×576 пикселей при кадровой частоте 50 Гц в режиме реального времени. Для многорядных ФПУ получены высокие фотоэлектрические параметры: обнаружительная способность в максимуме спектральной чувствительности D* 5×1012 см Вт-1 Гц1/2 при температурах Т ~170-200 К, количество годных каналов не менее 99,0 %.
Приведены результаты анализа экспериментальных и численных исследований пространственно-временной картины формирования и развития оптических картин (с применением ФЭР-2) в инертном газе (Ar) атмосферного давления в коротких промежутках (d = 1 см), с площадью разряда s = 12 см2 при напряжениях в диапазоне от статистического пробойного (Uст = 6,8 кВ при d = 1 см, р = 1 атм) до сотни процентов перенапряжений (до 20 кВ). Исследования выполнены при наличии предыонизации промежутка (n0 ~ 107 cм-3).
Дан обзор новых наиболее интересных результатов, представленных на ежегодной XLIV Международной Звенигородской конференции по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу, состоявшейся с 13 по 17 февраля 2017 года в городе Звенигороде Московской области. Проведен анализ развития и достижений основных направлений исследований в области физики плазмы в России и их сравнение с работами за рубежом.
Рассматривается задача оценки в параксиальной области поля излучения, фокусировка которого обусловлена небольшим сдвигом облучателя от фокуса параболического рефлектора. Получено аналитическое выражение для начального радиуса кривизны фазового фронта. Сформулирован метод оценки в параксиальной области амплитуды поля сфокусированного волнового пучка. Проанализировано влияние начального радиуса кривизны фазового фронта на фокусировку волнового пучка. Получено аналитическое выражение для временной формы сфокусированного импульса на оси рефлектора. Представлены результаты расчетов поля сфокусированного сверхширокополосного импульса в плоскости геометрического фокуса.
Движущийся с постоянной скоростью магнитный диполь в инерциальной системе отсчета ведет себя как электрический, дипольный момент которого определяется векторным произведением скорости на магнитный дипольный момент. Кроме того, движущийся магнитный диполь создает вихревое электрическое поле. Рассматривая намагниченное тело как однородное распределение магнитных диполей, можно вычислить электрическое поле, создаваемое таким вращающимся магнитом. Электрическое поле существенно отличается от поля, которое должно было бы возникнуть во вращающейся системе отсчета вследствие применения правил преобразования полей при переходе из вращающейся системы отсчета в инерциальную. Такое рассмотрение позволяет избавиться от ряда противоречий, свойственных современной интерпретации униполярной индукции.
Издательство
- Издательство
- АО "НПО "ОРИОН"
- Регион
- Россия, Москва
- Почтовый адрес
- 111538, г Москва, р-н Вешняки, ул Косинская, д 9
- Юр. адрес
- 111538, г Москва, р-н Вешняки, ул Косинская, д 9
- ФИО
- Старцев Вадим Валерьевич (ГЕНЕРАЛЬНЫЙ ДИРЕКТОР)
- E-mail адрес
- orion@orion-ir.ru
- Контактный телефон
- +7 (499) 3749400