J. Physique Lett. 44, 251-256 (1983)
DOI: 10.1051/jphyslet:01983004407025100

Time scale considerations on the relaxation of electronic and vibrational energy distributions in a nitrogen afterglow

M. Capitelli¹, C. Gorse¹ et A. Ricard<sup>2

1</sup>  Centro di Studio per la Chimica dei Plasmi del C.N.R., Dipartimento di Chimica, Via Amendola 173, 70100 Bari, Italy
²  Laboratoire de Physique des Gaz et des Plasmas, Université Paris-Sud, 91405 Orsay, France

Abstract
The relaxation of the electron energy distribution function (edf) in vibrationally excited N2 post discharges has been analysed by discussing the characteristic times necessary for « edf » to achieve and maintain a quasistationary state and by comparing these times with other important times corresponding to electron losses by dissociative recombination and diffusion to the tube wall. The calculated results show that the vibrational collisions can create a quasistationary « edf » in times of 10-7-10-6 s ( p = 5 torr, T = 500 K). This quasistationary state is characterized by a strong correlation between vibrational distribution and mean electron energy. It can last up to several 10-3 s till the electron density becomes too small as a result of recombination and diffusion. Comments of some earlier experimental results are finally given.

Résumé
La relaxation de la fonction de distribution en énergie des électrons (edf) dans une « postdécharge » d'azote vibrationnellement excité a été analysée à partir des temps caractéristiques nécessaires pour réaliser et maintenir un état quasi-stationnaire de « edf ». Ces temps caractéristiques sont ensuite comparés aux temps de pertes des électrons par recombinaison dissociative et par diffusion sur les parois du tube, qui sont les plus signibcatifs. Les résultats du calcul montrent que les collisions électroniques sur l'azote vibrationnellement excité peuvent créer un état quasi-stationnaire de « edf » dans des temps de 10-7 à 10-6 s(p = 5 torr, T = 500 K). Cet état quasi-stationnaire est caractérisé par une forte corrélation entre distribution vibrationnelle et énergie moyenne des électrons, et peut durer plusieurs 10-3 s jusqu'au temps où la densité électronique est devenue trop faible par recombinaison et diffusion. Finalement, on commente certains résultats expérimentaux publiés précédemment.

PACS
3450E - Rotational and vibrational energy transfer atoms and molecules.
5280H - Glow and corona discharges.

Key words
afterglows -- molecular rotational vibrational energy transfer -- nitrogen -- N afterglow -- electronic energy distributions -- vibrational energy distributions -- relaxation -- N sub 2 -- post discharges -- characteristic times -- quasistationary state -- electron losses -- dissociative recombination -- diffusion -- vibrational collisions -- electron density