Исследование динамики криоэмиссии закиси азота и этанола

Внедрение: 2017 г.

В статье [1] авторы описывают результаты спектроскопических исследований криолюминесценции закиси азота и этанола.

Исследования динамических (переходных) характеристик криоэмиссии закиси азота и этанола были выполнены с использованием установки и процедур, подробно описанных в ранних работах авторов, с важным дополнением к текущим измерениям – высокоскоростным аналого-цифровым преобразователем (АЦП) L‑Card E20‑10. Это позволило более точно определять время нарастания, достигать максимальной интенсивности излучения, регистрируемой фотоумножителем, и, как следствие, получать более подробную информацию о релаксационных процессах, связанных с исследуемой криолюминесценцией. Спектроскопические измерения наблюдаемого криоизлучения проводились с использованием установки, схема которой показана на рисунке 1. 

Рисунок 1. Принципиальная схема основных узлов экспериментальной установки для спектроскопических измерений.

На рисунке 2 представлены результаты, полученные с помощью модуля АЦП E20‑10, для временной динамики отдельных вспышек излучения в этаноле и закиси азота. По левой вертикальной оси отложен сигнал фотоумножителя, регистрирующего люминесценцию криоосаждения закиси азота, а по правой – этанола. Для удобства сравнения данные для обоих криоосажденных веществ представлены в одной временной шкале. Частота дискретизации составляла 2 х 10⁷ Гц. Как видно на рисунке 2, как для закиси азота, так и для этанола переходные процессы отдельных вспышек состоят из относительно крутых подъемов с последующей экспоненциальной релаксацией.

Рисунок 2. Переходные кривые для однократных криоэмиссионных вспышек закиси азота (нижняя кривая) и этанола (верхняя кривая), цветной рисунок онлайн.

На рисунке 3 показано увеличение единичных вспышек излучения как для закиси азота, так и для этанола. Времена релаксации t_1/2 также различаются: 1,51 х 10^-3 с для закиси азота против 2,55 х 10^-3 с для этанола.

Рисунок 3. Время нарастания единичных эмиссионных вспышек в закиси азота и этаноле, цветной рисунок онлайн.

На рисунке 4 представлены результаты спектроскопических экспериментов, проведенных при криоосаждении закиси азота с интегрированным за 60 с ПЗС-сигналом.

Рисунок 4. Спектр криорадиационного излучения закиси азота, полученной при температуре 10 К и давлении 10^-2 Торр; сигнал ПЗС интегрировался в течение 60 с (цветной рисунок онлайн) – слева. Спектр криорадиационного излучения этанола, полученного при температуре 10 К и давлении 10^-2 Торр; сигнал ПЗС интегрировался в течение 60 с (цветной рисунок онлайн) – справа.

Исследованы динамические и спектральные характеристики светового излучения, возникающего при криоосаждении закиси азота и этанола на металлические подложки при температуре 10 К и давлении газовой фазы 10^-2 Торр. Установлено, что это излучение состоит из большого количества отдельных вспышек различной амплитуды, длины волны и длительности. Измерения показали, что для закиси азота время нарастания, необходимое для достижения максимальной интенсивности одиночной вспышки, составляет 0,015 х 10^-3 с, тогда как для этанола такое время составляет 0,3 х 10^-3 с (т.е. в 20 раз больше). Авторы связывают такое несоответствие со значительной разницей между собственными молекулярными дипольными моментами закиси азота и этанола. 

Источник:
Drobyshev, Andrey & Strzhemechny, Yuri & Aldiyarov, Abdurakhman & Korshikov, Yevgeniy & Kurnosov, Vasiliy & Sokolov, Dmitriy. (2017). Cryoemission of Nitrous Oxide and Ethanol: Dynamic and Energy Characteristics. Journal of Low Temperature Physics. 187. 10.1007/s10909-016-1693-7.

Разработчик: Дробышев А., Алдияров А., Коршиков Е., Курносов В., Соколов Д. (КазНУ, г. Алматы), Стржемечный Ю. (TCU, г. Форт-Уэрт, США)