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

Рис.1. Блок-схема упрощенной модели

кинетикиобразования 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; (γ)

Xe+ + Cl- + M → XeCl* + M; (βобр)

XeCl* + N → Xe + Cl + N; (τт)

XeCl* → Xe + Cl + hν; (τсп)

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

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)).

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

Рис. 1. Кинетика образования XeCl*-молекул

При расчетах парциальное давление HClравнялось 4 торр; парциальное давление Хе равнялось 30 торр; Е/P=2000 В/(см атм); Р=3 атм – общее давление газа( буферный газ Ne); η – частота прилипания; Ne, N0, N1, N2– концентрация электронов и молекул HClв 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*]/τcп (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.