超音速分子線中での非平衡分布形成のメカニズム

超声速分子束非平衡分布形成机制

基本信息

批准号：
63540283
负责人：
立川真樹
金额：
$ 1.28万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
财政年份：
1988
资助国家：
日本
起止时间：
1988 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

断熱膨張によって並進温度が極低温までになる超音速分子線においては、振動・回転・並進の各自由度間で温度が異なることが知られている。本研究では、さらに、回転状態がどの様なエネルギー分布になっているかを調べ、超音速分子線中における非平衡分布の形成のメカニズムを解明することを目的としている。これについて、以下の成果を得た。1.既存のN_2Oレーザーに加えて、10μm帯の半導体レーザーを整備し、高感度のシュタルク分光法を用いて、NH_3分子の6本の吸収線について線形吸収分光を行った。NH_3超音速分子線の、ノズルから比較的離れた位置数カ所において、回転準位における分子数分布を測定し、分子線の上流から下流にかけての各レベル間の回転温度の変化を系統的に調べた。その結果、以下のことが明かになった。(1)回転の自由度内においても、分子は非平衡分布をしており、回転状態は単一の温度で記述できない。(2)特に、(2,2,a)-(2,1,a)間及び、(2,2,s)-(2,1,s)間(( )内の数字は、左から、回転の量子数J、Kで、a、sは対称性を表す)で、反転分布が生じており、分子線の下流にいくにつれて反転が大きくなっている。2.双極子-双極子相互作用による緩和と、より近距離で働くhard collisionによる緩和、及び、個別つりあいの原理の3点を考慮したレート方程式モデルを立て、数値計算を行った結果、実験で得られた各回転準位間の温度及びその位置依存性を再現することができた。以上の解析から、双極子遷移による各レベル間の緩和レートのJ,K依存性が、非平衡分布の形成に大きな役割を果たしていること、及び(2,2,s)-(2,1,s)間に現れた負温度(反転)分布形成には、双極子-双極子相互作用よりも一桁程小さい断面積を持つhard collisionの効果が不可欠であることが明らかになった。

已知，在由于绝热膨胀而平移温度达到极低温度的超音速分子束中，振动自由度、旋转自由度和平移自由度之间的温度不同。在本研究中，我们进一步研究了旋转态的能量分布，旨在阐明超声速分子束中非平衡分布的形成机制。对此，我们得到了以下结果。 1.除了现有的N_2O激光器外，我们还安装了10μm波段的半导体激光器，利用高灵敏度斯塔克光谱仪对NH_3分子的6条吸收线进行了线性吸收光谱分析。我们在距离喷嘴较远的几个位置测量了NH_3超音速分子束旋转能级中的分子数量分布，并系统地研究了分子束从上游到下游各能级之间的旋转温度变化。结果，以下的事情就清楚了。 (1)即使在旋转自由度内，分子也具有非平衡分布，并且旋转状态不能用单一温度来描述。 (2) 特别是在 (2,2,a)-(2,1,a) 和 (2,2,s)-(2,1,s) 之间（括号中的数字从左到右），种群反转发生在旋转量子数 J 和 K，其中 a 和 s 代表对称性），并且当您向分子线下游移动时，反转变得更大。 2. 我们创建了一个速率方程模型，该模型考虑了三点：偶极-偶极相互作用引起的弛豫、近距离硬碰撞引起的弛豫以及个体平衡原理。数值计算的结果是，我们实验发现我们能够重现每个旋转水平之间获得的温度及其位置依赖性。上述分析表明，偶极跃迁引起的各能级间弛豫率的 J,K 依赖性在非平衡分布的形成中起主要作用，并且 (2,2,s)-(2,1,很明显，硬碰撞效应的横截面积比偶极-偶极相互作用小一个数量级，对于形成 s) 之间出现的负温度（逆温）分布至关重要。