Главная > Газовые лазеры
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

7.2. Обмен энергией между колебательными и вращательными степенями свободы

В галогеноводородах при релаксации за счет столкновений с собственными молекулами переход энергии из фундаментального типа колебаний в поступательные степени свободы (-релаксация) является чрезвычайно быстрым процессом. Действительно, среди известных молекул фтористый водород имеет наибольшие скорости V-Т-релаксации. Так, для протекания процесса

требуется менее 100 столкновений. В равновесии вероятности процессов переноса энергии между состояниями связаны соотношением

где — разность энергий уровней, газовая постоянная. В системах с преобладающей населенностью уровня вероятность релаксации дается приблизительно выражением

Если исходить только из этого соотношения, то, поскольку в молекулах галогеноводородов расстояние между колебательными уровнями велико, скорости V-Т-релаксации должны бы быть очень

небольшими. Однако на релаксацию в галогеноводородах влияют и такие факторы, как большие дипольные моменты, дальнодействуюшие силы притяжения и образование водородных связей, которые при высоких давлениях приводят к образованию в газе полимерных молекул (табл. 2).

Таблица 2. Дипольные моменты и энергии колебательных уровней

Температурная зависимость скорости релаксации под действием собственного газа была измерена для галогеноводородов в широком диапазоне температур. Большинство данных при температурах выше 1000 К были получены с помощью нагрева газа в ударной трубе, причем скорости V-Т-обмена определялись из наблюдений за изменениями интенсивности флуоресценции или плотности газа. Ниже температуры 1000 К большинство известных данных было получено методом лазерной флуоресценции. В этом методе лазер осуществляет накачку первого возбужденного колебательного уровня из основного состояния и регистрируется интенсивность флуоресценции с уровня что дает информацию о релаксации колебательных уровней. Измеряя время в течение которого населенность уменьшается в раз, мы получаем константу скорости релаксации где Р — давление газа. Это соотношение получено в предположении, что релаксация является кинетическим процессом первого порядка, что колебательно возбуждена лишь небольшая часть газа и что релаксация обусловлена столкновениями с молекулами, находящимися в основном состоянии.

На рис. 1 приведены константы скорости колебательной релаксации для в зависимости от температуры. Все эти кривые проявляют характерную кривизну в области температур, в которой они были измерены. Эти данные взяты из работы [5]. С понижением температуры константы скорости уменьшаются, достигая минимума, а затем снова увеличиваются. В случае HF и DF этот минимум соответствует более высокой температуре, чем для других газов. Именно молекулы HF и DF имеют наибольшие дипольные моменты. Константы скорости таких гомоядерных молекул, как (см. рис. 1), имеют почти линейную зависимость от . Скорость дезактивации молекулы HF при столкновениях с

аргоном ведет себя почти таким же образом. В следующих разделах мы обсудим вопрос о том, почему константа скорости V-Т-релаксации галогеноводородов при столкновениях с молекулами собственного газа имеет столь своеобразную температурную зависимость.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление