Nastanak i transport brzih atoma vodonika u tinjavim pražnjenjima

Abstract

Ова докторска дисертација има за тему истраживање настанка и транспорта брзих атома водоника у тињавим пражњењима. Појава брзих атома у пражњењима је први пут примећена пре нешто више од две деценије и до данас је предмет експерименталних и теоријских истраживања у више лабораторија широм света. Аномално проширени профили спектралних линија водоника су указали на присуство атома изузетно високих енергија. Преовлађујући ''колизиони модел'' објашњава ову појаву убрзавањем водоникових јона у електричном пољу пражњења и конверзијом јона у атоме у процесима измене наелектрисања и у сударима са површином катоде. Осим колизионог модела данас постоје и конкурентске теорије. Циљ овог рада је била верификација колизионог модела и испитивање његове примене на тињава пражњења. У тези су коришћене експерименталне методе оптичке емисионе спектроскопије као и декомпозиција измерених профила Балмер алфа линије праћена математичком анализом. Испитивани су извори нискотемпературне плазме на сниженим притисцима. Коришћена су четири типа тињавих пражњења са једносмерном, импулсном и наизменичном струјом, са водоником и мешавином водоника и аргона као радним гасом. Зрачење је испитивано у два правца посматрања. Испитиван је утицај параметара једносмерних пражњења на брзе атоме водоника. Резултати су показали да независне промене притиска и напона утичу на популацију брзих атома различито. Спроведен је експеримент за испитивање утицаја катоде са малом атомском рефлексијом на аномално проширене профиле и одговарајуће особине популације брзих атома у абнормалном тињавом пражњењу. При посебним условима у пражњењу са нискорефлективном катодом је забележена трансформација облика профила линије. Спектроскопска испитивања су вршена у имплусном тињавом пражњењу као и у диелектричном баријерном пражњењу. У раду су описани детаљи развијене Монте Карло симулације за протоне и брзе атоме у тињавом пражњењу и дати резултати поређења са експериментом. Резултати и анализе приказани у овом раду се могу сматрати верификацијом колизионог модела за брзе атоме у тињавим пражњењима. Развијене технике за испитивање расподела и особина брзих атома на основу емисионог профила линије се могу користити у различитим врстама плазми...

The subject of this dissertation is the investigation of generation and transport of fast hydrogen atoms in glow discharges. The phenomenon of fast atoms in glow discharges was first observed over two decades ago and is still a subject of experimental and theoretical investigations in several laboratories worldwide. The excessive Doppler broadened profiles of hydrogen spectral lines have indicated the presence of atoms with exceptionally high energies. The commonly excepted ''collision model'' explains this phenomenon through acceleration of hydrogen ions in the electric filed of the discharge, and conversions of ions into atoms in the charge exchange processes and in the collisions with cathode surface. Apart from the collision model, competitive theories exist today. The aim of this work was to verify the collision model and investigate of its application to glow discharges. Experimental methods of optic emission spectroscopy were used in the dissertation; as well as decomposition of measured Balmer alpha line profiles followed by mathematical analysis. Sources of low temperature plasma at low pressures were investigated. Four types of glow discharges were used, with direct current, pulse and alternative current; in hydrogen and argon-hydrogen mixture. Radiation was examined in two directions of observation. The influence of discharge parameters of direct current discharges on the fast atoms was investigated. Results have shown that independent variations of pressure and voltage affect the species of fast atoms differently. An experiment was undertaken to examine the influence of cathode with reduced atomic reflection on excessively broadened line profiles and corresponding characteristics of fast atoms species in the abnormal glow discharge. In the specific discharge conditions, transformation of line profile shape was detected with use of low reflective cathode. Spectroscopic investigations were performed in a pulse glow discharge and in the dielectric barrier discharge. In the work the details of developed Monte Carlo simulation for protons and fast atoms are presented and results of comparison with experiment are given. Results and analysis presented in this work may be regarded as verification of collision model for fast atoms in glow discharges. The techniques developed here for examination of distributions and characteristics of fast atoms based on emission line profile may be used in different types of plasma...