3.3.5. Продукты диссоциации и примеси

Значительное изменение кинетики ионов в разряде, вызванное примесными молекулами и частицами, образующимися в плазмохимических процессах, возможно только при выполнении определенных условий. Во-первых, примеси и продукты диссоциации должны присутствовать в таких концентрациях, которые сравнимы по крайней мере с концентрацией заряженных частиц, так что, если эти частицы целиком преобразуются в ионы, первоначальный состав ионов существенно изменится. Во-вторых, реакции, возникающие с участием ионов, образующихся из основных нейтральных компонентов среды и примесных частиц, должны быть экзотермическими, и, следовательно, результирующие ионы должны иметь более низкие энергии рекомбинации или более высокие энергии прилипания электронов. И наконец, характерные времена конверсии ионов не должны сильно превышать длительность импульсов возбуждения лазерной среды.

Для всех типов эксимерных лазеров, обсуждаемых в настоящей книге, длительность импульсов возбуждения составляет около микросекунды или меньше, а плотность ионов см 3 или ниже. Из подписи к рис. 2 следует, что при наиболее благоприятных условиях конверсия может сыграть существенную роль за время импульса возбуждения только при условии, что концентрация реагента будет не меньше (обычно мольных долей). Однако при построении моделей лазеров на молекулах инертных газов и галогенидов ртути (см. гл. 11 настоящей книги) было обнаружено, что более 10% молекул галогена диссоциирует за времена, соответствующие длительностям обычно используемых импульсов возбуждения. При этом концентрация продуктов диссоциации может превысить что приведет к уменьшению характерного времени конверсии и тем самым к более благоприятным условиям образования новых ионов.

Ионная конверсия такого типа наиболее вероятна в СО2- и СО-лазерах, для которых характерные времена жизни заряженных частиц составляют сотни микросекунд и более. Кроме того, в этих лазерах концентрация заряженных частиц намного ниже, чем в эксимерных лазерах, а длительность импульса возбуждения зачастую много больше, чем и даже возможен непрерывный режим работы. Модельные расчеты [77, 87] и эксперименты [17, 19, 70] подтверждают, что в плазме непрерывных -лазеров концентрация заряженных частиц лежит в интервале а основные ионные процессы связаны либо с образующимися в разряде молекулами, такими, как окислы азота, либо с примесями, такими, как вода. Эти результаты не являются неожиданными, если учесть, что для первоначально образующихся положительных и отрицательных ионов и О- энергии рекомбинации относительно велики, а энергии прилипания малы (см. табл. 2 и 3) по сравнению со значениями соответствующих величин для примесных ионов или возможных продуктов плазмохимии: а также для ряда гидратированных частиц. Таким образом, можно сделать вывод, что почти во всех случаях, соответствующих обычным условиям работы молекулярных ИК-лазеров, на кинетику отрицательных и положительных ионов большое влияние оказывают примесные частицы и/или продукты диссоциации и что основной ионный состав плазмы слабо связан с первоначальным составом смеси.