Superposition of low-pressure DBD and RF induction discharge for spectroscopic study of dissociative recombination in decaying plasma

Abstract

The aim of the work was to find the optimal way to set up an experiment for spectroscopic study of the dissociative recombination of molecular ions with electrons in low electron density plasma at low gas pressure. In such an experiment, the influence of inelastic atom-atom collisions on the distribution of the DR flux over the excited atomic levels can be excluded. The first results of an experiment on combining a low-frequency barrier discharge (DBD) in neon at a pressure of less than 1 Torr with a pulsed radio-frequency (RF) induction discharge are presented. To create the plasma, we used DBD in a cylindrical glass tube with an inner diameter of 3.9 cm, which forms the spatial distribution of electron density with a minimum on the axis of the tube. The evolution of such a spatial distribution due to ambipolar diffusion in the initial stage of plasma decay provides an influx of charged particles to the center of the discharge tube, which increases the afterglow duration and helps to overcome the difficulties of detecting weak plasma radiation. The specific features of the DBD also appeared in the ionic composition of the plasma, which contained, in addition to Ne + and Ne 2 + , the Ne ++ ions, whose recombination with electrons significantly enriched the afterglow spectrum in the short-wavelength region. An RF discharge was used for pulsed heating of electrons in the afterglow. It is shown that, in accordance with the ionic composition, the radiation of a decaying plasma is presented by three groups of spectral lines with characteristic time behavior and the electron temperature dependence. The advantages of the proposed approach for studying the mechanism of dissociative recombination are discussed.

Спектроскопия барьерного разряда низкого давления. Послесвечение с ионами Ne-=SUP=-2+-=/SUP=-, Ne-=SUP=-+-=/SUP=- и Ne-=SUP=-2+-=/SUP=-

“…Настоящая работа является одним из результатов поиска оптимального способа спектроскопического исследования процессов электрон-ионной рекомбинации в слабоионизованной плазме. В качестве источника плазмы используем протяженный импульсный низкочастотный диэлектрический барьерный разряд (DBD) цилиндрической конфигурации [1,2]. Проявляющиеся в стадии распада плазмы свойства DBD -ионизация газа со смещенным от центра цилиндра r = 0 максимумом плотности электронов [e](r) [2] и практически без его разогрева [3,4] -оказались весьма удобными для анализа послесвечения в условиях предельно малых плотностей нейтральных частиц.…”

“…В качестве источника плазмы используем протяженный импульсный низкочастотный диэлектрический барьерный разряд (DBD) цилиндрической конфигурации [1,2]. Проявляющиеся в стадии распада плазмы свойства DBD -ионизация газа со смещенным от центра цилиндра r = 0 максимумом плотности электронов [e](r) [2] и практически без его разогрева [3,4] -оказались весьма удобными для анализа послесвечения в условиях предельно малых плотностей нейтральных частиц. Это позволило минимизировать роль неупругих атом-атомных столкновений в кинетике возбужденных атомов и подойти к решению задачи о распределении потока диссоциативной рекомбинации молекулярных ионов Ne 2+ с электронами:…”

“…по выходным каналам процесса [2,5]. Иными словами, подойти к определению парциальных констант рекомбинации α j .…”

“…Иными словами, подойти к определению парциальных констант рекомбинации α j . Для целей данной работы важным выводом экспериментов [2,5] является заключение о четкой границе, разделяющей возбужденные состояния атома неона на две группы. Доступными для заселения вследствие диссоциативной рекомбинации оказываются уровни атома неона, расположенные в шкале энергий ниже уровня 3p 5 (в обозначениях Пашена), т. е.…”

“…(α 1cr -константа скорости процесса). Интенсивности спектральных линий, связанных с процессами (1) и (2), во-первых, имели разные зависимости от времени в послесвечении и, во-вторых, по-разному реагировали на импульсный " подогрев" электронов высокочастотным (HF) полем индукционного разряда [2] или продольным электрическим полем несамостоятельного разряда однонаправленного тока [5]. Следует подчеркнуть, что наличие упомянутой границы характерно только для распадающейся плазмы при температуре электронов, близкой к комнатной.…”