একটি আদর্শ গ্যাসের চাপে 172 এনএম এক্সাইমার আলো
2.2.2 আদর্শ গ্যাসের চাপ
একটি আদর্শ গ্যাসের চাপের মৌলিক সূত্রে বলা হয়েছে যে, প্রমিত অবস্থার অধীনে, গ্যাসের চাপ প্রতি ইউনিট আয়তনে গ্যাসের অণুর সংখ্যার সমানুপাতিক (যেমন, আণবিক ঘনত্ব n), সমীকরণ (2-8) দ্বারা প্রকাশ করা হয়:
p = n k T (2-8) n = p / (k T) (2-9)
সমীকরণ (2-9) এছাড়াও নির্দেশ করে যে একই চাপ এবং তাপমাত্রায়, প্রতি ইউনিট আয়তনে অণুর সংখ্যা সমস্ত গ্যাসের জন্য অভিন্ন।
পাত্রের দেয়ালে গ্যাসের অণু দ্বারা প্রবাহিত চাপ আণবিক গতিশক্তি থেকে উদ্ভূত হয়। ভ্যাকুয়াম পদার্থবিজ্ঞান গবেষণা এবং 172 এনএম এক্সাইমার আলো জড়িত অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে, গ্যাসের অণুগুলি ক্রমাগত প্রাচীরের সাথে সংঘর্ষ হয়। ম্যাক্রোস্কোপিকভাবে, দেওয়ালে গ্যাসের দ্বারা প্রবাহিত চাপ হল একটি ধ্রুবক চাপ যা বিপুল সংখ্যক অণুর স্থায়ী, অনিয়মিত সংঘর্ষের ফলে ঘটে। এই চাপ প্রাচীরের সাথে সংঘর্ষকারী অণুর সংখ্যা এবং তাদের গতিশক্তি উভয়ের সমানুপাতিক। ভারসাম্যের ক্ষেত্রে, অণুগুলির সমস্ত দিকে চলার সমান সম্ভাবনা রয়েছে এবং তিনটি মাত্রায় গড় বেগের উপাদানগুলি সমান। অতএব, একটি আদর্শ গ্যাসের চাপ p অণুর সংখ্যা ঘনত্ব n এবং আণবিক গতিশক্তি E দ্বারা নির্ধারিত হয়; গ্যাসের চাপ গ্যাসের অণুর তাপীয় গতির একটি প্রকাশ।
প্রতি অণুতে গড় গতিশক্তি E আণবিক ভর m এবং বেগের বর্গ v² এর সমানুপাতিক:
E = ½ m v² (2-10)
গতিশক্তি প্রতি অণু [1-5] দ্বারা প্রদত্ত তাপ শক্তি ε দ্বারা সরবরাহ করা হয়:
ε = (3/2) k T (2-11)
এইভাবে:
½ m v² = (3/2) k T (2-12)
গ্যাসের মিশ্রণের জন্য, মোট চাপ আংশিক চাপের সমষ্টির সমান হয়-একটি নীতি যা 172 এনএম এক্সাইমার আলো জড়িত প্লাজমা আবরণ প্রক্রিয়াতেও প্রযোজ্য। বিক্রিয়া না করা মিশ্র গ্যাসের জন্য, মোট চাপ হল পৃথক আংশিক চাপের সমষ্টি। যদি আংশিক চাপ হয় p₁, p₂, p₃, …, pₙ, তাহলে মোট চাপ হল:
p = p₁ + p₂ + … + pₙ (2-13)
2.2.3 গ্যাসের অণুর মুক্ত পথ
অণুগুলির মধ্যে বা ভ্যাকুয়ামে চার্জযুক্ত কণা এবং গ্যাসের অণুর মধ্যে সংঘর্ষগুলি অধ্যয়ন করতে, গ্যাস অণুর গড় মুক্ত পথের ধারণাটি চালু করা হয়েছে [1-5]। ভ্যাকুয়ামে 172 এনএম এক্সাইমার আলোর সংক্রমণ বৈশিষ্ট্য বোঝার জন্য এই ধারণাটি অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।
গ্যাসের অণুর সংঘর্ষের সম্ভাবনা: এলোমেলো গতির মধ্যে থাকা অণুগুলি একে অপরের সাথে সংঘর্ষের ফলে জিগজ্যাগ পথ তৈরি করে। একটি একক অণুর জন্য প্রতি একক সময় সংঘর্ষের সংখ্যা অনিয়মিত, কিন্তু পরিসংখ্যানগত গড় সংঘর্ষের ফ্রিকোয়েন্সি (Z̄ চিহ্নিত) বিপুল সংখ্যক অণুর জন্য গ্যাস চাপ p এর সমানুপাতিক।
মানে মুক্ত পথ: পরপর দুটি সংঘর্ষের মধ্যে একটি অণু দ্বারা যে দূরত্ব λ ভ্রমণ করা হয় তাকে মুক্ত পথ বলে। বিপুল সংখ্যক অণুর উপর মুক্ত পথের গড় হল গড় মুক্ত পথ, যা λ̄ নির্দেশিত।
যদি v- হল গড় আণবিক গতি, তাহলে t সময়ে ভ্রমণ করা গড় দূরত্ব হল v̄t, এবং সেই সময়ে সংঘর্ষের গড় সংখ্যা Z̄t। সুতরাং, গড় মুক্ত পথ হল:
λ̄ = v̄t / (Z̄t) = v̄ / Z̄ (2-14)
এটি দেখায় যে গড় মুক্ত পথটি সংঘর্ষের কম্পাঙ্কের বিপরীতভাবে সমানুপাতিক। উচ্চ চাপ p বা উচ্চতর আণবিক ঘনত্ব আরও সংঘর্ষ এবং একটি ছোট মুক্ত পথের দিকে পরিচালিত করে। সুতরাং, গড় মুক্ত পথ λ̄ চাপ p এবং আণবিক ঘনত্ব n [৪] উভয়ের বিপরীতভাবে সমানুপাতিক:
λ̄ ∝ 1/p (2-15) λ̄ ∝ 1/n (2-16)
সারণি 2-2 বিভিন্ন চাপের জন্য আণবিক ঘনত্ব এবং মানে 20 ডিগ্রিতে মুক্ত পথের তালিকা করে। সারণি 2-2 [1] এ দেখানো হয়েছে, উচ্চ শূন্যতা (নিম্ন চাপ) দীর্ঘতর মানে মুক্ত পথ এবং নিম্ন আন্তঃআণবিক সংঘর্ষের সম্ভাবনা, যা উচ্চ-শূন্য পরিবেশে 172 এনএম এক্সাইমার আলোর কার্যকরী পরিচালনার জন্য অনুকূল পরিস্থিতি প্রদান করে।
টেবিল 2-2বিভিন্ন চাপের জন্য 20 ডিগ্রিতে আণবিক ঘনত্ব এবং গড় মুক্ত পথ
| চাপ p (Pa) | 1×10⁵ | 1×10² | 1×10⁻¹ | 1×10⁻⁴ | 1×10⁻⁶ | 1×10⁻¹⁰ |
|---|---|---|---|---|---|---|
| আণবিক ঘনত্ব n (অণু/সেমি³) | 2.5×10¹⁹ | 2.5×10¹⁶ | 2.5×10¹² | 2.5×10⁹ | 2.5×10⁷ | 2.5×10⁴ |
| গড় মুক্ত পথ λ̄ (সেমি) | 1×10⁻⁵ | 1×10⁻² | 1×10¹ | 1×10⁴ | 1×10⁶ | 1×10¹⁰ |
2.2.4 সংঘর্ষ ক্রস-বিভাগ
পাত্রে বা পাইপলাইনের ভিতরে গ্যাসের অণুগুলো একে অপরের সাথে সংঘর্ষে লিপ্ত হয়। বিশ্লেষণ সহজ করার জন্য, নিম্নলিখিত অনুমান করা হয় (এগুলি 172 এনএম এক্সাইমার আলোর অধীনে আণবিক সংঘর্ষ বিশ্লেষণের ক্ষেত্রেও প্রযোজ্য):
অণু হল মসৃণ অনমনীয় গোলক যেগুলো পুরোপুরি স্থিতিস্থাপক সংঘর্ষের মধ্য দিয়ে যাচ্ছে, সম্ভাব্য শক্তিকে উপেক্ষা করে।
ধারাবাহিক সংঘর্ষের মধ্যে, অণুগুলি স্থির গতিতে সরল রেখায় চলে।
আণবিক ব্যাস মুক্ত পথের তুলনায় অনেক ছোট এবং উপেক্ষিত হতে পারে।
সংঘর্ষ তাৎক্ষণিক হয়।
সংঘর্ষ ঘনত্ব বন্টন প্রভাবিত করে না; গ্যাস একটি স্থির অবস্থায় আছে.
সংঘর্ষের প্রকৃতি: একটি সংঘর্ষ ঘটে যখন দুটি অণুর কেন্দ্র কার্যকর আণবিক ব্যাস d (=2r) এর মধ্যে আসে, যার ফলে বিকর্ষণকারী শক্তির কারণে দিকের তীব্র পরিবর্তন ঘটে।
অনুমান করা হয় যে অণুগুলি হল d ব্যাসের স্থিতিস্থাপক গোলক, ব্যাসার্ধ d সহ একটি সিলিন্ডার এবং অক্ষ হিসাবে অণুর গতিপথ নির্মিত হয়েছে। এই সিলিন্ডারের ভিতরে থাকা যেকোনো স্থির অণু A এর সাথে সংঘর্ষ করবে। এই সিলিন্ডারের ক্রস-বিভাগীয় এলাকা S=πd² কে সংঘর্ষ ক্রস-বিভাগ [3–8] হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা হয়েছে।
T সময়ে, অণু A একটি নলাকার আয়তন S v̄t দূরত্ব অতিক্রম করে। আণবিক ঘনত্ব n এর সাথে সংঘর্ষের সংখ্যা n S v̄t। সুতরাং, গড় সংঘর্ষের ফ্রিকোয়েন্সি Z̄ হল:
Z̄ = n S v̄ = n π d² v̄ (2-17)
তাই, সংঘর্ষের ফ্রিকোয়েন্সি আণবিক ঘনত্ব n, সংঘর্ষ ক্রস-বিভাগ S, এবং গড় গতি v̄ এর সমানুপাতিক। প্রতি ইউনিট এলাকা z প্রতি ইউনিট সময় সংঘর্ষের হার হল:
z = n v̄ (2-18)
দ্রষ্টব্য: উপরের অণু-অণু সংঘর্ষের ক্ষেত্রে প্রযোজ্য; অণু-প্রাচীর সংঘর্ষকে ভিন্নভাবে বিবেচনা করা হয়। উদাহরণস্বরূপ, 30-100 সেমি আকারের পাত্রে, p=1×10⁻³ Pa, λ̄ ≈ 1000 সেমি, সাধারণ ফ্লাইটের দূরত্বের চেয়ে অনেক বেশি, 172 এনএম এক্সাইমার আলো এবং অণুর মধ্যে মিথস্ক্রিয়া হওয়ার সম্ভাবনা বেশি।
2.2.5 আণবিক বেগ
একটি ভ্যাকুয়াম চেম্বারে, গ্যাসের অণুগুলি এলোমেলো তাপীয় গতির মধ্য দিয়ে যায়। স্বতন্ত্র আণবিক গতি এবং দিকনির্দেশগুলি অনিয়মিত, তবে বেগ বন্টন সর্বাধিক সম্ভাব্য গতি সহ ম্যাক্সওয়েলের বেগ বন্টন আইন অনুসরণ করে। চিত্র 2-1 বিভিন্ন তাপমাত্রায় ম্যাক্সওয়েলিয়ান বেগ বন্টন বক্ররেখা দেখায় [1], যা 172 এনএম এক্সাইমার আলো এবং গ্যাসের অণুর মধ্যে মিথস্ক্রিয়া দক্ষতা বোঝার জন্য মূল্যবান।
আণবিক বেগ তাপমাত্রা এবং আণবিক ভরের উপর নির্ভর করে; একই তাপমাত্রায়, বিভিন্ন গ্যাসের বিভিন্ন গড় গতি থাকে। সারণি 2-3 15 ডিগ্রীতে নির্বাচিত গ্যাসের গড় গতির তালিকা দেয় [2]।
টেবিল 2-315 ডিগ্রীতে কিছু গ্যাসের গড় আণবিক গতি
| গ্যাস | H₂ | সে | H₂O | N₂ | O₂ | আর | CO | CO₂ | Hg |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| v̄ (সেমি/সে) | 16.93 | 12.08 | 5.65 | 4.54 | 4.25 | 3.80 | 4.54 | 3.62 | 1.70 |
2.3 গ্যাসের অণু এবং কঠিন পৃষ্ঠের মধ্যে মিথস্ক্রিয়া
গ্যাসের অণুগুলি প্রবর্তিত কার্যকারী গ্যাসকে বোঝায়; কঠিন পৃষ্ঠের মধ্যে রয়েছে চেম্বারের দেয়াল এবং ওয়ার্কপিস (সেমিকন্ডাক্টর ফিল্ডে সাবস্ট্রেট/ওয়েফার)। 172 এনএম এক্সাইমার আলো-সহায়ক আয়ন প্রলেপ প্রক্রিয়ায়, গ্যাসের অণু এবং কঠিন পৃষ্ঠের মধ্যে মিথস্ক্রিয়া সরাসরি ফিল্মের গুণমানকে প্রভাবিত করে।
মিথস্ক্রিয়া প্রক্রিয়া:
কঠিন পৃষ্ঠের সাথে গ্যাসের অণুর সংঘর্ষ।
গ্যাসের অণু এবং পৃষ্ঠের মধ্যে শারীরিক বা রাসায়নিক মিথস্ক্রিয়া।
পৃষ্ঠ থেকে গ্যাসের অণু এবং বাষ্পীভূত পরমাণুর প্রতিফলন বা শোষণ।
ধাতুর বাষ্পীভবন এবং পরমানন্দ।
2.3.1 সংঘর্ষ
ভারসাম্যের মধ্যে, কঠিন পৃষ্ঠগুলি ক্রমাগত গ্যাসের অণু দ্বারা বোমাবর্ষিত হয়। প্রতি ইউনিট এলাকায় সংঘর্ষে অণুর সংখ্যার বিশ্লেষণ নিম্নরূপ:
একক সময়ের মধ্যে একটি ছোট এলাকা dS কে আঘাত করে N অণুর সংখ্যা হল:
N=(n v̄ / 4) dS (2-19)
প্রতি ইউনিট এলাকায় আণবিক প্রবাহ (বাষ্প পরমাণু প্রবাহ) হল:
N′ = n v̄ / 4 (2-20)
দ্রষ্টব্য: সমীকরণে ফ্যাক্টর 1/4 (2-20) আণবিক দিকনির্দেশ এবং বেগ বিতরণের গড় থেকে উদ্ভূত হয়, সংঘর্ষের ফ্রিকোয়েন্সি ধারণার সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ।
ভ্যাকুয়াম আয়ন কলাইতে, ওয়ার্কপিসের সাথে ধাতব বাষ্প পরমাণুর সংঘর্ষের মাধ্যমে ফিল্ম জমা হয়; জমার হার বাষ্প পরমাণুর প্রবাহের সমানুপাতিক। উদাহরণস্বরূপ, p=1.3×10⁻⁴ Pa (উচ্চ ভ্যাকুয়াম) এবং T=27 ডিগ্রি , N′ ≈ 3.7×10¹⁴ পরমাণু/cm²·s, যার অর্থ প্রায় 3.7×10¹⁴ পরমাণু প্রতি সেকেন্ডে ওয়ার্কপিসের প্রতিটি সেমি² পর্যন্ত পৌঁছে 172 এনএম এক্সাইমার আলোর প্রবর্তন এই জমা প্রক্রিয়াটিকে আরও নিয়ন্ত্রণ করতে পারে।
