Impact of the Vibrationally Excited States on the Macroscopic Behaviour of the Band-like Electron Beam Discharge Plasma in H/H2-Mixture

Authors


Abstract

The investigation of the impact of the vibrationally excited molecules in the electronic ground state was performed by simultaneously solving a balance equation system for the main charge carriers, the H atoms, the metastable H atoms, the H2 molecules in the different vibrational states and for the power transfer of the electrons in the beam discharge mixture plasma. The balance equations for the vibrational states include in particular one-quantum step excitation and deexcitation, electronic excitation, dissociation and ionization from each vibrational level in electron collisions as well as the finite life time of these states because of the gas transfer through the band-like plasma. A main finding is that due to the additional impact of vibrationally excited molecules there is a marked enhancement of the resulting dissociation and ionization degree in the beam discharge plasma at medium power input from the turbulent electric field. For discharge parameters of practical interest the ionization and dissociation budget, the population of the vibrational states, the different energy dissipation processes and the energy pumping into the ladder of the vibrational states were calculated and discussed in detail.

Abstract

Der Einfluß schwingungsangeregter Zustände auf das makroskopische Verhalten des bandförmigen Elektronenstrahl-Entladungsplasmas im H/H2-Gemisch

Die Untersuchung des Einflusses der schwingungsangeregten Moleküle im elektronischen Grundzustand erfolgte durch simultane Lösung eines Bilanzgleichungssystems für die wesentlichen Ladungsträger, die H-Atome und die metastabilen H-Atome, die H2-Moleküle in den Schwingungszuständen sowie für die Energieübertragung der Elektronen im Strahlentladungs-Mischplasma. Die Bilanzen für die Schwingungszustände erfassen insbesondere einquantige An- und Abregungen, elektronische Anregung, Dissoziation und Ionisation von jedem Schwingungsniveau in Elektronenstößen sowie die endliche Lebensdauer dieser Zustände infolge des Gastransportes durch das bandförmige Plasma. Als ein wesentliches Ergebnis wurde erhalten, daß auf Grund des zusätzlichen Einflusses schwingungsangeregter Moleküle ein merkliches Anwachsen des Dissoziations und Ionisierungsgrades im Strahl-Entladungs-Plasma bei mittlerer Leistungsaufnahme aus dem turbulenten elektrischen Feld erfolgt. Für praktisch interessierende Werte der Entladungsparameter wurden der Ionisation- und Dissoziationshaushalt, die Besetzung der Schwingungszustände, die verschiedenen Energiedissipationsprozesse und die Energieeinspeisung in das System der Schwingungszustände berechnet und im einzelnen diskutiert.

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