Том 33, номер 01, статья № 1

Аршинов К. И., Крапивная О. Н., Невдах В. В., Шут В. Н. Ударное уширение колебательно-вращательных линий молекул СО2 буферными газами. // Оптика атмосферы и океана. 2020. Т. 33. № 01. С. 5–13. DOI: 10.15372/AOO20200101.
Скопировать ссылку в буфер обмена
Аннотация:

С помощью перестраиваемого СО2-лазера измерены ненасыщенные коэффициенты поглощения в чистом СО2 и в бинарных газовых смесях CO2 с различными буферными газами (He, Ar, Kr, Xe, N2, O2, CO, N2O, 13C16O2) на центральных частотах линий R(8), R(22), R(34), P(8), P(22) и P(36) перехода 1000–0001 в температурном диапазоне 300–700 К. Описана методика и определены коэффициенты ударного самоуширения и ударного уширения буферными газами линий перехода молекул СО2. Показано, что эффективность взаимодействия CO2 с двух- и трехатомными газами определяется величиной электрического момента. При взаимодействии с инертными газами главную роль играет «массовый» фактор. Установлено, что температурные зависимости коэффициентов для чистого СО2 и всех буферных газов с высокой точностью могут быть аппроксимированы степенными функциями с двумя различными показателями.
 

Ключевые слова:

ненасыщенный коэффициент поглощения, относительный коэффициент ударного уширения, буферный газ

Список литературы:

1. Ачасов О.И., Кудрявцев Н.Н., Новиков С.С., Солоухин Р.И., Фомин Н.А. Диагностика неравновесных состояний в молекулярных лазерах. Минск: Наука и техника, 1985. 208 с.
2. Стариков В.И., Лаврентьева Н.Н. Столкновительное уширение спектральных линий поглощения молекул атмосферных газов / под общ. ред. К.М. Фирсова. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2006. 308 с.
3. Predoi-Cross A., Liu W., Murphy R., Povey C., Gamache R.R., Laraia A.L., McKellar A.R.W., Hurtmans D.R., Malathy Devi V. Measurement and computations for temperature dependences of self-broadened carbon dioxide transitions in the 30012–00001 and 30013–00001 bands // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2010. V. 111. P. 1065–1079.
4. Аршинов К.И., Крапивная О.Н., Невдах В.В. Лазерная диагностика равновесной газовой смеси СО: N2 // Оптика атмосф. и океана. 2014. Т. 27, № 5. С. 387–391; Arshinov K.I., Krapivnaya O.N., Nevdakh V.V. Laser diagnostics of equilibrium a СО: N2 gas mixture // Atmos. Ocean. Opt. 2014. V. 27, N 4. P. 381–385.
5. Аршинов К.И., Аршинов М.К., Невдах В.В. Исследование параметров столкновительно уширенной линии поглощения R(22) перехода 1000–0001 молекулы СО2. I. Эксперимент // Оптика и спектроскопия. 2012. Т. 112, № 6. C. 914–919.
6. Rothman L.S., Gordon I.E., Babikov Y., Barbe A., Benner C.D., Bernath P.F., Birk M., Bizzocchi L., Boudon V., Brown L.R., Campargue A., Chance K., Cohen E.A., Coudert L.H., Devi V.M., Drouin B.J., Fayt A., Flaud J.-M., Gamache R.R., Harrison J.J., Hartmann J.-M., Hill C., Hodges J.T., Jacquemart D., Jolly A., Lamouroux J., Le Roy R.J., Li G., Long D.A., Lyulin O.M., Mackie C.J., Massie S.T., Mikhailenko S., Müller H.S.P., Naumenko O.V., Nikitin A.V., Orphal J., Perevalov V., Perrin A., Polovtseva E.R., Richard C., Smith M.A.H., Starikova E., Sung K., Tashkun S., Tennyson J., Toon G.C., Tyuterev Vl.G., Wagner G. The HITRAN 2012 molecular spectroscopic database // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2013. V. 130. P. 4–50.
7. Rosenmann L., Hartmann J.M., Perrin M.Y., Taine J. Accurate calculated tabulations of IR and Raman CO2 line broadening by CO2, H2O, N2, O2 in the 300–2400 K temperature range // Appl. Opt. 1988. V. 27(18). Р. 3902–3907.
8. Huang X., Gamache R.R., Freedman R.S., Schwenke D.W., Lee T.J. Reliable infrared line lists for 13CO2 isotopologues up to E¢ = 18,000 cm-1 and 1500 K, with line shape parameters // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2014. V. 147. P. 134–144.
9. Lamouroux J., Gamache R.R., Laraia A.L., Hartmann J.-M., Boulet C. Semiclassical calculations of half-widths and line shifts for transitions in the 30012 ← 00001 and 30013 ← 00001 bands of CO2. III: Self collisions // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2012. V. 113. P. 1536–1546.
10. Андреев С.Н., Очкин В.Н., Савинов С.Ю. Влияние температуры на ударное уширение ИК-спектральных линий молекулы СО2 // Квант. электрон. 2002. Т. 32, № 7. С. 647–653.
11. Young C., Chapman R.E. Line-width and band strengths for the 9.4- and 10.4-mm CO2 bands // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 1974. V. 14. P. 679–690.
12. Tashkun S.A., Perevalov V.I. CDSD-4000: High-resolution, high-temperature carbon dioxide spectroscopic databank // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2011. V. 112. P. 1403–1410.
13. Gamache R.R., Lamouroux J., Laraia A.K., Hartmann J.-M., Boulet C. Semiclassical calculations of half-widths and line shifts for transitions in the 30012 ← 00001 and 30013 ← 00001 bands of CO2, I: Collisions with N2 // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2012. V. 113. P. 976–990.
14. Gamache R.R., Lamouroux J., Laraia A.K., Hartmann J.-M., Boulet C. Semiclassical calculations of half-widths and line shifts for transitions in the 30012 ← 00001 and 30013 ← 00001 bands of CO2, II: Collisions with O2 and air // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2012. V. 113. P. 991–1030.
15. Rosenmann L., Hartmann J.M., Perrin M.Y., Taine J. Collisional broadening of CO2 IR lines. II. Calculations // J. Chem. Phys. 1988. V. 88(5). Р. 2999–3006.
16. Буланин М.О., Булычев В.П., Ходос Э.Б. Определение параметров колебательно-вращательных линий в полосах 9,4 и 10,4 мкм СО2 при разных температурах // Опт. и спектр. 1980. Т. 48, вып. 4. С. 732–737.
17. Meyer T.W., Rhodes C.K., Haus H.A. High-resolution line broadening and collisional studies in CO2 using nonlinear spectroscopic techniques // Phys. Rev. A. 1975. V. 12, N 5. P. 1993–2008.
18. Robinson A.M., Weiss J.S. Absorption at 10 mm in CO2–He and CO2–N2 mixtures at elevated temperatures // Can. J. Phys. 1982. V. 60. P. 1656–1659.
19. Аршинов К.И., Крапивная О.Н., Невдах В.В. Коэффициенты столкновительного самоуширения и вероятности спонтанного излучения линий перехода 1000–0001 молекулы СО2 // Оптика атмосф. и океана. 2017. Т. 30, № 3. С. 193–197; Arshinov K.I., Krapivnaya O.N., Nevdakh V.V. Collisional self-broadening coefficients and probabilities of spontaneous emission of the CO2 1000–0001 transition lines // Atmos. Ocean. Opt. 2017. V. 30, N 4. P. 311–315.
20. Šimečkova M., Jacquemart D., Rothman L.S., Gamache R.R., Goldman A. Einstein A-coefficients and statistical weights for molecular absorption transitions in the HITRAN database // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2006. V. 98. P. 130–155.
21. Быков А.Д., Синица Л.Н., Стариков В.И. Введение в колебательно-вращательную спектроскопию многоатомных молекул. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2004. 274 с.
22. Петрова Т.М., Солодов А.М., Щербаков А.П., Дейчули В.М., Солодов А.А., Пономарев Ю.Н., Чеснокова Т.Ю. Параметры уширения линий поглощения молекулы воды давлением аргона, полученные с помощью различных моделей формы контура // Оптика атмосф. и океана. 2016. Т. 29, № 10. С. 821–827; Petrova T.M., Solodov A.M., Shcherbakov A.P., Deichuli V.M., Solodov A.A., Ponomarev Yu.N., Chesnokova T.Yu. Parameters of broadening of water molecule absorption lines by argon derived using different line profile models // Atmos. Ocean. Opt. 2017. V. 30, N 2. P. 123–128.
23. Козодоев А.В., Привезенцев А.И., Фазлиев А.З., Филиппов Н.Н. Систематизация источников спектральных данных, содержащих параметры спектральных линий молекулы диоксида углерода и ее изотопологов в ИС W@DIS // Оптика атмосф. и океана. 2017. Т. 30, № 4. С. 329–341; Kozodoev A.V., Privezentsev A.I., Fazliev A.Z., Filippov N.N. Systematization of sources of data on spectral line parameters for the CO2 molecule and its isotopologues in the W@DIS Information System // Atmos. Ocean. Opt. 2018. V. 31, N 2. P. 201–215.
24. Hartmann J.-M., Tran H., Armante R., Boulet C., Campargue A., Forget F., Gianfrani L., Gordon I., Guerlet S., Gustafsson M., Hodges J.T., Kassi S., Lisak D., Thibault F., Toon G.C. Recent advances in collisional effects on spectra of molecular gases and their practical consequences // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2018. V. 213. P. 178–227.
25. Мудров В.И., Кушко В.Л. Методы обработки измерений. М.: Радио и связь, 1983. 304 с.
26. Лешенюк Н.С., Пашкевич В.В. Точностные характеристики диагностики активных сред СО2-лазеров по измерениям коэффициентов усиления // Журн. прикл. спектроскопии. 1987. Т. 46, вып. 4. С. 567–573.
27. Аршинов К.И., Крапивная О.Н., Невдах В.В., Шут В.Н. Ударное уширение линий перехода 1000–0001 молекулы СО2 молекулами N2 и O2 в диапазоне температур 300–700 К // Журн. прикл. спектроскопии. 2017. Т. 84, № 5. С. 679–683.
28. Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений. Л.: Энергоатомиздат, 1985. 248 с.
29. Чен Ш., Такео М. Уширение и сдвиг спектральных линий, создаваемые посторонними газами // Успехи физ. наук. 1958. Т. 66, вып. 3. С. 391–474.
30. Невдах В.В., Орлов Л.Н., Лешенюк Н.С. Зависимость от температуры констант скоростей колебательной релаксации уровня 0001 молекулы СО2 в бинарных смесях // Журн. прикл. спектроскопии. 2003. Т. 70, № 2. С. 246–253.
31. Аршинов К.И., Крапивная О.Н., Невдах В.В., Сырцов С.Р., Шут В.Н. Ударное уширение линий перехода 1000–0001 молекул СО2 атомами инертных газов диапазоне температур 300–700 К // Оптика и спектроскопия. 2018. Т. 125, вып. 1. С. 5–9.
32. Claveau C., Henry A., Hurtmans D., Valentin A. Narrowing and broadening parameters of H2O lines perturbed by He, Ne, Ar, Kr and nitrogen in the spectral range 1850–2140 cm-1 // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2001. V. 68. P. 273–298.
33. Таунс Ч., Шавлов А. Радиоспектроскопия. М.: Изд-во иностранной литературы, 1959. 756 с.
34. Shinji Nakamichi, Yoshimitsu Kawaguchi, Hisato Fukuda, Shinichi Enami, Satoshi Hashimoto, Masahiro Kawasaki, Toyofumi Umekawa, Isamu Morino, Hiroshi Suto, Gen Inoue. Buffer-gas pressure broadening for the (3001)III–(0000) band of CO2 measured with continuous-wave cavity ring-down spectroscopy // Phys. Chem. Chem. Phys. 2006. V. 8. P. 364–368.