Самосогласованный анализ физико-химических процессов в плазме кислорода тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.04 ВАК РФ

ИВАНОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ АКАДЕЛ\ИЯ

На правах рукописи

БЕССАРАБ Александр Борисович

САМОСОГЛАСОВАННЫЙ АНАЛИЗ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ПЛАЗМЕ КИСЛОРОДА

02.00.04 — Физическая химия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Иваново 1996

Работа выполнена на кафедре технологии приборов и материалов электронной техники Ивановской государственной химико-технологической академии.

Научный руководитель —

кандидат химических наук, доцент В. В. Рыбкин.

Официальные оппоненты:

доктор химических наук, профессор Г. В. Гиричев, кандидат физ.-мат. наук И. И. Амиров.

Ведущая организация —■

Ивановский государственный энергетический университет, г. Иваново.

Защита состоится Меть 1996 г. на заседании специализированного ученого совета К- 063.11.01 по химии Ивановской государственной химико-технологической академии.

Адрес: 153460, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, 7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИГХТА.

Автореферат разослан « . . . »...... 1996 г.

Ученый секретарь совета кандидат химических наук, доцент

Р. А. ПЕТРОВА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы. В последние годы низкотемпературная плазма нашла широкое применение как для решения целого ряда технологических задач, так и в практике научных исследований. Среди различных видов неравновесных плазменных систем особое место занимает "холодная" плачма низкого давления, которая характеризуется высокой энергией электронов и концентрацией возбужденных частиц при низкой газовой температуре. Сочетание таких качеств делает данный пил плазмы особенно привлекательным для направленного изменения свойств попсрхности различных материалов, "чувствительных" к действию высоких температур.

В настоящее время п области технологического использования "холодной" плазмы сложилась ситуация, когда инженерные решения и практическая реализация опережают фундаментальные исследования, посвященные пониманию физико-химических закономерностей протекающих при этом процессов. Как правил!), остается неизвестным какие типы частиц плазмы ответственны за полезный эффект, оптимальны ли параметры плазмы с точки зрения генерации данных частиц и так далее. По этой причине оптимизация проводится я основном эмпирическим путем - методом проб и ошибок. Объективно, данное положение связано, во-первых, со сложностью самих реакций, протекающих в неравновесных условиях и, как следствие, со сложностью их исследования и, во-вторых, с тем, что плазма является самоорганизующейся системой физические характеристики которой, определяющие ее химическую активность, сами зависят от инициированных ею химических превращений.

Таким образом, разработка подходов к описанию свойств низкотемпературной плазмы, которые позволили бы рассчитать ее внутренние параметры (концентрации основных частиц, скорости их образования, электрические поля, газовые температуры и т.д.) па основе внешних (заланасмых) параметров (давления плазмообразующего газа, тока разряда, геометрии реактора и т.д.) представляет несомненный теоретический и практический интерес.

Нслыо работы яилялся анализ физических и химических процессов, протекающих в плазме разряда постоянного тока в кислороле и создание на базе

этого самосогласованной модели, позволяющей a priori рассчитать се стационарные свойства. Научная новизна.

1. Для анализа состояния плазмы предложен системный подход, заключающийся в том, что единая плазменная система разбивается на подсистемы по принципу общности физико-химических процессов имеющих место в них.

2. Впервые показано, что для описания плазмы О2 на уровне, который позволяет при задании давления, тока разряда, геометрии реактора рассчитать основные внутренние параметры плазмы необходимо рассматривать подсистемы электронного газа, колебательной кинетики основного состояния молекулы Ог, образования и гибели заряженных частиц, кинетики реакций нейтральных частиц и тепловых источников.

3. Установлены те взаимосвязи между всеми подсистемами, которые являются наиболее существенными для реализации стационарного состояния плазмы.

4. На основе экспериментальных данных и их анализа обоснован набор сечсний взаимодействия электронов с молекулой Ог, который непротиворечиво описывает параметры электронного газа как в условиях дрейфующих электронных роев, гак и в условиях плазмы.

5. Впервые измерены скорости диссоциации молекул Ог, на основе которых определены константы, обоснованы сечения и механизм процесса диссоциации.

6. Показано, что колебательно-возбужденные молекулы О2(X3£g", V=5-6) играют осиоиную роль в гибели метастабилыюго состояния 02(а1Д8) и определена константа скорости этой реакции.

'/. Проанализированы механизмы распределения энергии внешнего электрического поля на осуществление различных реакций. Найдено, чго ~50% энергии выделяется в виде тепловой при гетерогенной гибели атомов кислорода и молекул СЫЬ'Е/) на стенке реактора, а остальная часть переходит в поступательную энергию в объеме за счет тепла химических реакций.

Практическая ценность цабщы. Учитывая, что плазма кислорода широко используется в микроэлектронике, для модификации поверхности различных материалов, для тестирования стойкости материалов к атмосферным воздействиям и условиям низких околоземных орбит, разработанная модель

может использоваться для расчетов плапмохимических реакторов с целью выбора внешних параметров, обеспечивающих оптимальные условия проведения процесса.

Апробання работы и публикации. По результатам работы опубликовано 3 статьи и тезисы семи докладов. Основные положения, результаты и выводы докладывались и обсуждались на научно-практическом семинаре "Плазмохимическая технология для изделий электронной техники" (Киев, 1991), на международных симпозиумах "Теоретическая и прикладная плазмохимия -ISTAPC-91, 1STAPC-95" (Рига,1991; Иваново, 1995), на международной конференции "Физика и техника плазмы" (Минск, 1994), на 8 международной конференции молодых ученых но химии и химической технологии (Москпа,РХТУ,1994 г.),на 12 международном симпозиуме по плазмохимии-ISPC-12 (США, Миннеаполис, 1995), а также на научно-технических конференциях ИГХТАс 1991 по 1996 г.г.

Работа выполнялась по координационному плану Минвуза СССР "Ионно-импульсная технология", п.п. 5.24, 5.25; по научно-технической программе Комитета по высшей школе Миннауки РФ "Фундаментальные и прикладные проблемы взаимодействия плазмы с поверхностью", раздел 10.1, по программе "Университеты России" (И-е направление), а также пользовалась поддержкой грантов Госкомитета по делам пауки, высшей школы и технической политики РФ (Санкт-Петербургский научный центр, 1992-1993 г.г.; Ярославский политехнический институт, 1993-1994 г.г.).

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 10 глав, выводов и библиографии. Общий объем диссертации составляет 177 страниц, включая 8 таблиц и 43 рисунка. Список литературы содержит 180 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследования, сформулированы пели и основные задачи работы, отмечена научная понйзна и практическая ценность исследования.

И главе I проведен анализ литературных данных по механизмам образования и гибели различных частиц плазмы кислорода и ее электрофизическим свойствам. Рассматриваются результаты модельных расчетов внутренних и внешних параметров плазмы О2. Проводится структуризация единой плазменной системы на взаимосвязанные подмЬдели (подсистемы), которые необходимо рассмотреть для описания состояния плазмы . Исходя из анализа литературных данных, определяются уровни и задачи моделирования, проведена постановка задачи исследования.

Приведенные и обзоре литературы сведения показывают, что степень исследоваипости плазмы положительного столба разряда постоянного тока позволяет разработать се самосогласованную модель, которая могла бы описывать свойства плазмы на основе задания только внешних параметров таких как ток разряда, давление плазмообразуюшего газа и геометрия. Для обеспечения адекнатности такой модели необходимо осуществить следующий комплекс исследований. .

Для подсистемы кинетики электронного газа.

а) Проанализировать известные наборы сечений взаимодействия электронов с молекулой 02(Х'5:8) и ,в первую очередь, сечений возбуждения состояний, приводящих к диссоциации.

б) Выяснить влияние состава плазмы па вид функции распределения электронов по энергиям(ФРЭЭ), учитывая е-е столкновения, столкновения электронов с атомами 0(31'), молекулами Ог(Д) и колебательно-возбужденными молекулами (КНМ) 0;(Х) .

Для подсистем кинетики нейтральных и заряженных частиц:

а) Выяснить роль КВМ 0:(Х) в процессах ионизации, диссоциации и диссоциативного прилипания.

б) Выяснить кинетические характеристики диссоциации 0>(Х) и гетерогенной рекомбинации атомов 0(31').

в) Проанализировать механизм реакций образования и гибели молекул 0;(А) и 0:(Ь).

Для подсистемы тепловых источников:

а) Выяснить каналы перераспределения энергии внешнего электрического ноля п поступательные степени свободы.

В математическом плане для такого анализа нужно разработать программы и алгоритмы совмест ного решения:

а) Кинетического уравнения Больцмапа с учетом с-с соударений и соударений 2-го рода для многокомпонентных смесей.

б) Уравнений колебательной кинетики.

в) Граничных задач па собственные значения для подсистемы кинетики заряженных частиц.

г) Граничной задачи для уравнения теплопроводности.

Для проверки адекватности модели, учитывая возможное влияние гетерогенных процессов, и ,в первую очередь, с участием атомов, на объемные свойства, желательно иметь максимально большое число экспериментальных данных, полученных на одной экспериментальной установке. Принимая во внимание сведения о свойствах и составе плазмы кислорода, критериями правильности отдельных подмоделей дол ясны быть следующие величины: приведенная напряженность поля, температура газа, концентрации атомов О('Р) и молекул Ог(Ь,Д), полная концентрация частиц N.

В главе 1 дается описание основных методик измерений. Приведены схема экспериментальной установки и се технические характеристики.В данной работе использовалась экспериментальная установка, состоящая из двух цилиндрических реакторов, выполненных из стекла марки С52-1, с диаметрами внутренней части 3 и 1.5 см. Второй реактор имел подвижный анод и использовался для измерений скоростей диссоциации молекул Ог с помощью струевой методики с регистрацией атомов методом ЭПР.

Спектры излучения плазмы регистрировались монохромагором тина МСД (решетка 120(1 штр./мм , диапазон длин поли 200-1000 им, линейная дисперсия ~10 А/мм) с фотоэлектрическим преобразователем . Оптическая система калибровалась но светоизмерительной лампе СИ-8-200У. Погрешности п определении абсолютных интспсивностен составляли ~20% в длшшоиолновои (600-800 им) области и -35% при 400 им.

Система напуска и откачки газа была стандартной. Давление в рабочем интервале 30-300 Па измерялось 17-образнмм манометром, а расход газа -капиллярным расходомером. Абсолютная точность измерения давления составляла 5 Па, а расхода газа - 1 10" молекул/с (относительная погрешность -от 10% при малых расходах до 2% при больших).

Напряженность поля определялась двумя зондами, расположенными в центре трубки нормально к силовым линиям, по напряжению внешнего источника, необходимому для компенсации тока в зондовой пени и расстоянию между зондами. Расчет ошибок показал, что основная погрешность в определений Е - случайная. Максимальная величина ошибки не превышала ±3% (5 измерений, доверительная вероятность 0.У).

Для определения температуры нейтральной компоненты использовался метол относительных иптеиснвпосгей вращательных линий олекзропно-колебателыюй полосы, отвечающей Р-ветви перехода Х3ХЙ (0-0).

Приводится анализ применимости метода в данных условиях.

Измерение •концентраций атомов кислорода проводилось методом ЭПР(прибор РЭ1301). Скорости диссоциации и константы (вероятности) гетерогенной гибели атомон определялись из кинетических кривых -зависимостей концентраций от расхода газа и длины положительного столба. Приводится методика обработки кинетических крииых. Нослроюводимость величин, определяемых из этих зависимостей, составляла ~25%. Доминирующая систематическая погрешность была связана с неточностью определения концентрации парамагнитных спинов эталона, погрешностью двукратного интегрирования контуров линий. В условиях опытов ма погрешность не превышала 40%.

И главе 3 приведены основные методики расчетов, а именно : 1. Метод численного решения уравнения Больцмаиа с учетом упругих, неуиругих, сверхунругих и алектрон-млектронных соударений. Пыл реализован алгоритм последовательных приближений в сочетании с устойчивым методом прогонки. Правильность расчета контролировалась по выполнению баланса энергий электронов. На основе вычисленной ФРЭЭ определялись такие

характеристики электронов как средняя энергия, приведенный коэффициент диффузии, скорость дрейфа, константы скоростей реакций и т.п.

2. Метод решения уравнений, описывающих кинетические закономерности образования и гибели колебательных уровнен основного состояния молекулы

02. Константы скоростей рассчитывались в приближении SSM с учетом влияния энгармонизма на величину адиабатического фактора и преджпоненциального множителя с нормировкой констант на экспериментальные значения. Учитывались процессы V-V и V-T релаксации при столкновениях О2-О2 и О2-О, e-V и e-h процессы, а также некоторые другие(например, ассоциативный отрыв). Система нелинейных уравнений решалась итерационной процедурой в сочетании с методом прогонки для каждой итерации.

3. Метод решения уравнений образования и гибели заряженных частиц. В гидродинамическом приближении с использованием условия кпазинейтральности решалась система двух дифференциальных уравнений второго порядка с граничными условиями, как задача на собственные значения. Уравнения описывали радиальные распределения концентрации электронов и отрицательных ионов (собственные функции). Собственными значениями задачи были относительная концентрация отрицательных ионов n./n« на оси реактора и параметр X, который при заданных мольных долях компонентов, токе разряда i , геометрии реактора R и величине E/N определяет суммарную концентрацию частиц /V, при которой возможно стационарное существование плазмы, т.е. скорости образования зарядов равны скорости их гибели. Решение проводилось методом Рунге-Кутта 5-того порядка с контролем точности способом вложения , дополненного процедурой обеспечения устойчивости решения и итерационной процедурой поиска X.

4.Метод решения уравнение теплопроводности. Температуры газа находилась из уравнения теплопроводности, которое решалось с помощью консервативной конечно-разностной схемы в сочетании с итерационной процедурой, из-за зависимости коэффициента теплопроводности от температуры .

I! глине 4 представлены результаты измерении шшряжешюстей электрических полей, температур гача, иптесшшостсй линий атомарного кислорода и атмосферной полосы, скоростей диссоциации,констант скоростей гетерогенной

гибели атомов и их сравнение с литературными данными. Приводятся также оценки концентраций некоторых возбужденных состояний атомов и молекул Ог, которые можно сделать на основе спектральных измерений.

В главе 5 проведен критический анализ сечений процессов взаимодействия электронов с молекулой Оз, используемых в различных работах для моделирования кинетических характеристик электронов в дрейфующих роях. Селекция проводилась но критериям: 1) совпадения рассчитанных характеристик с наиболее надежным экспериментом; 2) стрпепи соответствия использованных сечений эксперименту по их определению. Найдено, что опытные данные пе могут быть однозначно интерпретированы, и, имеется два альтернативных набора сечений [1,2], которые одинаковым образом описывают среднюю часть ФРЭЭ, но приводят к существенным различиям в высокоэнергетической области. Показано, что различия обусловлены различиями в использованных сечениях ионизации и диссоциации, что требует определения кинетических характеристик процессов образования атомов. Рассмотрено влияние химического состава плазмы кислорода па вид ФРЭЭ. Показано, чю 0:(Д) и О('Р) качественно одинаковым образом влияют па ФРЭЭ - увеличивается доля быстрых электронов, уменьшается медленных при мало изменяющейся средней части. Последнее находит свое отражение в том, что характеристики электронов, определяющиеся этой частью ФРЭЭ, при данных Е/Ы меняются незначительно. Сходным образом влияют на ФРЭЭ и электрон-электронные соударения- нри данной величине ЕЛ^ с ростом мольной доли электронов подрастает доля электронов с высокой энергией, уменьшается с малой. При реализующейся мольной доле электронов в данных экспериментах Уе<10"5, е-е соударения надо учитывать только для констант ионизации при £/N<4 10-'* В см*.

Анализ подсистемы КВМ показал следующее.

1. Вид ФРЭЭ слабо зависит от распределения КВМ по уровням ввиду малых мольных долей последних, т.е. подсистему кинетики электронного газа можно рассматривать независимо от подсистемы КВМ.

2. В распределении КВМ присутствуют две характерные области. На нижних уровнях заселение определяется накачкой электронным ударом и

перераспределением полученных квантов по уровням в У-У процессах. Нее другие реакции влияют на эту область слабо. При У>5 основным процессом гибели становится У-Т релаксация па атомах.

3. Реакция ассоциативного отрыва сильно влияет на среднюю часть распределения, но в конкуренции с У-Т процессами У-У релаксация не распространяет это влияние на область низких уровней.

4. Суммарные константы диссоциативного прилипания, диссоциации, ионизации в пределах 5% совпадают с константой скорости для нулевого уровня и соответствующие подсистемы можно считать независимыми от подсистемы КИМ.

Полученные выводы о влиянии состава плазмы на вид ФРЭЭ и кинетические характеристики электронов согласуются с результатами экспериментальных измерений ФРЭЭ [3].

И главе 6 анализируется подсистема заряженных частиц. Анализ позволил выяснить главные реакции,определяющие концентрации заряженных частиц . Показано, что основным положительным ионом должен быть ион Ог+, образующийся при ионизации электронным ударом молекул 0:(Х) и Ог(Д). Ион О* образуется из атомов О с последующей быстрой конверсией в ион СЬ+ в процессе перезарядки па молекулах О}. Основным отрицательным ионом является О- , который образуется в процессах диссоциативного прилипания к молекулам 0:(Х) и 0:(Д) , а гибнет н процессах ассоциативного отрыва электрона с участием 0;(Д) и О('Р). Электроны и положительные ионы рекомбинируют на стенках реактора, попадая туда в результате совместной диффузии.

Расчеты показывают, что при заданном значении Е/Ы и составе газовой фазы, стационарное существование плазмы будет реализонываться при больших концентрациях N. чем это предсказывается диффузионной теорией положительного столба Шоггки, что связано с влиянием отрицательных ионов па поле обьемпого заряда. П тоже время радиальные распределения концентраций электронов не слишком сильно отличаются от Бесселевского ( рассчитанные средние концентрации ~ 20% выше).

В главе 7 на основании измеренных скоростей образования атомов, рассчитанных на их основе констант скоростей, предыдущего анализа взаимосвязей отдельных подсистем, сделаны следующие выводы, касающиеся механизма диссоциации и выбора сечений процессов :

1. Набор сечений работы [2] в наилучшей степени удовлетворяет всем известным экспериментальным данным.

2. Диссоциация молекул Ог действительно происходит в результате распада состояний, сходящихся к 1-му и 2-му пределам диссоциации.

Глава 8 посвящена расчету напряженностсй электрических полей и концентраций атомов кислорода. Для этого совместно решались :1. Уравнение для полного тока.2. Уравнение Больцмана.З. Уравнения непрерывности для заряженных частиц.4. Уравнения химической кинетики, определяющие концентрации атомов 0(4'). Концентрация молекул С>2(А) бралась из опыта.

Для нахождения концентрации О('Р) использовались измеренные интенсивности излучения перехода 0(3р'1'->3р33), механизм образования верхнего уровня которого известен. Полученные из расчета концентрации 0(3Р), константы их гетерогенной гибели и величины ЕЛЧ хорошо согласуются с опытом (рис.1).

В главе 9 анализируется модель образования и гибели основных нейтральных частиц плазмы- молекул 0:(а|Д,Ь|Х,АЕ3), атомов 0(Ю,'8) и озона с одновременным рассмотрением энергетического баланса (модель тепловых источников). Предложенные в результате анализа механизмы процессов не только адекватно описывают экспериментальные данные по концентрациям компонентов, но и по остальным внутренним параметрам плазмы: балансу энергии, величинам Е/Ы. температурам газа(рис1-4). Впервые показано, что в реакциях гибели состояния Ог(А) играют важную роль КИМ 02(Х3£8 ), и определена константа скорости этой реакции.

В главе 10 рассмотрены возможности упрощения уравнений баланса заряженных частиц. Приведены результаты расчетов, основанных на допущении, что относительная концентрация отрицательных ионов а=п7пс не зависит от радиуса. Такая замена сводит систему дифференциальных уравнений к алгебраической, в которую входят также средние концентрации зарядов, закон

К)

усреднения которых остается неизвестным. Скорости реакций, определяемые средней частью Ф1'ЭЭ, и в этом случае рассчитываются удовлетворительно, но расхождение нарастает по мере увеличения пороговой энергии процесса. Так, расхождение в скоростях ионизации достигает уже 100%. Данные результаты связаны с переоценкой скорости диффузионной гибели зарядов за счет завышения относительной концентрации отрицательных ионов а. Это приводит к более высоким значениям ЕЛ4), необходимым для поддержания разряда и, как следствие, к более высоким скоростям высоконороговых процессов.

Основные результаты и выводы

1. Получены систематические данные о характеристиках плазмы положительного столба тлеющею разряда в кислороде: измерены напряженности электрических полей, газовые температуры, концентрации атомарного кислорода и метастабильных молекул 02(Ь'1*Й) и скорости диссоциации молекул СЬ.

2. Для описания свойств плазмы предложен системный подход, заключающийся в том, что единая плазменная система разбивается на подсистемы (модели) но принципу общности физико-химических процессов, протекающих в подсистеме и, как следствие, математического аппарата их описания. Анализ каждой подсистемы позволяет выяснить ее главное содержание, а установление взаимосвязей с другими подсистемами - сформулировать общую модель непротиворечивым образом.

3. Показано, что для создания модели плазмы О: такого уровня, который позволяет при задании давления, тока разряда, геометрии реактора рассчитать внутренние параметры плазмы (электрические ноля, температуры газа, концентрации частиц и т.д.) необходимо принимать во внимание подсистемы электронного газа, колебательной кинетики основного состояния молекулы О;, образования и гибели заряженных частиц, кинетики реакций нейтральных частиц и тепловых источников.

4. Анализ подсистемы электронного газа позволил."

а) Обосновать набор сечений процессов, который ^противоречиво описывает поведение электронов как в условиях дрейфующих роев, так и в условиях плазмы.

И

б) Установить взаимосвязи этой подсистемы с другими: для формирования ФРЭЭ существенными являются столкновения электронов не только с Ог(Х), но и О(Ч'), Ог(&), а е-е соударениями и ударами 2-го рода с КНМ Ог(Х) можно пренебрегать.

5. Анализ подсистемы КВМ Ог(Х) показал, что:

а) Распределение молекул но колебательным уровням формируется в основном за очет возбуждения электронным ударом, тушения молекул 0;(Л) и процессов ассоциативного отрыва электронов от иона О- в сочетании с реакциями V-V обмена и V-T релаксации на атомах 0(3Р). Из-за большой частоты последнего процесса эффективные колебательные температуры являются низкими (TvílOOOK), поэтому в процессах с участием электронов доминирующим реагентом является Ог(Х, V=0).

б) КВМ играют главную роль в тушении состояния Ог(Л) и вносят существенный вклад в нагрев газа (до 20% всей энергии, вкладываемой в плазму).

6. Рассмотрение процессов образования и гибели зарядов привело к заключению о том, что:

а) Положительные ионы и электроны образуются при ионизации 0(}Р), 0;(А) и Oi(X, V=0), а гибнут в результате рекомбинации на стенках реактора.

б) Отрицательные ионы (преимущественно О ) образуются при диссо'хиатналом прилипании электрона к молекулам Ог(Х, V=0) и 0;(Л), а гибнут в объемных реакциях ассоциативного отрыва с участием атомов 0(3Р) и молекул 0¿(A).

в) Несмотря на то, что процессы объемной гибели электронов не влияют прямо на баланс электронов и положительных ионов (скорость прилипания равна скорости отрыва в целом по объему), отрицательные ионы действуют на транспортные характеристики, ускоряя гибель зарядов. В результате приведенная напряженность поля E/N устанавливается на более высоком уровне, чем это следует из теории Шоттки.

7. Проанализированы реакции, определяющие состав основных нейтральных частиц плазмы О*: атомов О(Ч'), О(Ч)), O('S), молекул 02(А), 0;(Ь). Предложены кинетические схемы, позволяющие рассчитать концентрации этих частиц в согласии с опытом.

8. Рассмотрены каналы перераспределения энергии, полученной электронами от внешнего поля на осуществление различных реакций. Показано, что ~50% всей энергии выделяется в виде тепла гетерогенных реакций атомов и молекул Oi(b) на стенке реактора, а остальное - в объеме в виде тепла химических реакций. Кинетические схемы согласуются с балансом энергии и позволяют рассчитывать температуру газа в согласии с опытом.

9. Разработаны программы совместного решения уравнения Больцмана, уравнений колебательной кинетики, уравнений образования и гибели зарядов, уравнений химической кинетики и теплопроводности, позволяющие проводить самосогласованный расчет неравновесной плазмы.

Цитированная литература

1. Lawton S.Q., Phelps A.V.//J.Chem.Phys.-1978.-V.69,N3.-P.1055.

2. Kajita S., Ushiroda S., Kondo Y.//J.Appl.Phys.-V.67,N9.-P.4015.

3.Максимов А.И., Менагаришвили В.М., Рыбкин В.В.//Физика плазмы.-1981,-Т.7.В.2.- С.289.

Основной материал диссертации изложен в следующих работах:

1. Rybkin V., Bessarab A., Kuvaldina Е., Maximov A., Títov V. Self-Consistent Analysis of Low-Temperature Oxygen Plasma and Processes of its Interaction with Some Polymer Materials// Pure and Applied Chemistry.- 1996.V.68,№5 -p. 1041-1045.

2. Рыбкин В.13., Бессараб А.Б., Титов В.А., Кувапдина E.B. Самосогласованный анализ плазмы кислорода и процессы ее взаимодействия с некоторыми полимерными материалами// 2-ой Международный симиозиум по теоретической и прикладной iuia3MoxnMini(ISTAPC-95): Мат.симп.- г.Иваново, 22-26 мая 1995 г.- Иваново,1995,-С.297.

3. Бессараб А.Б., Рыбкин В.В. Компьютерная программа для численного решения уравнения Больцмана для плазменных электронов// Научно-практический семинар "Плазмохимическая технология для изделий электронной техники": Тез. докл.-Киев, 12-13 марта 1991 г.-Киев, 1991,- С.27.

. 4. Бессараб А.Б., Рыбкин В.В. Влияние метастабильных молекул a'Ag на формирование энергетического распределения электронов в плазме кислорода// Международный симпозиум по теоретической й прикладной плазмохимии: Тез. докл.- Рига, 24-27 сент. 1991 г.- Рига, 1991,- С.61-63.

5. Бессараб А.Б., Рыбкин В.В. Кинетическая модель процессов образования и гибели атомов 0(3Р) и молекул Ch (а'А) в положительном столбе тлеющего разряда в кислороде//Химия высоких энергий.- 1994,- Т.28, №1,- С. 73-76.

6. Бессараб А.Б., Рыбкин В.В. Самосогласованная кинетическая модель однородного положительного столба кислородного разряда//Международная конференция "Физика и техника плазмы": Тез докл.- г.Минск,13-15 сентября 1994 г.- Минск, Беларусь, 1994.- Ч.2.- С.95-96.

7.Бессараб А.Б., Рыбкин В.В. Кинетическая модель однородного положительного столба разряда в кислороде// 8 Международная конференция молодых ученых по химии и химической технологии: Тез.докл.-г.Москва,РХТУ.- 1994.-c.162.

8. Рыбкин В.В., Бессараб А.Б., Максимов А.И.. Численное моделирование положительного столба тлеющего разряда б кислороде// Теплофизика высоких температур.- 1995,- Т.32, №2.- С. 185-190.

9. Bessarab Д.В., Rybkin V.V. Influence of metastable molecules а'Д on the formation of electron energy distribution in oxygen p!asma//lnt.Symp. on Theoretical and Appl. Aspect of Plasma Chemistry, Riga, Sept.24-27, 1991.- Riga.- 1991.-P.24.

10. Rybkin V., Bessarab A., Kuvaldina E., Maximov A., Titov V. Self-Consistent Analysis of'Low-Temperature Oxygen Plasma and Processes of its Interaction with Some Polymer Materials// Proc. of the 12th Int.Symposium on Plasma Chemistry,

Minneapolis, Minnesota, USA, August 21-25,1995.- Minneapolis: University of Minnesota, 1995,-V.I.- P.13.

E/N x ltf®, Всм2 13-, 12 11 10 9 8 7 6 5 4

0

T, К 800 700 600 500400300-

• -1

О -2

▲ -3

Д -4

Рис.1. Приведенная напряженность электрического поля. 1, 2, 3, 4 - эксперимент для токов 20, 50, 80, 110 мА. 5, б - расчет для токов 50 и 110 мА, соответственно.

N„В х 1016, см"2

» -1 i - 2 о - 3 • -4

{ L

»»

II

Рис.2. Температура газа на оси I и у стенки реактора II как функция удельной мощности. 1, 2, 3, 4 - эксперимент для токов 110, 80, 50, 20 мА. Сплошная линия расчет.

о.о

1.0

i' Е, Втсм"'

1.5

1

I

2.0

[02(Ь)1х10-

7 б 5 4 3 2 1 О

0 12 3

N х 10 ", см"3 [Ог(д)]х 10'15, см'3

2.0

1.5

1.0

0.5-

0.0

Рис.3. Концентрация метастабильных молекул 02(Ь'Хв+) как функция полной концентрации частиц. 1, 2, 3 эксперимент для токов 80, 50, 20 мА. Сплошные линии - расчет.

Рис.4. Концентрация метастабильных молекул 02(а'Д8) как функция полной концентрации частиц для тока 80 мА. Точки - эксперимент, линия - расчет.

N х 10 ", см"

Ответственный за выпуск

Л.Б.Бсссараб

Подписано к печати 28.00.96г.Формат издания 60x841/16 Поч.л.Г. Усл.п.л.О,93. Заказ 1376/р.Тирчх 80,экз.

'Г^югпдУи ГУ ;СгК,г.Лваноро,ул.Крмак?г,41.