Генерация комплексов (ArnHm)+ в кластированном потоке аргоноводородной смеси, активированной электронным пучком


Просмотр статьи
PDF, 1,1 МБ

Generation of (ArnHm)+ complexes in a clustered flow of an argon-hydrogen mixture activated by an electron beam

Recently, great interest in the analysis of the electronic states of the ArH+ ion has been shown in some scientific studies, in which there are significant discrepancies between the available experimental measurements and theoretical results. The most efficient production of protonated argon is achieved by electron ionization the supersonic flows of argon and hydrogen mixtures. In this paper, the clustering influence on the formation of protonated monomers and small argon clusters is considered. Two variants of ionization of supersonic fluxes were used: by a high-voltage electron beam directly in the jet during ion registration by transport to the mass spectrometer of a molecular beam system (HVEB method) and during ionization of a molecular beam isolated from a supersonic stream directly in the mass spectrometer detector (EBMS method). The effect of stagnation pressure and the average size of clusters in a gas stream on the formation of ions of argon-hydrogen compounds have been studied. The parameters of the most effective ions formation of such compounds in the considered range of gas dynamic parameters are determined. Suggestions about the mechanism of formation of ions of the type (ArnHm)+ are considered in a clustered stream.

cluster, argon-hydrogen mixture, ionization, electron beam, mass-spectrometry

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.25.1.1089

Виталий Эдуардович Художитков, Александр Евгеньевич Зарвин, Валерий Владимирович Каляда

Том 25, выпуск 1, 2024 год



В последнее время в научных исследованиях большой интерес проявляется к анализу электронных состояний иона ArH+, в которых существуют значительные расхождения между доступными экспериментальными измерениями и теоретическими результатами. Наиболее эффективное получение протонированного аргона достигается при электронной ионизации сверхзвуковых потоков смесей аргона и водорода. В настоящей работе рассмотрено влияние кластерообразования на процесс формирования протонированных мономеров и малых кластеров аргона. Использованы два варианта ионизации сверхзвуковых потоков: непосредственно в струе высоковольтным электронным пучком при регистрации ионов путем транспорта на масс-спектрометр молекулярно-пучковой системы (метод ВВЭП) и при ионизации молекулярного пучка, выделенного из сверхзвукового потока непосредственно в детекторе масс-спектрометра (метод ЭПМС). Исследовано влияние давления торможения и среднего размера кластеров в газовом потоке на процесс формирования ионов соединений аргон-водород. Определены параметры, при которых наблюдается наиболее эффективное формирование ионов таких соединений в рассматриваемом диапазоне газодинамических параметров. Рассмотрены предположения о механизме формирования ионов вида (ArnHm)+ в кластированном потоке.

кластеры, смесь аргон-водород, ионизация, электронный пучок, масс-спектрометрия

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.25.1.1089

Виталий Эдуардович Художитков, Александр Евгеньевич Зарвин, Валерий Владимирович Каляда

Том 25, выпуск 1, 2024 год



1. Khriachtchev L, Pettersson M., Runeberg N., Lundell J. Räsänen M. // Nature volume 406, p. 2874–876 (2000)
2. Ekta Sharma, Reena Rathi, Jaya Misharwal, Bhavya Sinhmar, Suman Kumari, Jasvir Dalal, Anand Kumar // Nanomaterials 12(16):2754. DOI: 10.3390/nano12162754
3. Jain, K. et al. // IEEE Electron Device Lett., Vol. EDL-3, 53 (1982)
4. Polasko et al. // IEEE Electron Device Lett., Vol. 5, p. 24(1984)
5. R. Linsker, R. Srinivasan; J. J. Wynne; D. R. Alonso // Lasers Surg. Med. 4 (1): 201–206 (1984). doi:10.1002/lsm.1900040212
6. Brault J. W., Davis S. P // Physica Scripta. 1982. V. 25. P. 268.
7. Mike Barlow (UCL Department of Physics & Astronomy) Astronews, 2013, December 13. https://astronews.ru/cgi-bin/mng.cgi?page=news&news=5115
8. Jimenez-Redondo M, Cueto M, Domenech J L, Tanarro I and Herrero V J // RSC Adv. 4 62030 (2014).
9. Sode M, Schwarz-Selinger T and Jacob W // J. Appl. Phys. 114 063302 (2013).
10. Phelps A V // J. Phys. Chem. Ref. Data 21, 883 (1992).
11. D. P. Stevenson, D. O. Schissler // J. Chem. Phys. 29, 282 (1958); https://doi.org/10.1063/1.1744476.
12. E Djuissi, A Bultel, J Tennyson, I F Schneider and V Laporta // Plasma Sources Sci. Technol. 31, 114012 (2022).
13. Hodorkovskii M A, Artamonova T O, et al // Tech. Phys. Rus. J. Appl. Phys. 54(1), 1-6 (2009).
14. Mitchell J B A, Novotny O, LeGarrec J L et al. // J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 38 L175 (2005).
15. Dagdigian P J // Mon. Not. R. Astron. Soc. 477, 802 (2018).
16. Stolyarov A V and Child M S // Phys. Chem. Chem. Phys. 7, 2259 (2005).
17. Dagdigian P J // Mon. Not. R. Astron. Soc. 477, 802 (2018).
18. Isidore Last, Thomas George // The Journal of Chemical Physics 93, 12 (December 1990). DOI: 10.1063/1.459231
19. Zarvin A.E., Kalyada V.V., et.al // IEEE Transactions on Plasma Science. 2017. V. 45. No. 5. P. 819-827.
20. U. Bossel //Entropie, V. 42 (1), pp. 12–18, 1971.
21. Zarvin A E and Sharafutdinov R G // J. Appl. Mech. Tech. Phys. 20, 744-9 (1979).
22. Stefan Schütte, Udo Buck // International Journal of Mass Spectrometry, 220, 183–192 (2002).
23. J.B.French, G.E.McMichael // RGD-5 Symposium, V.2 (1967).
24. U.Bossel // Entropy, No.30 (1969).
25. Зарвин А.Е., Шарафутдинов Р.Г. // ПМТФ, 3, 50 (1978).
26. D.C. Jordan, R. Barling, R. B. Doak // Review of Scientific Instruments, 70(3), 1640 (1999), https://doi.org/10.1063/1.1149645.
27. U. Even // Advances Chemistry, 2014, 636042 (2014), http://dx.doi.org/10.1155/2014/636042.
28. A.E. Ieshkin, A. V. Danilov, V. S. Chernysh, I. E. Ivanov, I. A. Znamenskaya // Journal of Visualization, 22, 741 (2019), https://doi.org/10.1007/s12650-019-00565-6.
29. J. Braun, P. K. Day, J. P. Toennies, G. Witte, E. Neher // Review of Scientific Instruments 68, 3001 (1997), https://doi.org/10.1063/1.1148233.
30. Зарвин А.Е., Шарафутдинов Р.Г. // ПМТФ, 6, 107 (1979).
31. Зарвин А.Е., Шарафутдинов Р.Г. // ПМТФ, 4, 11-19 (1976).
32. Зарвин А., Мадирбаев В., Дубровин К., Яскин А. Анализ причин инверсной заселенности уровней атомарного аргона в конденсирующихся сверхзвуковых потоках смесей // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2022. Т. 23, вып. 3. С. 1-20. http://chemphys.edu.ru/issues/2022-23-3/articles/994/
33. O.F. Hagena // Rev. Sci. Instr., 63, 2374 (1992), https://doi.org/10.1063/1.1142933.
34. Golomb D., Good R.E., et al // J. Chem. Phys., 57(9), 3844-3852 (1972).
35. Зарвин А.Е., Коробейщиков Н.Г., Мадирбаев В.Ж., Шарафутдинов Р.Г. // ПЖТФ, 26(22), 21-25 (2000).
36. Chinenov S.T., Zarvin A.E., et al // J. Phys. Conf. Ser., 1105, 012113 (2018) doi :10.1088/1742-6596/1105/1/012113