11.3.2.2. Ионизация и диссоциативное прилипание для HgBr2

Хотя в диссоциативных HgBr(B)/HgBr2-лазерах в качестве частиц, участвующих в передаче энергии, использовались как N2, так и Хе, многие параметры разрядов созданных таким образом лазеров существенно отличаются от параметров, которые следовало бы ожидать только на основе известных различий в процессах обмена энергией с электронами.

Рис. 7 Вычисленные распределения по энергиям электронов в смесях содержащих либо либо Показаны также сечения диссоциативного прилипания и ионизации для молекулы

Однако наблюдаемые различия объяснимы и представляют собой очень интересную иллюстрацию того, как важно для анализа работы лазеров иметь точные и полные данные по сечениям процессов.

На рис. 7 представлены вычисленные функции распределения электронов по энергиям для двух смесей одна из которых содержит а другая 10% Хе. Чтобы в смеси с N2

получить такие же средние энергии электронов, как и в смеси с Хе, требуются значительно большие величины Е/N, что отражает большие потери энергии, обусловленные возбуждением колебательных уровней молекулы N2. Поэтому с иллюстративными целями величина Е/N выбиралась такой, чтобы обеспечить примерно одинаковые средние значения энергии электронов как для смеси с Хе, так и для смеси с N2. Иллюстрируемая на рис. 7 форма распределения энергии электронов в N2 является известной, хотя и необычной [42]. В смеси с N2 распределение энергии электронов в значительной степени обеднено в интервале энергий 2 - 5 эВ, в пределах которого сечения колебательного возбуждения N2 очень велики [59]. Однако в смесях с Хе в интервале энергий 2 - 5 эВ имеется избыток электронов, в то время как для энергий, превышающих порог возбуждения находящегося при 8,3 эВ, имеет место сильное обеднение распределения. Эти особенности столкновений электронов при обмене энергией с N2 и Хе соответственно оказывают сильное влияние на функцию распределения электронов по энергиям при изменении Е/N, а также на эффективность молекулы HgBr2 в роли частицы, участвующей в процессе прилипания в условиях работы лазера.

На рис. 7 показаны также сечения диссоциативного прилипания и ионизации для молекулы HgBr2 [16]. Сечение прилипания для этой молекулы велико лишь в относительно узком интервале энергий и случайно достигает своего пикового значения при энергиях, лежащих приблизительно на 2,0 эВ выше места появления резонансных участков для сечений колебательного возбуждения молекулы N2 (т.е. в области электронного обеднения распределения, соответствующего лазерной смеси с Кроме того, молекула HgBr2 имеет относительно низкое значение потенциала ионизации (10,62 эВ) и очень большое сечение ионизации в области энергий, соответствующей в лазерной смеси с Хе обеднению функции распределения электронов. Таким образом, расчеты показывают, что при изменении величины Е/N ионизация HgBr2 в смеси с Хе играет во много раз меньшую роль, чем в смеси с N2, а роль прилипания в смеси с Хе во много раз больше, чем в смеси с N2. Значение этого хорошо иллюстрируется сравнением коэффициентов прилипания, а

также суммарных или эффективных коэффициентов прилипания для смесей одна из которых содержит N2, а другая в равных количествах.

На рис. 8 представлены результаты такого расчета во всем диапазоне значений Е/N, который соответствует условиям лазерного возбуждения в этих смесях. Из рисунка видно, что в смеси с Хе коэффициент прилипания почти не зависит от величины Е/N, что является следствием относительно небольших изменений в распределении энергии электронов в интервале эВ, обусловленных изменением Е/N. Однако, поскольку сечение ионизации молекулы HgBr2 очень большое, в смеси с Хе результирующее влияние HgBr2 как частицы, дающей вклад в процесс исчезновения электронов, быстро уменьшается с увеличением Е/N. Это подтверждается уменьшением разности между коэффициентами прилипания и ионизации

Рис. 8. Вычисленные коэффициенты прилипания для молекулы HgBr2 в смесях содержащих либо либо 10% Хе. Для каждой из этих смесей на рисуике представлены также суммарные или эффективные значения коэффициента прилипания, определяемые как разность коэффициентов прилипания и ионизации для

Действительно, в смесях с Хе при значениях превышающих ионизация HgBr2 преобладает над прилипанием. Иными словами, HgBr2 дает основной суммарный вклад в процесс образования электронов, а не в процесс их исчезновения. Свойства смесей с N2 значительно отличаются и качественно, и количественно. При малых значениях Е/N в смесях с преобладанием N2 функция распределения электронов резко спадает приблизительно при 2,0 эВ, что соответствует началу резонансного участка в сечении колебательного возбуждения молекулы . В конце концов при более высоких Е/N электроны преодолевают

колебательный энергетический барьер. Однако характер функции распределения электронов обусловливает сильную зависимость коэффициента прилипания для молекулы HgBr2 от Е/N. Более важным является то, что если в случае смеси с N2 коэффициент ионизации молекулы HgBr2 вычитается из коэффициента прилипания, то, как показано на рис. 8, суммарный, или кажущийся коэффициент прилипания имеет весьма необычное поведение и во всем диапазоне изменения отношения Е/N по величине во много раз меньше, чем соответствующее значение для смесей с Хе. Действительно, имея в смеси с N2 максимальное значение величины лишь немного превышающее десятая максимального значения для смесей с молекула HgBr2 в условиях, типичных для разрядов в лазерах, ведет себя не как частица с электроотрицательными свойствами. Расчеты показывают, что при одинаковых плотностях ионов и концентрациях молекул HgBr2 прилипание является основным процессом исчезновения электронов в лазерной смеси Ne - Хе - HgBr2, а электрон-ионная рекомбинация является определяющим процессом гибели электронов в соответствующей смеси Ne - N2 - HgBr2. Ясно, что без учета сечений соответствующих процессов ионизации и прилипания для HgBr2 интерпретация результирующих разрядных и лазерных характеристик представляла бы в действительности трудную задачу.