Effective rotational temperatures of N₂⁺ (3914 Å) excited by monoenergetic electrons in a crossed beam

Optical Physics Laboratory, Air Force Cambridge Research Laboratories, O.A.R. Bedford, Massachusetts, U.S.A..

Abstract

The effective rotational temperature of N₂⁺ has been determined as a function of electron energy for energies from 19 ev to 300 ev. Temperatures were obtained by analysis of relative line intensities in the R branch of the resolved 3 914 Å band spectrum. Pure N₂ gas in a collimated beam was crossed with a nearly monoenergetic electron beam and the 3 914 Å excitation recorded photoelectrically; excitation was by single electron impact. Our measurements show reasonable agreement between observed rotational temperature and the gas temperature for energies from 100 ev to 300 ev. The rotational temperature was observed to depend upon electron energy for energies below 100 ev; the dependency is non-monotonic with an apparent maximum near 50 ev, followed by a minimum near 25 ev. The temperature reaches a maximum of about 350 °K at 19 ev (threshold energy 18,7 ev) for a gas temperature of 296 °K. Observed rotational energies of N₂⁺ followed a BOLTZMANN distribution except for an apparent slight enhancement in population for those energy levels corresponding to the lowest several rotational quantum numbers.

Résumé

La température rotationnelle effective de N₂⁺ a été déterminée comme fonction d’énergie d’électron pour des énergies de 19 ev à 300 ev. Les températures ont été obtenues par l’analyse des intensités relatives des raies dans la branche R du spectre de bande résolue situé à 3 914 Å. Un faisceau parallèle de N₂ pur a été croisé avec un faisceau d’électrons quasi-monoénergétiques et l’excitation de la raie 3 914 Å détectée par un appareil photoélectrique; l’excitation étant accomplie par choc unique d’électrons. Nos résultats indiquent accord entre les températures rotationnelles et les températures du gaz, pour des énergies de 100 ev à 300 ev. La température rotationnelle semble dépendre de l’énergie des électrons pour des énergies au-dessous de 100 ev; la dépendance n’est pas monotonique. Apparemment, le maximum correspond à 50 ev, avec un minimum d’environ 25 ev. La température maximum de 350 °K correspond à 19 ev (énergie du seuil 18,7 ev) pour une température de gaz de 296 °K. Les énergies rotationnelles observées indiquent une distribution de BOLTZMANN, excepté pour une légère augmentation de population pour les niveaux énergétiques, ces derniers correspondant à plusieurs des plus faibles nombres quantiques rotationnels.