Спектроскопическое исследование плазменной струи гелия с добавками углеводородов

В работе представлены результаты спектроскопического исследования конверсии ацетилена и метана в плазменной струе гелия, создаваемой плазмотроном постоянного тока. Режим работы плазмотрона соответствовал условиям, обеспечивающим высокий выход углеродных наноструктур. В спектрах излучения, зарегистрированных при поперечном наблюдении участка струи протяженностью $20$ мм, следующего за выходным отверстием анодного канала плазмотрона, доминирующей компонентой в видимом диапазоне длин волн являются высокоинтенсивные полосы Свана молекулы $\rm C_2$. В спектрах наблюдаются атомарные линии водорода $\rm HI$ серии Бальмера от $\rm H_{\alpha}$ до $\rm H_{\varepsilon}$ многочисленные линии углерода $\rm CI$ от ультрафиолетовой $247.9$ нм до инфракрасных $962$–$966$ нм и ряд линий гелия $\rm HeI$. Спектральное определение осевых значений температуры плазменной струи обеспечили наблюдаемые линии ионизованного углерода $\rm CII\,283.7$ нм, $392.0$ и $426.7$ нм. Совместный анализ спектров излучения и рассчитанного в саха-больцмановском приближении состава смеси позволил выявить характер пространственной неоднородности исследуемой $\rm He : \rm C : \rm H$ плазменной струи. Он проявился в отличии температуры электронов приосевой области струи, измеренной с использованием линий ионизованного углерода $\mathrm{CII}\,(T_e(0) = 12000$–$14000$ К$)$, от колебательной и вращательной температур молекул $\mathrm{C}_2\,(T_V = T_R \cong 5000$ К$)$, интенсивно излучающих на периферии струи. Измеренная по ширине линий $\rm H_{\beta}$ и $\rm H_{\gamma}$ концентрация электронов, изменяющаяся на наблюдаемом участке струи в диапазоне $n_e = (4$–$2) \times 10^{16}$ см$^{–3}$, отвечает ионизационному равновесию в плазменной смеси $\rm He : \rm C : \rm H$ с температурой электронов, близкой к $T_e$, измеренной по ионным линиям углерода.