Absorptions in the afterglows of high-frequency rare-gas discharges and their interpretation in terms of the paired-electron gas plasma

Summary

A study of absorptions in the afterglows of four rare gases following long-pulse high-frequency electrodeless discharge energization is reported in the pressure range 0.05 to 1.5 Torr. It is found that the phenomena can be interpreted using the revised model for the pair gas previously applied to magnetized plasmas. The absorptions occur when the measuring cavity resonant frequency is the same as the oscillatory frequency of a population of aggregated pairs. Excited states are formed as a result of the absorptions. Electron densities calculated on this premise are found to be close in magnitude to mean densities derived from the cavity method. The pair aggregation numbers,n–, vary from 1 to 5 at low power to from 2 to 7 at high power. The method of energization of the pulsed discharges is changed into a low-current arc discharge and found to produce a free-electron gas in the afterglow which does not exhibit absorptions. The same result is obtained in xenon gas by increasing the power input into the electrodeless discharge to maximum values (~2kW peak). The resultant increase in electron density in xenon causes the destruction of the paired gas which is replaced by a free-electron gas. The absorptions disappear, showing that they are caused by the paired gas. The destruction of the pair gas in xenon by increase of electron density enables a trial to be made of a possible binding mechanism for the pairs, the spin magnetic potential, V_s. A simple calculation for V_s is made and from this the maximum pair gas density, n_M, in each of the four rare gases is calculated. This leads to a determination for the radius of the xenon atom from results at two pressures as 2.9 and 3.0.10^-10m.

Riassunto

Si riporta uno studio di assorbimenti nelle postluminescenze di quattro gas rari che seguono un–energizzazione di scarica senza elettrodi a lungo impulso ed alta frequenza nell–intervallo di pressione da 0.05 a 1.5 Torr. Si trova che i fenomeni possono essere interpretati usando il modello revisionato per il gas a coppie utilizzato in precedenza per i plasmi magnetizzati. Gli assorbimenti avvengono quando la frequenza di risonanza della cavità di misura è uguale alla frequenza di oscillazione di una popolazione di coppie aggregate. Gli stati eccitati si formano come risultato degli assorbimenti. Si trova che le densità degli elettroni calcolate su questa premessa sono simili in magnitudine alle densità medie dedotte dal metodo della cavità. I numeri di aggregazione delle coppie variano a partire da 1 a 5 a bassa potenza fino a da 2 a 7 ad alta potenza. Si cambia il metodo di energizzazione delle scariche impulsate in una scarica ad arco a bassa corrente e si trova che produce un gas con elettroni liberi nella postluminescenza che non mostra assorbimenti. Si ottiene lo stesso risultato nel gas di xenon aumentando l–input di potenza nella scarica senza elettrodi fino a valori massimi (picco ~ 2 kW). L–aumento risultante nella densità elettronica nello xenon causa la distruzione del gas appaiato che è sostituito da un gas a elettroni liberi. Gli assorbimenti scompaiono mostrando che sono causati dal gas appaiato. La distruzione del gas a coppie nello xenon per effetto dell–aumento della densità elettronica permette di provare un possibile meccanismo di legame per le coppie, il Potenziale magnetico di spin, V_s. Si effettua un semplice calcolo per V_s e da questo si calcola la densità massima del gas a coppie, n_M, in ciascuno dei quattro gas rari. Ciò porta alla determinazione del raggio dell–atomo di xenon dai risultati a due pressioni come 2.9 e 3.0.10^-10 m.

Резюме

Исследуются поглощения в процессах послесвечения четырех разреженных газов после импульсного высокочастотного безэлектродного разряда при давлениях в интервале от 0.05 до 1.5 тор. Получено, что эти явления можно интерпретировать, используя модифицированную газовую модель, которая ранее применялась к намагниченной плазме. Поглощения происходят, когда измеряемая резонансная частота резонатора совпадает с осцилляторной частотой заселенности агрегатных пар. Образуются возбужденные состояния, как результат поглощений. Используя это предположение, вычисляются плотности электронов, которые оказываются близкими к средним плотностям, полученным из метода резонатора. Число агрегаций пар, п′, изменяется от 1 до 5 при малой мощности и от 2 до 7 при высокой мощности. Метод возбуждения импульсных разрядов изменяется до дугового разряда с малым током. Отмечается, что при этом образуется свободный электронный газ при послесвечении, однако поглощения не обнаруживаются. Такой же результат получается в газе ксеноне при увеличении входной мощности на безэлектродном разряде до максимальных значений (∼2 кВт). Результирующее увеличение электронной плотности в ксеноне вызывает разложение парного газа, который заменяется свободным электронньм газом. Поглощения исчезают, что свидетельствует от том, что поглощения обусловлены парным газом. Разложение парного газа в ксеноне при увеличении плотности позволяет осуществить проверку возможного механизма связи для пар, спиновый магнитный потенциал. V_s. Предлагается простое вычисление для V_s. В рамках этого подхода определяется максимальная плотность парного газа, Им, для каждого из четырех разреженных газов. Этот расчет позволяет определить радиус атома ксенона из результатов при двух давлениях, равный 2.9 и 3.0 ·10^-10 м, соответственно.