авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 |
-- [ Страница 1 ] --

Основные результаты исследований в области низкотемпературной плазмы 13

Основные результаты исследований в

области низкотемпературной

плазмы

и ее применений в 2003 году

Государственное научное учреждение НИИ ВЫСОКИХ НАПРЯ-

ЖЕНИЙ при Томском политехническом университете

(ГНУ НИИ ВН при ТПУ)

634050, Томск, пр. Ленина, 2А

Лаборатория №1

Ремнев Геннадий Ефимович, зав.лабораторией, д.т.н.

Телефон и факс (3822) 419158 E-mail: remnev@hvd.tpu.ru 1. Синтез нанодисперсных оксидов кремния, композиционных оксидов Si-Ti-Ox, Si-C-Ox в неравновесном плазмохимическом процессе, инициируемом импуль сным электронным пучком.

Выполнены исследования плазмохимического синтеза, инициируемого им пульсным сильноточным электронным пучком, наноразмерного (10 – 30нм) порошка диоксида кремния из газофазной смеси тетрахлорида кремния, водорода и кислорода.

Реализован цепной плазмохимический процесс синтеза при объёмном возбуждении ре акции. Обнаружено укрупнение частиц при последующем воздействии импульсного электронного пучка. При получении порошка диоксида кремния на лабораторном стен де достигнуты следующие параметры (при расчете на конечный продукт): производи тельность (1-1.1) кг/час, энергозатраты по пучку (0,1 – 0,15) кВт·час/кг.

Выполнены исследования композиционных материалов Si-Ti-Ox, Si-C-Ox, полу ченных методом плазмохимического синтеза из газофазной смеси SiCl4+TiCl4 + O2 + H или SiCl4+CCl4 + O2 + H2,. Процесс синтеза инициировался импульсным электронным пучком и носил цепной характер. Обнаружено снижение геометрического размера ком позиционного порошка по сравнению с чистым наноразмерным диоксидом кремния.

Получено, что наноразмерный диоксид кремния и Si-C-Ox рентгеноаморфны, а компо зиционные наноразмерные порошки Si-Ti-Ox имеют кристаллическую структуру.

2. Исследование инициирования воспламенения стехиометрической кислород водородной смеси импульсным электронным пучком.

Выполнены экспериментальные исследования инициирования воспламенения смеси водорода и кислорода импульсным электронным пучком. Получено, что им Научный Совет РАН по проблеме «Физика низкотемпературной плазмы»

пульсное возбуждение газовой смеси электронным пучком (поглощенная доза менее 110 кГр) позволяет сместить первый предел воспламенения в область температур ниже 30 0С при давлении смеси 100 – 120 Торр. Температурное смещение первого предела воспламенения при импульсном радиолизе значительно превосходит величину, полу ченную другими авторами численным моделированием импульсного радиолиза сте хиометрической смеси кислорода с водородом.

Получено, что процесс имеет колебательный характер, аналогичный режиму хо лодных пламен при окислении углеводородов. Выполнен анализ возможных механиз мов автоколебаний процесса окисления водорода. Показано, что колебания давления в реакторе не могут быть связаны с формированием стоячих акустических волн. Наибо лее вероятная причина - неизотермический характер протекающего цепного процесса и нарушение условий развития цепи с ростом температуры.

3. Исследование парциального окисления метана и азота при воздействии им пульсного электронного пучка.

При воздействии импульсного электронного пучка на смесь метана, кислорода и водорода реализован неравновесный режим парциального окисления метана. Нерав новесный характер процесса парциального окисления метана в наших эксперимен тальных условиях позволил значительно снизить температуру и исходное давление в реакторе. Процесс неполного окисления метана (до CO) эффективно протекает при высокой концентрации кислорода (выше 30%) в исходной смеси. Диссоциация метана под действием импульсного электронного пучка происходила полностью и за один импульс воздействия пучка. В продуктах реакции метан регистрировался масс спектрометром в следовых количествах. Энергозатраты электронного пучка на кон версию метана не превышали 4.6 кДж/моль.

Выполнены экспериментальные исследования, которые показали, что при воз действии импульсного электронного пучка на кислород-азот-водородную смесь газов происходит плазмохимическая реакция с образованием оксидов азота. Энергозатраты на окисление азота составляют 0.11 эВ/мол, что значительно ниже значений, достиг нутых другими методами синтеза оксидов азота. Под действием импульсного элек тронного пучка реализуется режим парциального окисления азота (так же, как и при окислении метана). Конечные продукты реакции - окиды азота NO и N2O.

4. Синтез ультрадисперсных многокомпонентных порошков из абляционной плазмы, создаваемой импульсным электронным ускорителем Выполнены исследования нанодисперсных порошков, полученных при распы лении мишени из сплава Вуда импульсным электронным пучком. Выполнен рентге нофлуоренсцентный и рентгенофазовый анализ химического состава мишени и синте зированных частиц. Исследования показали, что импульсный электронный пучок по зволяет синтезировать нанодисперсные порошки сложного состава при распылении массивной мишени. При распылении состав образованных частиц незначительно от личался от состава исходной мишени, несмотря на значительное различие температу ры кипения компонент. По производительности и энергозатратам данный способ не уступает другим методам синтеза нанодисперсных порошков сложного состава. Про изводительность нашего лабораторного стенда составила 32 грамма порошка в час.

Энергозатраты на получение нанодисперсного порошка составили 1.5 (кВт·час)/кг при расчете на синтезируемый порошок и с учетом к.п.д. ускорителя (35 - 40%) не превы шали 4 (кВт·час)/кг.



НИИ Высоких напряжений при Томском политехническом университете 5. Восстановление серы из SF6 импульсным электронным пучком Выполнены экспериментальные исследования разложения гексафторида серы в смеси с азотом или водородом под действием импульсного электронного пучка. Про ведено математическое моделирование низкотемпературной плазмы (N2 и SF6), (H2 и SF6) газовых сред при инжекции импульсного электронного пучка. Выполненные ис следования разложения гексафторида серы в смеси с водородом под действием им пульсного электронного пучка показали, что в наших экспериментальных условиях радиолиз SF6 протекает по цепному механизму с восстановлением серы в виде плен ки. Энергозатраты электронного пучка на диссоциацию одной молекулы SF6 состави ли 10.7 эВ. При расчете энергозатрат электронного пучка на разложение гексафтори да серы мы не учитывали потерь энергии на возбуждение молекул аргона, на нагрев реагентного газа. Поэтому реальные значения энергозатрат электронного пучка на разложение SF6 меньше 10 эВ и энтальпии образования SF6.

Дагестанский государственный университет (ДГУ) 367001, г. Махачкала, ул. М. Гаджиева 43а Кафедра физической электроники Научно-исследовательская лаборатория физики плазмы Ашурбеков Назир Ашурбекович Омаров Омар Алиевич Тел./факс: (8722)68-23-26;

(8722)67-58- E-mail: nashurb@phys.dgu.ru;

dgu@dgu.ru Продолжен цикл исследований по спектроскопии плазмы высоковольтных на носекундных газовых разрядов, развивающихся в режиме генерации высокоэнергетич ных электронов. Для создания такой плазмы использованы поперечный наносекундный разряд с щелевым катодом и продольный наносекундный газовый разряд в экраниро ванных трубках.

Экспериментально исследованы закономерности пространственного распреде ления оптического излучения плазмы внутри полости катода при наносекундном элек трическом пробое инертных газов в диапазоне давлений газа 1-100 Торр. Катод имел цилиндрическую форму диаметром 0.8 см с прорезом вдоль него шириной 0.2 см и глу биной 0.6 см. Анод изготовлен из плоской пластины шириной 2 см и толщиной 0.5 см.

В частности, экспериментально показано, что при давлениях газа от 10 Торр и напряжении на электродах ниже 1 кВ разряд в аргоне идет вдоль стенок щели и в цен тре щели наблюдается темное пространство, которое иногда доходит до анода. С по вышением напряжения на электродах разряд постепенно заполняет всю щель и при U2.5 кВ горит однородный объемный разряд во всем объеме между катодом и анодом.

С повышением давления газа при постоянном напряжении на электродах U2.5 кВ раз ряд начинает прижиматься к стенкам щели. Начиная с давлений газа 25 Торр и выше, объемный разряд переходит в искровой. При давлении 40 Торр разряд приобретает специфическую форму. С обоих краев щелевого катода начинаются два искровых кана ла, а внутри щели катода наблюдается слабый светящийся канал с характерным суже нием на расстоянии 0.2 см от основания щели. При дальнейшем повышении давления газа на месте сужения разряда образуется темное пространство, а у основания щели формируется катодное пятно.

Научный Совет РАН по проблеме «Физика низкотемпературной плазмы»

Исследования пространственного распределения оптического излучения в попе речном сечении разряда в гелии показали, что при давлении газа 1 Торр и малых на пряжениях на электродах разряд горит в основном внутри прорези щелевого катода, а между анодом и катодом наблюдается слабое диффузное свечение. С ростом напряже ния на электродах разряд постепенно расширяется и начиная с 2 кВ заполняет весь объ ем. При дальнейшем повышении напряжения, начиная с 2.5 кВ, на стенках щели полого катода образуются яркие пятна, хаотически меняющие свое положение. При малых на пряжениях на электродах с повышением давления газа выше 30 Торр объемный разряд начинает прижиматься к стенкам щели и внутри щели вдоль ее центра образуется тем ное пространство. При давлениях газа 60 Торр и выше на дне щели появляется катод ное пятно, которое отделяется темным пространством от основного разряда.

Показано, что наблюдаемые в эксперименте особенности пространственно временного распределения интенсивности оптического изучения в полости катода и распределения основных параметров ионизованного газа связаны с распределением электрического потенциала внутри полости катода и характером движения электронов в ней. Численно проанализировано влияние накопления пространственного заряда на распределение электрического потенциала и траекторию движения электрона внутри полости катода.

Из-за сложной конфигурации расположения электродов и их формы в рассмат риваемой упрощенной математической модели предполагалось, что плоский анод рас положен в непосредственной близости к катоду, что допустимо при качественном ана лизе процессов внутри полости катода.

Характерные результаты расчета представлены на рис.1 в виде эквипотенциаль ных линий. Анализ этих результатов показывает, что при малых концентрациях элек тронов (менее 1011 см-3) проникновение потенциала составляет менее 1/3 от ее глубины.

Такой режим характерен для начальных стадий формирования разряда. Далее, по мере увеличения плотности электронов потенциал проникает вплоть до основания щели за счет накопления пространственного заряда в полости катода. При плотности электро нов выше 31013 см-3 практически весь потенциал локализован вблизи поверхности по лости катода, т.е. на границе полости катода формируется тонкий катодный слой. На блюдаемые в эксперименте яркие полосы свечения вблизи поверхности катода, по видимому, и связаны с возбуждением атомов быстрыми электродами, ускоренными в катодном слое. Электроны, эмитируемые с катода, при прохождении катодного слоя ускоряются и совершают коле бательные движения внутри по 0.18 лости катода по направлению к аноду. Установлено, что при оп 0. ределенных условиях возможна 0. фокусировка части электронов 0. вблизи основания щели. Воз Y,мм 0. можно, с этим явлением связано 0. наблюдаемое в эксперименте 0.06 сужение разряда в этой области 0. 5. щели.

0.02 3.5 В длинных экранирован 4. 2. ных цилиндрических трубках 0.00 1. экспериментально реализован 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0. X,мм режим формирования двух встречных высокоскоростных Рис. 2. Характерный вид эквипотенциальных линий в по лости катода (ne=31013 cм-3). волн ионизации (ВВИ) и иссле Дагестанский государственный университет дована динамика формирования опти ческого излучения в области их взаи модействия.

Установлено, что амплитудные профили спонтанного излучения су щественным образом зависят от по лярности электрического поля в волне ионизации.

Выполнены комплексные ис следования электрических и оптиче ских характеристик ВВИ в гелии, не оне и в пеннинговских смесях неона с водородом и кислородом в режиме распространения двух встречных волн ионизации. Следует отметить, что пенниговская смесь неона с водоро дом может быть использована и как активная среда плазменного лазера, поэтому наряду с исследованием спонтанного излучения изучалась и оптическая генерация на спектраль ном переходе неона с длиной волны 585.2 нм.

Для формирования двух Рис.1. Осциллограммы импульсов ВВИ вблизи зазем встречных волн ионизации был разра ленного электрода (U), импульса сплошного спектра ботан специальный генератор высоко излучения (I2) и импульсов лазерной генерации (I1) в вольтных импульсов напряжения, со смеси [Ne]:[H2]=2:1. Суммарное давление газа Торр. Диаметр разрядной трубки – 2 мм. бранный по трансформаторной схеме в коаксиальном исполнении. Он по зволял одновременно вырабатывать два импульса напряжения с регулируемой ампли тудой до 40 кВ и длительностью импульсов около 100 нс. Эти импульсы напряжения одновременно подавались на разные электроды относительно экрана, окружающего трубку. В другой серии экспериментов исследовалось взаимодействие прямой и отра женной от концов разрядной системы ВВИ.

Исследовался временной ход как интегрального по длине трубки интенсивности излучения разряда, так локальное распределение путем измерения интенсивностей из лучения поперек трубки на различных расстояниях от электродов.

Экспериментально показало, что спектральные линии НеI, NeI и HI наблюда лись на фоне интенсивного сплошного спектра, лежащего от ультрафиолетовой облас ти спектра до примерно 500 нм (рис.2). Длительность излучения в сплошном спектре составляла примерно 40 нс и достигала максимальной величины по амплитуде в облас ти фронта ВВИ. В смесях Ne-H2 и Ne-H2-O2 наблюдалась оптическая генерация на пе реходе NeI 2р1-1s2 (длина волны 585.2 нм) при суммарном давлении в смеси от 12 до 40 Торр. Детальное исследование зависимости мощности генерации от амплитуды им пульсов напряжения показало, что как в смеси Ne-H2, так и в смеси Ne-H2-О2 существо вало оптимальное значение амплитуды напряжения U0, при котором мощность генера ции максимальна. Временной ход импульсов оптической генерации также существенно зависел от условий в разряде. Так, при амплитуде импульсов напряжения выше 50 кВ при некоторых давлениях газа в смеси Ne-H2 наблюдались два импульса генерации, следующие друг за другом с интервалом примерно 100 нс. Первый из этих импульсов Научный Совет РАН по проблеме «Физика низкотемпературной плазмы»

имел длительность около 5 нс и наблюдался в области взаимодействия прямой и отра женной ВВИ, а второй импульс наблюдался за фронтом примерно через 130 нс. В нача ле второго импульса генерации наблюдался короткий всплеск, величина которого зави села от суммарного давления в смеси. С повышением суммарного давления газа, а так же при добавлении кислорода в смесь Ne-H2 величина этого всплеска уменьшалась.

Наиболее подробно исследовались четыре спектральных линий НеI с длинами волн =396.4 нм, 492.1 нм, 587.6 нм, 388.8 нм. Исследования показали, что излучение на всех указанных спектральных линиях частично поляризовано, причем степень поляри зации излучения на разных линиях различна как по величине, так и по знаку. Кроме то го, длительность локального излучения значительно меньше, чем интегрального по всей длине трубки.

Детальные исследования показали, что степень поляризации при фиксирован ных значениях давления газа и амплитуды напряжения в различных стадиях разряда различна.

Проведенные исследования показывают, что в области взаимодействия двух ВВИ кинетику релаксационных процессов и оптического излучения необходимо ана лизировать с учетом динамики самих уединенных волн ионизации и физических меха низмов взаимодействия плазменных электронов с фронтом ВВИ.

Аннотация Дагестанский государственный университет Исследованы механизмы формирования оптического излучения в высоковольт ных наносекундных разрядах с щелевым катодом и в экранированных длинных труб ках, развивающихся в режиме генерации высокоэнергетичных электронов. Экспери ментально исследована динамика оптического излучения плазмы в области взаимодей ствия двух высокоскоростных волн ионизации.

Институт высоких температур РАН (ИВТ РАН) 127412, Москва, ул. Ижорская, 13/ Отдел плазмы Асиновский Эрик Иванович, зав. отделом, профессор тел.(095) 483-22- Получение новых данных по свойствам криогенной плазмы.

Работа проводилась совместно с ИТЭС ОИВТ РАН.

Впервые проведен эксперимент с пылевой плазмой, охлажденной до температу ры 5-10К.

При 77К пылевая плазма имела плотную цилиндрическую структуру, имеющую поверхностное натяжение, сопоставимое с тем, что имеет вода.

При 4.2К, несмотря на качественное изменение ионизационных процессов и ис чезновение страт, удалось провести удержание пыли в плазме. Пылевая структура име ла вид вращающейся сферы правильной формы. Видимое отсутствие хаотического движения микрочастиц и их высокая плотность при криогенных температурах свиде тельствуют о больших величинах параметра неидеальности пылевой компоненты.

Таким образом, впервые наблюдались плазменно-пылевые объекты макроско пических размеров со свободной границей, что характерно для фазовых переходов с образованием конденсированной фазы.

Институт высоких температур РАН Разработан оригинальный метод измерения ионизационных коэффициентов для жидкостей и плотных газов. Получены первые данные о зависимости частоты иониза ции и скорости дрейфа электронов от поля в молекулярной жидкости в сильном элек трическом поле. Впервые измерен первый коэффициент Таунсенда в жидком N2 при высоком значении электрического поля (~3-4MВ/cм). Аналогичные данные известны только для одной жидкости – жидкого ксенона (1974г.).

Отдел взаимодействия лазерного излучения с веществом Пятницкий Лев Николаевич, зав. отделом тел. 485-99- Исследование взаимодействия лазерного излучения с веществом, разработка ко ротковолнового и рентгеновского лазеров и систем диагностики.

Сформирован плаз менный канал как рабочее тело лазера в ВУФ диапа зоне на непрозрачной твердой мишени при акси конной фокусировке гре ющего лазерного излуче ния. Получены теоретиче ские cоотношения, описы вающие геометрические параметры квазибесселе вых пучков у поверхности мишени. Дано теоретиче ское описание неоднород ностей плазменных кана лов, создаваемых бесселе вым пучком. На основе анализа экспериментальных данных описаны конфигурации пространственной струк туры лазерной искры. Выполнены двумерные численные расчеты пробоя гелия атмо сферного давления, указаны пути преодоления неоднородностей плазмы. Получена од нородная протяженная искра в гелии.

Отделение магнитной гидродинамики и низкотемпературной плазмы Битюрин Валентин Анатольевич, зав. отделением тел. 484-28- E-mail: valbit@dol.ru Исследования в области магнитоплазменной аэродинамики Для решения большого круга задач газовой динамики, магнитной гидродинами ки, магнито-плазменной аэро- динамики, горения и др. в ИВТ РАН разработан ком плекс программ “PLASMAERO”, начиная от модели течения невязкого совершенного газа и кончая моделями течения химически и термически неравновесного газа и плазмы с возбуждением внутренних степеней свободы частиц. В программе реализован набор моделей для описания магнитогидродина- мического взаимодействия частично ионизо ванного газа во внешних магнитном и электрическом полях.

Научный Совет РАН по проблеме «Физика низкотемпературной плазмы»

Выполнен комплекс экспериментальных работ по исследованию и разработке методов стимулированного горения топлива в сверхзвуковых воздушных потоках с це лью создания гиперзвуковых воздушно-реактивных двигателей. Впервые получено ус тойчивое стимулированное плазмой внешнее и внутреннее горение углеводородного топлива (пропан) в холодном сверхзвуковом потоке (скорость М=2, статическое давле ние 1 атм, температура Т0 = 3000К).





Отдел физики дисперсных систем Смирнов Борис Михайлович, зав. отделом тел.: 484-22- факс: 483-22- E-mail: smirnov@orc.ru Развитие концепции пустот как элементарных конфигурационных возбуждений Отдельная пустота рассмотрена как результат эволюции вакансии, но в отличии от вакансии, форма и объем пустоты флуктуируют. Для описания конфигурационного возбуждения используются средние параметры пустоты, которые могут быть найдены как на основе компьютерного моделирования кластеров, так и из экспериментальных данных.

На основании концепции пустот показано, что при низких температурах жидкое состояние перестает быть метастабильным, и на калорической кривой заканчивается точкой замерзания.

Ниже точки замерзания жидкое состояние становится стеклоподобным. Стекло подобное состояние – нестабильное состояние с большим временем жизни. Большое время жизни стеклоподобных состояний конденсированных инертных газов связано с активационным характером диффузии пустот. Выразив коэффициент диффузии пустот в жидком аргоне через коэффициент диффузии атомов, мы рассчитали время жизни стеклоподобного состояния макроскопического аргона, которое соответствует экспе риментальным данным. Для кластеров с замкнутыми оболочками большое время жизни стеклоподобных состояний связано с диффузией атомов на поверхности кластера.

Показано, что при условиях, когда энергия конфигурационного возбуждения кластера мала по сравнению с энергией колебаний его атомов, теплоемкость кластера положительна в области фазового перехода, вопреки принятому утверждению об отри цательном значении этого параметра.

Ивановский государственный химико-технологический университет Ивановский государственный химико-технологический универ ситет (ИГХТУ) 153000, Иваново, пр. Ф.Энгельса, 7.

Кафедра технологии приборов и материалов электронной техники Рыбкин Владимир Владимирович Тел.: (0932) 307346, доб. E-mail: rybkin@isuct.ru Основные задачи – исследования механизмов и процессов взаимодействия плазмы низкого и атмосферного давлений с органическими материалами с целью их модификации. Методы исследования газовой фазы: эмиссионная спектроскопия, масс спектрометрия, спектроскопия ЭПР, зондовые методы. Методы исследования материа лов: FTIR, спектроскопия поглощения в видимой и ближней УФ частях спектра, хими ческие методы анализа.

В настоящее время проводятся исследования по кинетике образования различ ных функциональных групп поверхности ряда полимеров при действии на них окисли тельной плазмы низкого давления смесей аргона с кислородом и азота с кислородом.

Для выяснения взаимосвязи между скоростями генерации различных агентов плазмы и скоростями гетерогенных процессов разработана модель разряда в плазме смеси Ar-O2, которая позволяет симулировать потоки отдельных агентов плазмы на обрабатываемую поверхность в широком диапазоне давлений и соотношений компонентов. Модель ос нована на совместном решении уравнения Больцмана для электронов, системы уравне ний химической кинетики и уравнений колебательной кинетики для основного состоя ния молекулы кислорода. Результаты расчетов по этой модели находятся в согласии с ранее полученными экспериментальными данными по концентрациям атомов кислоро да, интенсивностям излучения линий атомов кислорода и аргона, концентрациям синг летного кислорода, а также балансом тепловой энергии плазмы.

Получены экспериментальные данные о составе поверхности полиэтилена и полипропилена при действии на них плазмы Аr-O2 и N2-O2 различного состава при ста ционарном течении процесса. Найдено, что действие плазмы Ar и N2 приводит к обра зованию на поверхности преимущественно винильных, винилиденовых и трансвиниле новых двойных связей, а также азотсодержащих соединений в случае плазы N2. При наличии кислорода, эти типы связей остаются, но к ним добавляются и функциональ ные различные кислородсодержащие группы. Выяснены условия, позволяющие выби рать параметры разряда для преимущественного получения тех или иных групп, а так же получены предварительные данные о механизмах их образования и гибели.

Исследованы процессы модифицирования поверхности полиэтилена и полипропилена в водных растворах электролитов, которые являлись катодом тлеющего разряда атмосферного давления в воздухе. Методом FTIR было обнаружено, что каче ственный состав функциональных групп поверхности такой же, как при обработке в окислительной плазме пониженного давления. Отличия проявляются в том, что при обработке в пламенно-растворной системе не наблюдается накопления двойных связей.

Показана возможность иммобилизации биологически активных молекул (порфиринов) к поверхности полипропилена, активированной как в плазме пониженного давления, так и в системе плазма- раствор.

Исследованы спектры излучения разряда атмосферного давления с электролит ным катодом. Показано, что состав плазмы в сильной мере определяется процессами переноса растворителя и компонентов растворенных веществ в газовую фазу. Получе Научный Совет РАН по проблеме «Физика низкотемпературной плазмы»

ны зависимости температуры газа от тока разряда и концентраций растворенных ве ществ. Температура газа, отождествляемая с вращательной температурой электронного состояния C3u молекул N2, в среднем составляла от 1500 до 2000 К.

Важнейшие результаты. Разработана модель разряда в плазме низкого давления в смеси Ar-O2. Показана возможность модификации полимерных материалов в системе плазма атмосферного давления -электролит для иммобилизации ряда органических со единений.

Кафедра технологии приборов и материалов электронной техники Светцов Владимир Иванович Тел.: (0932) E-mail: svetsov@isuct.ru Были проведены исследования влияния состава смеси хлора с инертными и мо лекулярными газами на скорость плазмохимического травления металлов и полупро водников. Эксперименты проводились при постоянном общем давлении газа 133 Па.

Для сравнения были выбраны три объекта: медь, которая взаимодействует как с атома ми, так и с молекулами хлора с близкими вероятностями;

арсенид галлия, взаимодейст вующий только с атомами хлора;

кремний, травящийся в плазме хлора с заметными скоростями только при наличии дополнительной ионной бомбардировки.

Для всех этих объектов разбавление хлора аргоном, азотом и водородом приво дит к прохождению скорости травления через максимум при концентрации хлора в смеси 80 – 40%. Эффект проявляется только в условиях плазменного процесса. Это хо рошо видно на примере зависимости скорости термического и плазмохимического травления меди от состава смеси хлор-аргон (рис.1).

При термическом травлении скорость процесса монотонно убывает при умень шении концентрации хлора, а в плазменном процессе скорость травления максимальна при содержании аргона 70%.

Математическое моделирование плазмы исследованных смесей показало, что объемные процессы образования и гибели активных частиц не могут привести к на Т = 553 К Т = 573 К - Гтр, 10, см сек - 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1, [Ar], отн. ед.

Рис.1. Зависимость скорости травления меди в смеси Cl2/Ar от содержания аргона:

1 – плазменное травление (ток 20 mA), 2 – газовое травление Ивановский государственный химико-технологический университет блюдаемым эффектам и причину появления максимума на кривой скорость травления – состав смеси следует искать в гетерогенных стадиях процесса.

Для исследования коэффициентов скоростей гетерогенных процессов была ис пользована спектральная релаксационная методика, предусматривающая импульсное питание разряда с накоплением полезного сигнала на персональном компьютере. При этом скорость исследуемого плазмохимического процесса, в данном случае гибель атомов хлора на стенке реактора, может быть определена по данным о концентрации атомов хлора, которая будет в реакторе на момент времени, соответствующему перед нему фронту импульса тока (после паузы). Таким образом, подобрав оптимальное со отношение времен горения заряда в импульсе тока и времени самой паузы можно на переднем фронте импульса тока получать данные о концентрации частиц, соответст вующих различным временам. Или другими словами, можно восстанавливать кинети ческую кривую гибели радикалов (атомов) в плазме по их остаточным концентрациям после паузы на переднем фронте очередного импульса тока. Для реализации методики использовалось излучение атомов хлора с длиной волны 452,62 нм (переход 5p2p03/ 4s2p3/2, с пороговой энергией 11,95 эВ). Обработка экспериментальных кинетиче ских кривых позволила определить коэффициенты рекомбинации атомов хлора на стекле непосредственно в зоне плазмы для смесей хлора с аргоном, кислородом и азо том. Соответствующие зависимости приведены на рис.2-4.

Кгг, (с ) - Kгг (с ) - 10 6 4 0 20 40 60 80 0 20 40 60 80 Доля O2 (%) Доля Ar, (%) Рис.2. Зависимость коэффициента рекомбинации Рис.3. Зависимость коэффициента реком атомов хлора в плазме смеси Cl2/Ar от состава смеси. бинации атомов хлора в плазме смеси Cl2/О от состава смеси.

Кгг (с ) - Рис. 4. Зависимость коэффициента рекомби нации атомов хлора в плазме смеси Cl2/N2 от состава смеси.

0 20 40 60 80 Доля N2 (%) Показано, что для всех рассмотренных смесей коэффициент рекомбинации проходит через максимум.

Научный Совет РАН по проблеме «Физика низкотемпературной плазмы»

Институт динамики геосфер РАН (ИДГ РАН) Ленинский проспект, д. 38, корп. 1, 119334 Москва, Россия Попель Сергей Игоревич, д.ф.-м.н., проф.

Тел.: (095) 939-75- Факс: (095) 137-65- E-mail: s_i_popel@mtu-net.ru В Институте динамики геосфер РАН работы в области низкотемпературной плазмы проводятся по следующим направлениям:

1) Сильные возмущения в плазме, содержащей частицы мелкодисперсной фазы;

2) Пылевая плазма в событиях космической погоды;

3) Нелинейные процессы в низкотемпературной плазме.

По первому направлению проводятся теоретические и экспериментальные ис следования сильных возмущений в плазме, содержащей нано- и/или микрочастицы.

Существенное место занимают активные ракетные эксперименты, использующие взрывной генератор высокоскоростных плазменных струй для создания сильных воз мущений в ионосфере Земли. На основе обработки результатов российско американского космического эксперимента “North Star” [1] исследовано явление ано мально быстрой передачи энергии окружающей среде от высокоскоростного плазмен ного потока, содержащего наночастицы. Показано, что при распространении плазмен но-капельной алюминиевой струи в ионосфере со скоростями до 40 км/с поперек маг нитного поля происходит резкое торможение струи и распространение зоны интенсив ного свечения с аномально высокими скоростями вдоль магнитного поля. В самой струе при значительном ее расширении зарегистрированы заряженные наночастицы из атомов алюминия, которые и являются причиной сильной поляризации потока. В ре зультате струя становится мощным источником высокоэнергетичных электронов, кото рые и передают энергию в окружающую струю. Достоверность реализации этого явле ния подтверждена в лабораторных экспериментах с алюминиевой плазменной струей распространяющейся со скоростями до 40 км/с в разреженном воздухе.

Продолжены исследования по нелинейным структурам в пылевой плазме, содержащей заря женные микрочастицы [2–5]. В частности, проведен анализ [4] роли различных диссипативных процес сов при возбуждении и распространении пылевых ионно-звуковых нелинейных возмущений в пыле вой плазме. Показано, что наиболее важными дис сипативными процессами являются зарядка пыле вых частиц, поглощение ионов и их импульса пы левыми частицами, затухание Ландау. Сравнение роли диссипативных процессов произведено для различных лабораторных экспериментов. Теорети ческое моделирование пылевых ионно-звуковых ударных волн, исследование которых было прове дено в лабораторных экспериментах Университета штата Айова (США) и Института по космическим наукам (Канагава, Япония), показало, что гидроди Рис. Институт динамики геосфер РАН намическое описание ударных волн адекватно в случае экспериментов, выполненных на двойном плазменном приборе и Q-машине. Напротив, в пылевой плазме емкостного вч-разряда и тлеюще го разряда постоянного тока кинетические эффек ты играют существенную роль. Данный вывод иллюстрируется с помощью Рис. 1, где приведены профили равных значений величины kL,q/, ха рактеризующей отношение кинетического и «гидродинамического» декрементов для ионно звуковых структур, и области, в которых указан Рис. ное отношение принимает значения между соот ветствующими значениями на соседних профилях, для параметров (а) типичной пыле вой плазмы емкостного вч-разряда (Институт внеземной физики Общества Макса Планка, Германия) и (б) типичной пылевой плазмы тлеющего разряда постоянного тока (Институт теплофизики экстремальных состояний ОИВТ РАН).

Во взаимодействии с Институтом внеземной физики Общества Макса Планка проведено экспериментальное и теоретическое исследование ударных волн в лабора торной двумерной пылевой плазме, которые представляют собой ударные волны плав ления: за фронтом ударной волны существовавший до прохождения возмущения плаз менно-пылевой кристалл разрушается, и формируется жидкая (и, возможно, газообраз ная) фаза [5, 6] (см. Рис. 2). Указанный фазовый переход развивается, по-видимому, че рез рост дефектов кристалла и направленные потоки пылевых частиц в ударно волновом фронте в полностью неупорядоченное состояние за фронтом.

В рамках данного направления обсуждался также вопрос о добавке к давлению идеального газа, обусловленной взаимодействием электронов и ионов с пылевыми час тицами большого заряда [7]. Получена оценочная формула, характеризующая уравне ние состояния плазмы, область применимости которой включает в себя значения пара метра неидельности для пылевых частиц больше единицы и не пересекается с областью применимости приближения Дебая-Хюккеля.

По второму направлению проводятся исследования пылевой плазмы в событи ях космической погоды, что подразумевает исследование условий на Солнце, в солнеч ном ветре, магнитосфере и ионосфере, которые могут влиять на работу и надежность как космических, так и наземных технологических систем, а также воздействовать на человеческую жизнь и здоровье. По данному направлению проведена классификация параметров заряженной пылевой компоненты в плазме перечисленных выше областей [8].

Рассмотрен вопрос о влиянии знака зарядов нано- и микрочастиц в запыленной ионосфере Земли на высотах 80-90 км на свойства нелинейных структур [9–10]. Иссле довался вопрос о свойствах пылевых звуковых солитонов в случае зарядов пылевых частиц различных знаков, что представляет особый интерес, поскольку знак заряда пы левой частицы может быть существенным образом связан с веществом, ее составляю щим [11]. Решение этой задачи включало рассмотрение процесса конденсации водяно го пара на высотах 80-85 км для полярной летней мезосферы, что позволило опреде лить характерный размер составляющих плазму пылевых частиц. Оказалось, что для ситуации серебристых облаков знак заряда наночастиц существенным образом влияет на форму пылевых звуковых солитонов. В случае положительной зарядки наночастиц (когда в их составе имеются примеси с работой выхода ниже 7.3 эВ) солитон соответ ствует «горбу» их концентрации, а для отрицательно заряженных частиц (например, состоящих из чистого льда) солитон представляет собой «ямку» в их концентрации.

Научный Совет РАН по проблеме «Физика низкотемпературной плазмы»

Эти различия в свойствах пылевых звуковых солитонов могут служить как средства диагностики знака зарядов частиц, составляющих серебристые облака и полярное мезо сферное летнее эхо.

По третьему направлению проводятся исследования нелинейных процессов низкотемпературной плазмы как теоретически, так и во взаимодействии с эксперимен тальными работами. Продолжены исследования модуляционной неустойчивости дрей фовых волн в неоднородной неизотермической плазме [12], связанные с описанием зо нальных потоков и стримеров в пристеночной плазме токамаков. Уточнены результаты [13] по описанию экспериментов по возбуждению возмущений магнитного поля ниж негибридными волнами в линейном плазменном разряде высокого напряжения. Пока зано [14], что возможны как «горбы», так и «ямки» концентрации плазмы, соответст вующие возмущениям магнитного поля, что согласуется с экспериментальными дан ными.

В сотрудничестве с Институтом им. И.В. Курчатова проведено исследование формирования Z-пинча в процессе электромагнитного сжатия токового филамента [15].

Показано, что квазинейтральная плазма может быстро расширяться самосогласован ным образом из-за быстрой диссипации энергии магнитного поля за счет ион-ионных столкновений на пикосекундных временных масштабах.

Литература 1. Киселев Ю.Н., Поклад Ю.В., Рыбаков В.А., Игнатов А.А. // в сборнике «Геофизи ческие процессы в нижних и верхних оболочках Земли» под ред. Ю.И. Зецера. М.:

ИДГ РАН. 2003.

2. Popel S.I., Golub' A.P., Losseva T.V., Ivlev A.V., Khrapak S.A., Morfill G. // Phys. Rev.

E. 2003. V. 67. P. 056402.

3. Popel S.I. // “Dust Acoustic and Dust Ion Acoustic Nonlinear Structures: Theory and Experiments”. Journal of Plasma and Fusion Research. 2004. V. 6, in press.

4. Попель С.И., Андреев С.Н., Гиско А.А., Голубь А.П., Лосева Т.В. // Физика плаз мы. 2004. Т. 30. С. 314.

5. Samsonov D., Zhdanov S.K., Quinn R.A., Popel S.I., Morfill G.E. // “Shock Melting of a Two-Dimensional Complex (Dusty) Plasma”. Phys. Rev. Lett. 2004, in press.

6. Samsonov D., Zhdanov S.K., Quinn R.A., Popel S.I., Morfill G.E. // “Movie of a Shock in a Two-Dimensional Complex (Dusty) Plasma”.

http://www.mpe.mpg.de/~dms/movies/index.html 7. Голубь А.П. // в сборнике «Геофизические процессы в нижних и верхних оболочках Земли» под ред. Ю.И. Зецера. М.: ИДГ РАН. 2003.

8. Popel S.I. // 30th EPS Conf. Controlled Fusion and Plasma Phys. (St. Petersburg, Rus sia). European Conference Abstracts. 2003. V. 27A, O-1.4B.

9. Копнин С.И., Косарев И.Н., Попель С.И. // в сборнике «Геофизические процессы в нижних и верхних оболочках Земли» под ред. Ю.И. Зецера. М.: ИДГ РАН. 2003. С.

107.

10. Kopnin S.I., Kosarev I.N., Popel S.I. // 30th EPS Conf. Controlled Fusion and Plasma Phys. (St. Petersburg, Russia). European Conference Abstracts. 2003. V. 27A, P-4.137.

11. Klumov B.A., Popel S.I., Bingham R. // Письма в ЖЭТФ. 2000. Т. 72. С. 524.

12. Клочков Д.Н., Попель С.И. // Физика плазмы. 2003. Т. 29. С. 830-840.

13. Popel S.I., Elssser K., Takeda Y., Inuzuka H. // Phys. Plasmas. 2003. V. 10. P. 2296.

14. Popel S.I., Takeda Y., Inuzuka H., Elssser K. // “Magnetic Field Perturbations Corre lated with Large Amplitude Lower-Hybrid Waves in a High-Voltage Linear Plasma Dis charge”. Journal of Plasma and Fusion Research. 2004. V. 6, in press.

15. Гордеев А.В., Лосева Т.В. // Физика плазмы. 2003. Т. 29. С. 809.

Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН, (ИМЕТ РАН) 119991, Москва, Ленинский проспект, Лаборатория «Плазменные процессы в металлургии и обработке материалов»

Цветков Юрий Владимирович, член-корреспондент РАН, д.т.н., профессор Тел.: (095) 135-32- Факс: (095) 135-32- e-mail: tsvetkov@ultra.imet.ac.ru Физико-химия и технология плазменных процессов в металлургии и технологии В соответствии с основным направлением руководимой мною научной школы «Физикохимия и технология плазменных процессов в металлургии и обработке мате риалов» (грант Президента РФ НШ-1895.2003.3) осуществлялась разработка физико химических основ взаимодействия термической плазмы с веществом и установление закономерностей (кинетика и механизм) воздействия термической плазмы на обраба тываемое вещество в различных агрегатных состояниях применительно к оптимизации плазменных процессов в металлургии и обработке материалов для получения конст рукционных и функциональных материалов с особыми свойствами при обеспечении совместимости с окружающей средой и энерго- и ресурсосбережения.

В предыдущие годы автором и его учениками и сотрудниками:

На основе систематических исследований термодинамики, кинетики и меха низма восстановления оксидных систем создана с использованием современных мето дов исследования топохимических реакций,положений гетерогенного катализа, тео рии абсолютных скоростей реакций,получившая общее признание теория процессов восстановления металлов в различных агрегатных состояниях в том числе при воздей ствии потоков термической плазмы Разработана методология исследования плазменных процессов, основанная на высокотемпературном термодинамическом анализе, математическом моделировании и экспериментальных кинетических исследованиях на специально разработанной аппара туре.

Для струйно-плазменных процессов выявлена определяющая роль процессов тепломассообмена распределенного в плазменном потоке диспергированного обраба тываемого вещества и его перехода в газовую фазу, т.е. степени гомогенизации про цесса.

С помощью разработанного метода высокотемпературной масс-спектрометрии исследовано испарение и диссоциация оксидов практически всех элементов периодиче ской системы. Результаты обобщены в соответствии с положением элементов в Перио дической системе Д.И.Менделеева.

Впервые в мировой практике реализованы промышленные процессы водородно го восстановления оксидов тугоплавких металлов и плазменной восстановительной плавки оксидов группы железа.Процессы отличаются энерго- и ресурсосбережением, получением продуктов с особыми эксплуатационными свойствами и совместимостью с окружающей средой.

Исследован ряд плазмохимических процессов получения ультрадисперсных по рошков металлов и химсоединений (оксидов, нитридов, карбидов, карбонитридов). Ус Научный Совет РАН по проблеме «Физика низкотемпературной плазмы»

тановлены термодинамические и кинетические закономерности и управляющие пара метры, обеспечивающие получение порошков заданного химсостава и форморазмеров.

Опробован ряд процессов при воздействии термической плазмы на газовые сре ды, расплавы и растворы,в том числе применительно к процессам переработки техно генного сырья. Отметим имеющие прикладное значение плазменно-каталитический риформинг углеводородного сырья для получения водорода и плазменную деструкцию органических примесей в сточных водах.

Особо следует отметить формулирование концепции металлургии будущего, ос нованной на создании по модульному принципу экологически чистого энергометаллур гического комплекса, объединяющего на базе плазменной техники производство энер гии и химико-металлургическое производство металлов, сплавов и соединений из при родного и техногенного сырья. При этом обеспечивается значительное снижение энер гозатрат по сравнению с традиционными и альтернативными способами производства стали.

Результаты выполненных исследований опубликованы в монографиях и ряде оригинальных и обзорных статей.

Основные достижения коллектива в 2003 г.:

– обобщены результаты исследований процессов плазменного восстановления и синтеза, свидетельствующие о возможности управления процессами с целью получения порошков требуемой морфологии и размеров, в том числе наноразмеров, что позволяет рассматривать плазменную порошковую металлургию как перспективную технологию получения наноматериалов;

– для раскрытия закономерностей перехода сложных оксидных систем в газо вую фазу при воздействии высококонцентрированных источников энергии на вещество методом высокотемпературной масс-спектроскопии проводились исследования термо динамики испарения вольфраматов и молибдатов щелочных металлов (в отчетном году исследована термодинамика испарения вольфрамата бария и молибдата магния);

– выполнены на основе механизма, включающего 45 реакций между компонен тами, расчеты кинетики рекомбинации атомов кислорода в термической кислородной плазме и кислородной плазме с примесью атомов водорода при снижении температуры с различной скоростью. Определена оптимальная скорость охлаждения, позволяющая достигнуть значительных отклонений от равновесного содержания атомарного кисло рода. Оценены условия образования заметных количеств озона и пероксида.

Экспериментально исследован ряд схем взаимодействия плазменной струи раз личного химсостава (аргон-кислород, аргон-азот, аргон-водород и воздух) с жидко стью.

Показано, что интенсификация процессов переноса в системе плазменная струя жидкость приводит к увеличению скорости превращения растворенных органических соединений. Установлена заметная роль термической диссоциации молекул воды в ге нерации атомов и радикалов. Определены условия образования кислородных соедине ний азота и пероксида водорода. Возможность генерации пероксида служит дополни тельным фактором увеличения эффективности плазменного процесса окисления рас творенных органических соединений.

– применительно к разработке восстановительного модуля энерго-металлурги ческого комплекса экспериментальным и расчетным путем оценено потребление энер гии при плазменно-дуговом жидкофазном восстановлении металлов, наметившие пути их радикального снижения. Создана (в лабораторном масштабе) оригинальная конст рукция экспериментального плазменного восстановительного модуля с соответствую щей инфраструктурой. Проведены сравнительные исследования плазменного жидко фазного восстановления железа углеродом и газообразным восстановителем. Разрабо Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН таны инновационное предложение и технологический регламент на создание пилотного восстановительного модуля в составе энергометаллургического комплекса.

Все полученные результаты являются новыми.

Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН (ИНХС РАН) 119991, Москва, Ленинский проспект, Лаборатория плазмохимии и физикохимии импульсных процессов Лебедев Юрий Анатольевич Тел.: (095) 955-43- Факс: (095) 230-22- E-mail: lebedev@ips.ac.ru Проведено спектрально-оптическое исследование неравновесного электродного СВЧ разряда в водороде при давлениях 0.5-15 Тор и падающих мощностях 20-200 Вт.

Метод относительных интенсивностей спектральных линий, модифицирован для опре деления концентрации электронов и напряженности поля в плазме. Метод заключается в измерении относительных интенсивностей линий излучения водорода (линии Н и Н серии Бальмера) и линии излучения аргона, который в малых количествах вводился в плазму для диагностики. Регистрируемые линии излучения возбуждаются прямым электронным ударом, а соответствующие им возбужденные состояния дезактивируют ся излучением. С помощью однородного уравнения Больцмана для свободных электро нов плазмы находится напряженность поля, соответствующая наблюдаемым отноше ниям интенсивностей излучения линий, а по абсолютным интенсивностям излучения линий и найденных с помощью уравнения Больцмана коэффициентов возбуждения оп ределяется концентрация электронов. Критерием достоверности результатов считается совпадение данных, полученных с помощью линий Н и Н. Определены пространст венные распределения концентрации электронов и полей в плазме электродного СВЧ разряда.

На основе полученных экспериментальных результатов сделано предположение о физических процессах в разряде: разряд состоит из области самостоятельного разряда (приэлектродная область со сверхкритической концентрацией), окружающей ее облас ти несамостоятельного разряда (как правило, шаровая область с докритической кон центрацией). Разряд ограничен двойным электрическим слоем, обеспечивающим рез кое уменьшение концентрации.

Для исследования процессов в неравновесной плазме электродного СВЧ разряда разработаны программы для решения 2-мерных уравнений Максвелла в нерегулярной коаксиальной линии с плазмой, создаваемой внешним источником и самосогласованная модель разряда, построенная на совместном решении нестационарных уравнений Мак свелла и уравнения баланса заряженных частиц. Необходимые для решения уравнений локальные значения параметров электронной компоненты плазмы находились при чис ленном решении однородного уравнения Больцмана для водорода. Плазма считалась квазинейтральной, диффузионная гибель заряженных частиц определяется амбиполяр ной диффузией. В плазме электродного разряда в водороде процессы возбуждения и ионизации инициируются однократным электронным ударом из основного состояния.

Рекомбинационная гибель зарядов происходит в процессе объемной диссоциативной рекомбинации иона H3. Температура газа считалась равной 300 К и одинаковой во всем объеме камеры.

Научный Совет РАН по проблеме «Физика низкотемпературной плазмы»

Результаты расчетов сопоставлялись с экспериментальными данными, получен ными в результате выполнения работы.

Сделан вывод о том, что разработанная модель удовлетворительно описывает приэлектродную плазменную пленку электродного СВЧ разряда, которая является об ластью самостоятельного разряда.

Таким образом, совместный анализ результатов, полученных в экспериментах и расчетах, позволил понять физические явления, происходящие в приэлектродной об ласти нового типа СВЧ разряда.

Для проведения дальнейшей работы по изучению взаимодействия плазмы элек тродного разряда с потоками газа разработана и изготовлена разрядная камера и уста новка для генерации и исследования электродного СВЧ разряда, предусматривающая подачу плазмообразующего газа через СВЧ электрод.

Работа поддержана Программой Фундаментальных исследований Президиума РАН № 20 «Взаимодействие плазмы с высокоскоростными потоками газа» и грантом РФФИ 02-02-16021.

Список публикаций по результатам работы в 2003 г.

1. Лебедев Ю.А., Мокеев М.В., Татаринов А.В. Свойства плазменных структур в электродном СВЧ разряде пониженного давления. ХХХ Звенигородская конферен ция по физике плазмы и УТС, Звенигород, 24-28 февраля 2003 г. Тезисы докладов, с 165.

2. Лебедев Ю.А., Татаринов А.В. Электродинамика СВЧ волн в нерегулярном коак сиальном волноводе частично заполненном плазмой. ХХХ Звенигородская конфе ренция по физике плазмы и УТС, Звенигород, 24-28 февраля 2003 г. Тезисы докла дов, с 3. Lebedev Yu.A., Mokeev M.V., Tatarinov A.V., Epstein I.L Plasma Formations in Elec trode Microwave Discharge at Reduced Pressures. Int. Conf. on Physics of Low Tem perature Plasma (PLTP-03), May 11-15 2003, Kyiv, Ukrane, Abstracts, p.7-1-36-i 4. Lebedev Yu.A., Mokeev M.V. Properties of Near-Electrode Plasma in Electrode Hydro gen Microwave Discharge at Reduced Pressures. Int. Conf. on Physics of Low Tempera ture Plasma (PLTP-03), May 11-15 2003, Kyiv, Ukrane, Abstracts, p.7-13- 5. Lebedev Yu.A., Mokeev M.V., Tatarinov A.V., Epstein I.L Electrode microwave dis charge: Status and problems. V-th Int. Workshop on Microwave Discharges: Fundamen tal and Applications, Greifswald, Germany, July 08-12, 2003. Abstracts, p. 6. Lebedev Yu.A., Tatarinov A.V. Electrodynamics of microwaves in a coaxial non-regular waveguide partly filled with plasma. V-th Int. Workshop on Microwave Discharges:

Fundamental and Applications, Greifswald, Germany, July 08-12, 2003. Abstracts, p. 7. Лебедев Ю.А., Мокеев М.В. Спектрально-оптическое исследование структуры приэлектродной области электродного СВЧ разряда в водороде. ТВТ, 2003, №5, 821.

8. Лебедев Ю.А., Мокеев М.В. Определение концентрации электронов и напряженно сти электрического поля в плазме электродного СВЧ разряда пониженного давле ния в водороде по интенсивностям спектральных линий. Физика плазмы, 2003.

Т.29, № 11, 9. Lebedev Yu.A., Tatarinov A.V. Electrodynamics of microwaves in a coaxial non-regular waveguide partly filled with plasma. Plasma Sources: Sci&Technol., 2004, V.13, N 1, p.1.

Институт синтетических полимерных материалов им. Н.С. Ениколопова РАН Институт синтетических полимерных материалов им. Н.С. Ениколопова РАН (ИСПМ РАН) 117393, Москва, ул. Профсоюзная, Группа тонких пленок Гильман Алла Борисовна, Драчев Александр Иванович Тел. (095) 332–5865, (095) 332– Факс. (095) 420– E-mail: plasma@ispm.ru В 2003 г. фундаментальные исследования в области низкотемпературной плаз мы проводились по двум основным направлениям:

1. Изучение воздействия плазмы на структуру пленок из полипропилена и сопо лимеров пропилена и гексена–1.

2. Получение электропроводящих полимерных пленок полимеризацией в разря де постоянного тока органических соединений, содержащие конденсированные арома тические фрагменты и исследование их свойств.

Воздействие разряда постоянного тока на структуру пленок из полипропилена и сополимеров пропилена и гексена–1 синтезированных на изоспецифической ката литической системе Ме2SiInd2ZrCl2–полиметилалюмоксан.

Как правило, воздействие плазмы на полимерные материалы вызывает сущест венные изменения свойств поверхности, приводя к значительному увеличению поверх ностной энергии и гидрофилизации. При этом никаких изменений в объеме полимера не происходит и сохраняются его механические, физико–химические и электрофизиче ские свойства. Однако ранее нами было показано, что воздействие плазмы на пленки изотактического полипропилена (ПП) может приводить не только к изменениям струк туры и свойств поверхности, но и вызывать существенные изменения структуры в его объеме. Нами было установлено, что под влиянием низкочастотного тлеющего разряда (50Гц) в пленках изотактического ПП, синтезированного на гомогенной металлоцено вой системе rac–Et(Ind)2ZrCl2–полиметил-алюмоксан, происходит структурный пере ход кристаллической –модификации в –модификацию, сопровождающийся увеличе нием температуры плавления и молекулярной массы полимера.

В данной работе, проводимой совместно с Институтом химической физики им.

Н.Н. Семенова РАН, изучено воздействие тлеющего разряда постоянного тока на плен ки полипропилена и сополимеров пропилена и гексена-1, синтезированные на изоспе цифической каталитической системе Me2SiInd2ZrCl2–полиметилалюмоксан. Показано, что обработка в разряде пленок изотактического ПП практически не влияет на соот ношение кристаллических фаз в полимере. В пленках сополимеров пропилен/гексен– (с содержанием гексена–1 1%–2% мол.) под действием плазмы происходит структур ный переход –модификации в –модификацию. Например, в сополимере с содержа нием гексена 1% мол. доля –фазы уменьшается от 90 до 25%, и, соответственно, доля –фазы возрастает от 10 до 75% (рис., кривые 1, 2).

Из анализа данных дифференциальной сканирующей калориметрии для образ цов сополимеров пропилена и гексена–1 следует, что фазовый переход, наблюдаемый в плазме, происходит почти без изменения Тпл. Параметры стереорегулярности D998/D и D841/D973, рассчитанные из ИК–спектров, также остаются практически постоянными.

Научный Совет РАН по проблеме «Физика низкотемпературной плазмы»

В этой связи можно сделать вывод, что количество дефектов в полимерной цепи после воздействия плазмы не меняется. Таким образом, наблюдаемый фазовый переход не связан с изменением микроструктуры полимерной цепи.

Было проведено экспериментальное исследование влияния отдельных компо нентов разряда постоянного тока на кристаллическую структуру сополимеров. Уста новлено, что воздействие квантовой составляющей разряда и нагрев образцов не при водили к изменению их фазового состава.

Дифрактограммы пленок сополимера пропилена и гексена–1(1%мол.): 1 – исходной, 2 – обработанной в плазме, 3 – облученной электронным пучком с энергией 4кэВ.

Было найдено, что поверхность пленок ПП и сополимеров пропилен/гексен–1, обращенная к катоду, под воздействием разряда постоянного тока приобретала отрица тельный заряд Q 10 нКл/см2, который сохранялся в течение длительного времени.

Было высказано предположение, что электрическое поле отрицательного заряда может являться основной причиной, вызывающей переход –фазы в –фазу в сополимерах пропилен/гексен–1 под воздействием плазмы. Для проверки этого предположения пленку сополимера подвергали воздействию электронного пучка с энергией 4 кэВ. В результате пленка приобретала отрицательный заряд равный 11 нКл/см2. Облучение электронным пучком вызывало фазовый переход, подобный тому, что наблюдался под воздействием плазмы.

Фазовый состав сополимера пропилена и гексена–1 (1% мол.) после различных видов воздействия Q, нКл/см2 –фаза, % –фаза, % Вид воздействия – – 90 Разряд постоянного тока –19 25 – 75 Нагрев до 50°С – 83 Нагрев до 50°С и хранение 2 месяца ВУФ–разряда – 90 Электронный пучок с энергией 4 кэВ –11 60 Институт синтетических полимерных материалов им. Н.С. Ениколопова РАН Для ПП и сополимеров пропилен/гексен–1 был обнаружен структурный переход 2–го рода из –фазы в –модификацию. Было установлено, что точка Кюри (темпера тура перехода) смещается в область более низких температур с увеличением содержа ния гексена–1 в сополимере и изменение фазового состава наблюдается для полимеров, имеющих точку Кюри, близкую к комнатной температуре. Заряженная в плазме по верхность образца является источником электрического поля, которое в области фазо вого перехода может приводить к смещению сегментов макромолекул относительно друг друга, изменению их упаковки в полимерном кристалле и, как следствие, к струк турному переходу.

– Таким образом, можно считать, что основной причиной перехода модификации в –модификацию в исследованных сополимерах пропилена с малым содержанием гексена–1 под действием разряда постоянного тока является электриче ское поле отрицательного заряда, образующегося в поверхностных слоях пленок.

Полупроводящие полимерные пленки из антрацена, полученные в плазме Ранее на примере 1–амино–9,10–антрахинона было показано, что с помощью разработанного нами метода полимеризации в разряде постоянного тока органических соединений, имеющих высокую температуру плавления (200°С) и содержащих изна чально конденсированные ароматические структуры, можно получить полимерные пленки, обладающие полупроводящими свойствами. В настоящей работе была впервые проведена полимеризация антрацена в разряде постоянного тока и исследованы свойст ва образующихся полимерных пленок.

На катоде под действием разряда наблюдали осаждение пленки черного цвета, полученной из антрацена, толщина которой составляла 5–10мкм. Проводимость пленки при комнатной температуре составляла 10-12 Oм–1cм–1, нагрев ее от 20 до 200°С приводил к экспоненциальному росту до 10–11 Oм–1cм–1, энергия активации прово димости составляла 0.15эВ.

Синтезированные в плазме из антрацена пленки допировали иодом, выдерживая их в парах J2 в эксикаторе при комнатной температуре. Допирование приводило к рез кому увеличению проводимости на 7–8 порядков до 10-2 Oм–1cм–1. Температурная зави симость проводимости для допированной пленки также имела экспоненциальный ха рактер, а энергия активации проводимости в этом случае составляла 0.3эВ. Известно, что иод обладает акцепторными свойствами по отношению к полимерам, содержащим ненасыщенные сопряженные связи в основной цепи. Его введение в полимер на основе антрацена приводит к увеличению концентрации дырок в валентной зоне и наблюдае мому росту проводимости.

Структуру образующегося в плазме полимера на основе антрацена изучали с помощью метода ИК–Фурье–спектроскопии. Было установлено, что в спектре полиме ра сохраняются полосы поглощения при 1430 и 1610 см-1, характерные для ароматиче ского кольца, а также полоса поглощения при 3030 см-1 (СН ароматические). Значи тельно уменьшается интенсивность полос при 730 и 860 см-1, соответствующих нали чию 4 и 2 незамещенных атомов водорода в ароматическом кольце, соответственно.

Появляются полосы поглощения при 2860 и 2920 см-1, отвечающие валентным колеба ниям групп СН в алифатических фрагментах, которые образуются, вероятно, при рас крытии части ароматических колец. В спектре полимера появляется новая интенсивная полоса поглощения при 1080 см-1, которая может быть связана с кристаллической структурой образующегося полимера.

Исследования свойств и структуры полимеров на основе антрацена, синтезиро ванных в плазме, будут продолжены.

Научный Совет РАН по проблеме «Физика низкотемпературной плазмы»

Институт теплофизики экстремальных состояний Объединенного института высоких температур РАН (ИТЭС ОИВТ РАН) 125412, Москва, ул.Ижорская 13/ Петров Олег Федорович Тел.: (095) Факс: (095) E-mail: ofpetrov@ihed.ras.ru Исследования пылевой плазмы в ИТЭС ОИВТ РАН 1. Выполнен экспериментальный анализ парной корреляции макрочастиц в пы левых структурах, формирующихся в приэлектродном слое вч- разряда, который пока зал хорошее согласие с результатами численных исследований. Изменение скорости затухания парной корреляционной функции, зарегистрированное как в численном, так и в лабораторном экспериментах может быть обусловлено существованием двух раз личных фаз жидкости: изотропной и имеющей ближний ориентационный порядок.

Анализ полученных результатов показывает, что динамика плавления анализируемых систем имеет характер близкий к топологическому фазовому переходу. Данное предпо ложение подтверждается формированием регулярных кластеров макрочастиц, выяв ленное путем анализа моделируемых и экспериментальных трехчастичных корреляци онных функций.

Наблюдается хорошее согласие между измеренными трехчастичными функция ми и функциями, полученными путем численного моделирования, для моделируемых и реальных систем с близкими парными корреляционными функциями. Визуальное срав нение результатов, полученных для различных параметров разряда, показывает, что в регистрируемых пылевых структурах наблюдается формирование ближнего ориента ционного порядка макрочастиц, которое отражается в появлении максимумов а) в) Реакция пылевой структуры на приближение электронного пучка: (а) — слабое взаимодейст вие пылевой структуры и электронного пучка;

(б) — отталкивание пылевой структуры электрон ным пучком;

(в) — притяжение пылевой структу ры электронным пучком.

б) Институт теплофизики экстремальных состояний ОИВТ РАН g3(r12,r23,r31) в узлах гексагональных кластеров. По мере роста максимума парной кор реляционной функции величина этих максимумов, расположенных на расстояниях r близких к dg1, растет, а также появляются новые максимумы на расстояниях r 2 dg1.

Иллюстрация сечений трехчастичных корре ляционных функций g3, полученных в ре зультате численного моделирования для разных параметров Г*: (а) – Г* = 37.5;

(б) – Г* = 17.5;

(в) – (а) (б) (в) Г* = 1.5.

Иллюстрация изме ренных сечений трех частичных корре ляционных функций g3 для различных экспериментов: (а) – Р=7 Па, W =10 Вт;

(б) – Р=3 Па, W =2 Вт;

(в) – Р=3 Па, W =10 Вт.

(а) (б) (в) Экспериментальное исследование трехчастичной корреляции для макрочастиц в пылевой плазме выполнено впервые. Такие исследования позволяют получить допол нительную информацию о физических свойствах плазменно-пылевых систем и могут использоваться для структурного анализа пылевой плазмы. Анализ эксперименталь ных результатов показал достаточно заметное отличие суперпозиционного приближе ния (~ 30-60%) от регистрируемой трехчастичной функции g3(r12,r23,r31) для анализи руемых сечений (r12 = dg1). Наблюдалось формирование регулярных кластеров макро частиц как в экспериментальных, так и в моделируемых жидкостных структурах. Чис ленные расчеты g3(r12,r23,r31) для частиц, взаимодействующих с экранированным потен циалом, показали, что формирование таких кластеров наблюдается с ростом эффектив ного параметра неидеальности Г*25.

2. Выполнены экспериментальные исследования по воздействию электронного пучка с энергией 25 кэВ и током 1-20 мА на пылевые частицы и на плазменно-пылевые структуры из частиц MgO, Al, Al2 O3 размером 5-20 мкм в ВЧ-разряде (13,56 МГц) в воздухе при давлении P = 0,1-1 Тор. С помощью электронного пучка можно управлять пылевой структурой, сдвигать ее или разрушать. Дальнодействующее воздействие электронного пучка связано с амбиполярным электрическим полем и радиальным по током ионов из плазмы, нарабатываемым самим пучком. Непосредственное воздейст вие электронного пучка на пылевые частицы в плазме сопровождается увеличением их заряда, происходит передача импульса электронами пучка при столкновении, что при водит к динамическому сдвигу и разрушению пылевой структуры. Эффект динамиче ского воздействия электронного пучка на пылевое облако можно использовать для ло кального удаления пылевых частиц из плазмы, например, в процессах вакуумно плазменной обработки элементов в микроэлектронике, а также в устройствах выращи вания и сепарации частиц по размерам. Разработана теоретическая модель, которая ка чественно правильно описывает взаимодействие электронного пучка с пылевой струк турой. Полученные экспериментальные данные по распределению потенциала около пучка и спектра излучения плазмы подтверждают данную модель.

Экспериментально исследованы термофоретические эффекты в пылевых струк турах при неоднородном тепловыделении в плазме. Обнаружена сложная плазменно Научный Совет РАН по проблеме «Физика низкотемпературной плазмы»

Иллюстрация результатов численного модели- Иллюстрация пылевых структур, наблюдаемых в рования (Fnon = FI, r 0). вч- разряде (МКС).

пылевая структура из полидисперсных частиц, форма которой зависит от тепловыделе ния в плазме. Наблюдается разделение частиц в поперечном сечении на два пылевых облака. Разработана модель разделения частиц под действием радиальных сил, которая описывает сепарацию частиц по размерам, наблюдаемую в экспериментах. Значения токов тлеющего разряда, вычисленных по данной модели, при которых происходит разделение частиц, соответствуют экспериментально наблюдаемым.

3. В сериях экспериментов, выполненных на установке «Плазменный кристалл 3», находящейся на МКС, получен ряд новых результатов по физике пылевой плазмы в условиях микрогравитации. В экспериментах по исследованию динамики формирова ния плазменно-пылевой структуры на достаточно протяженном отрезке времени (до минут) при постоянных параметрах высокочастотного разряда (вводимой мощности и давлении) и незаполненной макрочастицами центральной области плазменной камеры наблюдалось развитие зоны кристаллизации. Средняя скорость распространения фрон та кристаллизации по вертикальной оси плазменной камеры, составляет 90 мкм/мин, что соответствует прохождению одного межчастичного расстояния в течение трех ми нут.

Впервые получен набор данных о параметрах плазмы, при которых происходит заполнение центральной области макрочастицами, что позволя ет провести исследование упорядочен ных плазменно-пылевых образований с большим значением параметра не идеальности при весьма малых элек трических полях. Заполнение цен тральной области плазменной камеры макрочастицами происходит при сни жении вводимой в плазму высоко частотной мощности, что ведет к уменьшению заряда пылевых частиц и силы ионного увлечения.

Изображение плазменно-пылевой структуры через В широком диапазоне измене минут от начала эксперимента по формированию ния высокочастотной мощности, вво плазменного кристалла. Получено путем наложения последовательных кадров при медленном сканирова- димой в плазму разряда, получены нии от центральной вертикальной плоскости со скоро сведения о фазах развития самовозбу стью 100 мкм/c. Эксперимент с частицами, диаметром ждающихся низкочастотных колеба 6,8 мкм при сравнительно небольшом числе введенных ний пылевой компоненты. Наблюдае частиц. Давление аргона 0,37 Тор, мощность генерато мые автоколебания пылевой плазмы ра 0,25 Вт.

Институт теплофизики экстремальных состояний ОИВТ РАН связаны, по-видимому, с развитием неустойчивости границы раздела плазменной об ласти (электроны, ионы, нейтральные атомы) с пылевой плазмой, содержащей заря женные макрочастицы.

4. Выполнен численный анализ влияния неоднородных условий на динамику пылевых частиц в верхней части приэлектродного слоя вч- разряда. Приведены про стые аналитические соотношения для определения градиента зарядов макрочастиц.

Проведены измерения поверхностного потенциала макрочастиц разных размеров в приэлектодной плазме вч- разряда. Данные измерения показали, что неоднородность окружающей плазмы не оказывает ощутимого влияния на заряды легких пылевых час тиц, левитирующих в верхней части приэлектродного слоя исследуемого разряда. Ре зультаты измерений хорошо согласуются с представленными аналитическими оценка ми градиентов заряда макрочастиц, выполненными в рамках приближения ограничен ного движения.

Предложен возможный механизм развития случайных колебаний макрочастиц за счет их стохастического движения в объеме пространственно неоднородной плазмы (при наличии небольшого изменения пылевых зарядов). Получены аналитические со отношения для оценки величины кинетической энергии, приобретаемой макрочастица ми за счет данного механизма. Данные оценки показывают, что кинетическая энергия легких пылевых частиц может достигать величин ~ 1-10 эВ, что близко к энергиям, на блюдаемым в экспериментах. На основе предложенного механизма выполнен анализ измерений амплитуды макрочастиц разных размеров в приэлектродном слое вч- разря да при различных давлениях. Показано, что рассмотренный механизм может являться причиной развития стохастических вертикальных колебаний.

5. Для проведения экспериментов в ядерно-возбуждаемой плазме при давлении газа выше атмосферного экспериментальная установка была модернизирована. Экспе рименты проводились в неоне и аргоне при давлениях от 0.9 до 2.0 атм, использовался полидисперсный порошок двуокиси церия со средним размером пылевых частиц рав ным 1 мкм. При повышении давления получаемые пылевые структуры становились более шарообразными, отрывались от подложки с источником, а их характерный диа метр уменьшался. Это обстоятельство позволяет высказать предположение о том, что размер структуры определяется пробегом ионизирующих частиц в газе. При этом воз растает плотность ионизации вдоль трека частиц. В неоне, где плотность ионизации минимальна из всех использовавшихся газов, образование структур возможно при еще больших значениях давления. На рис. 3 представлена одна из полученных в экспери ментах пылевая структура.

С помощью метода молекулярной динамики проведены численные исследова ния, которые позволили объяснить особенности образования пылевых структур. Пока зано, что некулоновские добавки (пропорциональные градиенту зарядов) к кулонов ским силам, действующим на пылевые частицы, изменяют направление вращения час тиц в пылевых структурах на противоположное, которое согласуется с эксперимен тальными наблюдениями. Это является качественным указанием на потенциальный ха рактер взаимодействия пылевых частиц. Анализировалось влияние сил трения о бу ферный газ на эволюцию пылевых структур и формирование статических структур.

Представленные результаты расчетов качественно согласуются с экспериментальными данными.

6. Выполнено экспериментальное исследование волн плотности пылевой компо ненты, генерируемых импульсным газодинамическим воздействием на плазменно пылевых структурах в стратах тлеющего разряда постоянного тока. Стратифицирован ный тлеющий разряд с холодными электродами в неоне создавался в вертикально ори ентированной стеклянной разрядной трубке диаметром 36 мм. Пылевые частицы Научный Совет РАН по проблеме «Физика низкотемпературной плазмы»

Газ — неон, давление 1.6 атм, 10 mm межэлектродное расстояние — 5 cm, напряжение — 400 V, 10 частицы — CeO2 диаметром мкм, источник — 252Cf с ак тивностью - 2.106 делений в секунду.

диаметром 1.03 мкм левитировали в стратах, образуя упорядоченную структуру. Дав ление неона – 0.3 Торр, разрядный ток 0.1 мА.

Для создания газового потока использовался поршень, находившийся внутри трубки ниже области разряда на 15 см. Таким образом, движение поршня приводило только к созданию газового потока и не влияло на плазму. Ход поршня составлял 3- см, а скорость 30-40 см/с. То есть время газодинамического воздействия было порядка 0.1 с. Волны в плазменно-пылевых структурах возбуждались только при направлении импульсного газового потока в сторону катода.

Под действием такого газодинамического воздействия в плазменно-пылевых структурах формировались возмущения с характерным профилем из двух областей сжатия, разделенных областью разрежения. В одной из областей фактор сжатия (отно шение плотностей в волне и в невозмущенной структуре) достигал значения 2. Эти возмущения перемещались со скоростью порядка пылеакустической скорости, т.е. по рядка нескольких см/с, в направлении катода. В области разрежения наблюдались пы левые частицы, движущиеся против потока со скоростями порядка 10-15 см/с.

Предложен механизм генерации и распространения таких волн. Механизм осно ван на зависимости заряда пылевых частиц от их концентрации. Показано, что появле ние таких возмущений при смещении плазменно-пылевой структуры из положения равновесия может быть неустойчивость ее верхней границы.

7. Было продолжено исследование свойств пылевой плазмы сильно асимметричных цилиндрических частиц. Была предложена теоретическая модель, описывающая пове дение изолированных цилиндрических пылевых частиц и упорядоченных комплексов образуемых ими. Перечислим основные результаты, полученные в рамках этой модели:

вычислен равновесный заряд цилиндрических частиц ориентированных перпендику лярно и параллельно потоку ионов и электрическому полю разряда;

показано, что воз можны только две равновесных ориентации цилиндрических частиц – параллельно и перпендикулярно электрическому полю (редкие отклонения, наблюдаемые в экспери ментах, связаны с неидеальностью формы частиц);

выделен безразмерный параметр, величина которого определяет равновесную ориентацию цилиндрических частиц (этот параметр, зависящий от степени асимметрии частиц, величины и градиента внешнего электрического поля, фактически определяется конкуренцией взаимодействия неодно родного электростатического поля страты в DC разряде или приэлектродного слоя в RF разряде с наведенными дипольным моментом частицы, стремящимся повернуть ось частицы параллельно полю, и квадрупольным моментом, стремящимся повернуть ось поперек поля);

найдено равновесное положение левитирующих частиц;

определена Институт теплофизики экстремальных состояний ОИВТ РАН энергия электростатического взаимодействия между заряженными цилиндрами в зависимости от их взаимной ориентации.

8. Впервые проведен эксперимент с пыле вой плазмой, охлажденной до температуры 5- К. При 77 К пылевая плазма имела плотную ци линдрическую структуру, имеющую поверхно стное натяжение, сопоставимое с тем, что имеет вода. При 4.2 К, несмотря на качественное из менение ионизационных процессов в тлеющем разряде и исчезновение страт, удалось провести удержание пыли в плазме. Пылевая структура имела вид вращающейся сферы правильной формы. Видимое отсутствие хаотического дви жения пылевых частиц и их высокая плотность при криогенных температурах свидетельствуют о больших величинах параметра неидеальности Вращающаяся пылевая сфера в кри пылевой компоненты.

огенной плазме при 4.2 К. Слева - перед При охлаждении разряда жидким азотом засыпкой пыли, справа - после засыпки.

внешний вид и неподвижные страты воспроиз Стрелкой показана вращающаяся сфера.

водились примерно в той же области парамет ров разряда, как и при комнатных температурах. В то же время произошло качествен ное изменение пылевых структур. Пыль в страте представляла собой плотное облако с расстоянием между частицами менее 20 мкм и отсутствовало хаотическое движение частиц.

Высокая плотность пылевого облака не позволила непосредственно увидеть внут реннюю структуру. Однако во время съемок фильма было установлено, что облако имеет цилиндрическую оболочку, толщиной в несколько диаметров частиц, которая в некоторый момент разорвалась, а затем начала стягиваться, уменьшая свою поверх ность и открывая внутреннюю часть облака. Внутри облака стала видна пыль столь же высокой плотности. Наиболее вероятной причиной разрыва оболочки явилось возрос шее гидростатическое давление внутри облака из-за постепенно оседавших в облаке частиц пыли, поступавших из вышестоящих страт. В этом приближении можно оце нить величину поверхностного натяжения оболочки, которая оказалась равной пример но половины поверхностного натяжения воды при нормальных условиях.

t = 70 мс t = 90 мс t = 110 мс t = 130 мс Яркость г) д) б) в) a) а) t = 130 мс t = 110 мс t=0 t = 70 мс t = 90 мс Вертикальная координата, мм Последовательность видеоизображений, представ- Пространственные профили яркости для видео ляющая развитие фронта ударной волны в пылевой кадров.

плазме.

Научный Совет РАН по проблеме «Физика низкотемпературной плазмы»

При охлаждении разряда жидким гелием страты отсутствовали по всей длине труб ки во всей области параметров, что связано с качественным изменением ионизацион ных процессов в гелиевой плазме при переходе к криогенным температурам. Наблюда лась лишь одна страта, создаваемая капилляром, которая находилась в верхней части узкой трубки. Эта страта задерживала пылевые частицы. При засыпке пыль в страте принимала вид плотной сферы правильной формы диаметром ~5 мм и вращающейся с частотой примерно 10 Гц. Образование сферы сопровождалось снижением напряже ния горения разряда на 75 В. Можно предположить, что это связано с уменьшением на пряженности электрического поля в месте нахождения сферы на величину ~150 В/см.

Важнейшие результаты исследований пылевой плазмы в ИТЭС ОИВТ РАН, по лученные в 2003 г.

1. Выполнено экспериментальное исследование волн плотности пылевой компо ненты, генерируемых импульсным газодинамическим воздействием на плазменно пылевых структурах в стратах тлеющего разряда постоянного тока. Под действием та кого газодинамического воздействия в плазменно-пылевых структурах формировались возмущения с характерным профилем из двух областей сжатия, разделенных областью разрежения. В одной из областей фактор сжатия (отношение плотностей в волне и в не возмущенной структуре) достигал значения 2. Возмущение имеет пылеакустическую природу. Предложен механизм генерации таких волн при газодинамическом воздейст вии.

2. Впервые выполнено экспериментальное исследование трехчастичной корре ляции для макрочастиц в пылевой плазме. Анализ экспериментальных результатов по казал отличие суперпозиционного приближения (~30-60%) от регистрируемой трехчас тичной корреляционной функции для анализируемых сечений. Наблюдалось формиро вание регулярных кластеров макрочастиц как в экспериментальных плазменно пылевых системах, так и в моделируемых жидкостных структурах.

3. Выполнено комплексное экспериментальное исследование динамики макро частиц в пылевой плазме газовых разрядов различного типа. Эксперименты с пылевой плазмой проводились на Земле и в условиях микрогравитации (орбитальный комплекс «Мир» и Международная космическая станция). Выполнены исследования транспорт ных процессов таких, как диффузия макрочастиц и динамика формирования пылевых вихрей. Измерены парные корреляционные функции, температуры и коэффициенты диффузии макрочастиц в широком диапазоне параметров пылевой плазмы.



Pages:   || 2 |
 


 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.