This work is devoted to modeling of processes resulting in the peaks of nonequilibrium radiation and free electron concentration following the UV impulse irradiation or shock wave propagation in gas mixtures containing Fe(CO)5 . A general nature of nonequilibrium processes in both experiments and their origination from nonequilibrium overheating of iron clusters in the process of rapid condensation of supersaturated iron vapor was demonstrated.
Kinetic schemes describing Fe(CO)5 decomposition, excited iron clusters formation and their quenching in collisions with carrier gas molecules at experimental conditions have been developed. Kinetic modeling was performed using software CHEMKIN II. Dependences of the excited clusters concentration behavior on Fe(CO)5 concentration, temperature
and carrier gas pressure were obtained.
A comparison of experimental and modeling results allowed concluding that observed radiation originates from excitation of small iron clusters Fen, n < 10, while ionization originates in a process of growing of larger clusters Fem, 50 < m < 5000. Obtained modeling results are in good agreement with experimental values of maximal radiation intensities and free electron concentration. In particular, well-marked increasing of nonequilibrium effect intensity in the light gases is reproduced.
Настоящая работа посвящена моделированию процессов, ответственных за возникновение неравновесных пиков излучения и концентрации свободных электронов при импульсном воздействии УФ-излучения или ударных волн на смеси Fe(CO)5 с различными газами-разбавителями. Показано, что излучение и ионизация в рассмотренных экспериментах имеют общую природу и обусловлены неравновесным перегревом кластеров железа в процессе конденсации пересыщенного углеродного пара, образующегося в процессе фотодиссоциации Fe(CO)5 либо его пиролиза за ударной волной. С использованием данных LII-измерений, позволивших оценить эффективность энергообмена при соударениях различных молекул с железными кластерами, были развиты кинетические модели, описывающие распад Fe(CO)5, формирование возбужденных кластеров железа и их тушение в соударениях с атомами несущего газа в условиях проведенных экспериментов, и осуществлено моделирование с использованием программного пакета CHEMKIN II. Получены зависимости вида временного профиля концентрации возбужденных кластеров от концентрации Fe(CO)5, температуры, давления и рода газа-разбавителя. Сопоставление результатов моделирования и эксперимента позволило заключить, что наблюдаемое излучение связано с возбуждением малых кластеров железа Fen, n < 10, в то время как ионизация возникает в процессе роста более крупных кластеров Fem, 50 < m < 5000. Полученные расчетные данные хорошо описывают экспериментальные значения максимальных амплитуд излучения и концентраций свободных электронов, в том числе ярко выраженное возрастание интенсивности эффекта в легких газах.
кинетическая модель, кластеры железа, концентрация кластеров, ионизация
