Спектральный метод диагностики, страница 3

В результате обработки экспериментальных данных показано, что ионные линии имеют максимум на кривых зависимости интенсивности от тока и зависимости интенсивности от давления. Поэтому представляют интерес зависимости максимальной интенсивности от тока разряда (рис. 1) и от мощности (рис. 2), а также зависимость давления, при котором интенсивность достигает максимума, от мощности (рис. 3).

Зависимости максимальной интенсивности ионных линий аргона от тока разряда и мощности можно объяснить, предполагая, что их возбуждение происходит в первую очередь за счет прямого электронного удара.

В спектре аргоновой плазмы, полученном для плазменного ускорителя прямолинейной геометрии, присутствуют атомарные и ионные линии аргона, водорода — Нα и Нβ слабые линии железа и хрома. Потенциал возбуждения атомарных линий аргона находится в пределах 13—15 эВ. Атомарные линии ArI расположены в диапазоне λ =650...770 нм. В пределах λ=400...500 нм наблюдаются ионные линии ArI, для которых потенциал возбуждения находится в диапазоне 19—20 эВ, поэтому, как показал эксперимент, их свечение в большей степени зависит от давления и мощности на разрядном промежутке. Это означает что они в большей степени чувствительны к распределению электронов по энергиям в области потенциала возбуждения, и, следовательно наиболее сильно зависят от давления, что и было показано в экспериментах.

В рабочем диапазоне длин волн не обнаружено линии ионов аргона более высокой кратности. Водородные линии высвечиваются за счет присутствия водорода в разрядной камере. Линии железа и хрома высвечиваются за счет распыления материала катода ионами аргона. Линии других элементов отсутствуют, так как их концентрация ниже порога чувствительности спектрального прибора или их потенциал возбуждения высок.

Интенсивности линий водорода, железа и хрома значительно меньше, чем у спектральных линий аргона. Все спектроскопические исследования зависимостей интенсивностей линий от параметров разряда проводились для атомарных и ионных линий аргона. Наблюдаемая разница в поведении их интенсивности при изменении параметров разряда связана с особенностями возбуждения этих линий.

С ростом давления на порядок интенсивность ионных линий значительно падает. Это происходит тем быстрее, чем более высок потенциал возбуждения данной линии. В то же время интенсивность атомных линий с увеличением давления растет. Каждому значению давления соответствует мощность, при которой возбуждение ионов ArII оптимально, а, следовательно, интенсивность линий и величина ионного тока максимальны. При увеличении давления кинетическая энергия электронов уменьшается, и чтобы получить максимум интенсивности, приходится увеличивать мощность, выделенную на разрядном промежутке.

При одинаковой мощности, выделяемой в разряде, интенсивность ионных линий с ростом давления проходит через максимум и затем спадает, в то время как интенсивность атомных линий монотонно увеличивается. Однако при равных давлениях с ростом мощности интенсивность ионных линий значительно увеличивается, а для атомарных она слабо растет. Логично связать это с разным способом возбуждения атомов и однократных ионов в низкотемпературной аргоновой плазме.

В технологическом плазменном ускорителе заряженные и возбужденные частицы образуются в анодном слое, причем степень ионизации в этом случае достаточно велика, о чем свидетельствует большая интенсивность ионных линий. Спектральные линии материала катода весьма слабы. Такого рода устройства можно использовать для травления и ионной очистки поверхности материалов.