Излучение атомов и ионов металлов в плазмохимическом процессе, инициируемом излучением мощного импульсного гиротрона в смесях порошков магния и окиси титана (2024)
Представлены результаты спектроскопических измерений свечения плазмы микро-
волновых разрядов в экспериментах по синтезу каталитических структур микро и
наноразмеров при воздействии мощных импульсов микроволнового излучения гиро-
трона (длина волны 4 мм, длительность импульса 2–8 мс, мощность до 500 кВт),
на смесь порошков магния Mg и двуокиси титана TiO2 . Эксперименты проводились
в воздухе. Регистрация спектров свечения СВЧ-разрядов выполнялась спектромет-
рами «AvaSpec» различных типов в диапазонах длин волн от 219 нм до 920 нм. Заре-
гистрированы спектральные линии нейтральных атомов и однократно ионизован-
ных ионов магния и титана. Изучались характеристики спектральных линий во
время действия импульса микроволнового излучения и после его окончания. Анализ
полученных результатов показал, что для атомов титана хорошо выполняется
условие частичного локального термодинамического равновесия (ЛТР), что позво-
ляет сделать достаточно надежные оценки электронной температуры плазмы,
величина которой находится в интервале значений 0,2–0,4 эВ. В то же время для
ионов титана ЛТР в микроволновом разряде не выполняется. Сравнимые величины
интенсивности линий атомов и ионов титана в разрядах при электронной темпе-
ратуре 0,2–0,4 эВ, которая более чем на порядок меньше потенциала ионизации
титана, указывают на сильную неравновесность плазмы микроволнового разряда в
порошках. Зарегистрированные в разрядах полосы монооксида титана TiO указы-
вают о протекании в микроволновом разряде плазмохимических реакций.
Идентификаторы и классификаторы
- SCI
- Физика
- Префикс DOI
- 10.51368/2307-4469-2024-12-3-295-309
Все известные к настоящему времени
способы получения низкотемпературной
плазмы используются для синтеза веществ в
плазмохимии [1, 2]. Отметим, что синтез од-
них и тех же веществ с определенным хими-
ческим составом и физическими свойствами
может осуществляться различными плазмо-
химическими методами [3, 4]. В последнее
время для задач плазмохимии стали использо-
ваться гиротроны – мощные генераторы элек-
тромагнитного СВЧ излучения миллиметро-
вого диапазона длин волн (микроволновое из-
лучение): для создания пластин из аморфных
или поликристаллических алмазов [5], уплот-
нения керамик [6, 7], очистки промышленных
и городских газообразных отходов от содер-
жащихся в них экологически вредных приме-
сей [8, 9]
Список литературы
- Полак Л. С., Овсянников А. А., Словецкий Д. И., Вурзель Ф. Б. Теоретическая и прикладная плазмохи- мия. – М.: «Наука», 1975.
- Лебедев Ю. А. / Введение в плазмохимию. https://www.isuct.ru/conf/plasma/LECTIONS/Lebedev_lection.html (дата обращения: 14.03.2024)
- Boron Science. New technologies and Applications / Ed. N. S. Hosmane. – CRC Press. Tayler and Francis Group. – New York, 2012.
- Ивановский А. Л. / Успехи химии. 2002. Т. 71. No 3. С. 203.
- Vikharev A. L., Gorbachev A. M., Kozlov A. V., Koldanov V. A., Litvak A. G., Ovechkin N. M., Radishev D. B., Bykov Yu. V., Caplan M. / Diamond and related materials. 2006. Vol. 15. P. 502. doi: 10.1016/j.diamond.2005.10.044
- Bykov Yu., Eremeev A., Glyavin M., Kholoptsev V., Luchinin A., Plotnikov I., Denisov G., Bogdashev A., Kalynova G., Semenov V., Zharova N. / IEEE Trans. Plasma Sci. 2004. Vol. 32. Is. 1. P. 67. doi: 10.1109/TPS.2004.823904
- Быков Ю. В., Егоров С. В., Еремеев А. Г., Плотников И. В., Рыбаков К. И., Сорокин А. А., Холопцев В. В. / Журнал технической физики. 2018. Т. 88. Вып. 3. C. 402.
- Artem’ev K. V., Batanov G. M., Berezhetskaya N. K., Davydov A. M., Kossyi I. A., Nefedov V. I., Sarksyan K. A., Kharchev N. K. / IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series 2017. Vol. 907. P. 012022. doi: 10.1088/1742-6596/907/1/012022
- Артемьев К. В., Батанов Г. М., Бережецкая Н. К., Борзосеков В. Д., Давыдов А. М., Кончеков Е. М., Коссый И. А., Сарксян К. А., Степахин В. Д., Харчев Н. К. / Физика плазмы. 2021. Т. 47. No 1. С. 88.
- Batanov G. M., Borzosekov V. D., Golberg D., Iskhakova L. D., Kolik L. V., Konchekov E. M., Kharchev N. K., Letunov A. A., Malakhov D. V., Milovich F. O., Obraztsova E. A., Petrov A. E., Ryabikina I. G., Sarksian K. A., Stepakhin V. D., Skvortsova N. N. / J. Nanophoton. 2016. Vol. 10. P. 012520. doi: 10.1117/1.JNP.10.012520
- Skvortsova N. N., Stepakhin V. D., Malakhov D. V., Sorokin A. A., Batanov G. M., Borzosekov V. D., Glyavin M. Yu., Kolik L. V., Konchekov E. M., Letunov A. A., Petrov A. E., Ryabikina I. G., Sarksyan K. A., Sokolov A. S., Smirnov V. A., Kharchev N. K. / Radiophysics and Quantum Electronics. 2016. Vol. 58. Is. 9. P. 701.
- Скворцова Н. Н., Степахин В. Д., Борзосеков В. Д., Сорокин А. А., Малахов Д. В., Качмар В. В., Колик Л. В., Кончеков Е. М., Гусейн-заде Н. Г., Ахмадуллина Н. С., Вороновa Е. В., Шишилов О. Н. / Физика плазмы. 2023. Т. 49. No 1. С. 75.
- Козак А. К., Петров А. Е., Поздняков Д. О., Соколов А. С. / Инженерная физика. 2023. No 6. С. 3–13. doi: 10.25791/infizik.6.2023.1333
- Akhmadullina N. S., Skvortsova N. N., Obraztsova E. A., Stepakhin V. D., Konchekov E. M., Letunov A. A., Konovalov A. A., Kargin Yu. F., Shishilov O. N. / Chem. Phys. 2019. Vol. 516. P. 63. doi:10.1016/j.chemphys.2018.08.023
- Скворцова Н. Н., Малахов Д. В., Степахин В. Д., Майоров С. А., Батанов Г. М., Борозосеков В. Д., Кончеков Е. М., Колик Л. В., Летунов А. А., Образцова Е. А., Петров А. Е., Поздняков Д. О., Сарксян К. А., Сорокин А. А., Укрюков Г. В., Харчев Н. К. / Письма в ЖЭТФ. 2017. Т. 106. Вып. 4. С. 240.
- Батанов Г. М., Бережецкая Н. К., Коссый И. А., Магунов А. Н., Силаков В. П. / Журн. техн. физ. 2001. Т. 71. Вып. 7. С. 119.
- Батанов Г. М., Борзосеков В. Д., Кончеков Е. М., Коссый И. А., Сарксян К. А., Малахов Д. В., Скворцова Н. Н., Степахин В. Д., Щербаков И. А. / Патент РФ No 2523471. Способ получения нанодисперсионных порошков нитрида бора и диборида титана. Зарегистрирован в государственном реестре РФ 26 мая 2014 г.
- Скворцова Н. Н., Степахин В. Д., Малахов Д. В., Колик Л. В., Кончеков Е. М., Образцова Е. А., Соколов А. С., Сорокин А. А., Харчев Н. К., Шишилов О. Н. / Патент РФ No 2727958. Способ получения облака заряженных частиц. Зарегистрирован в государственном реестре РФ 28 июля 2020 г.
- Гусейн-заде Н. Г., Скворцова Н. Н., Степахин В. Д., Борзосеков В. Д., Малахов Д. В., Кончеков Е. М., Ахмадуллина Н. С., Шишилов О. Н., Флид В. Р. / Патент РФ No 2772704. Способ нанесения наночастиц металлов на поверхность керамических носителей с
использованием микроволнового разряда. Зарегистрирован в государственном реестре РФ 24 мая 2022 г. - Летунов А. А., Князев А. В., Логвиненко В. П., Воронова Е. В., Харлачев Д. Е. / Сборник тезисов докладов L Международной (Звенигородской) конференции по физике плазмы и УТС. Звенигород, 2023. С. 257.
- Князев А. В., Летунов А. А., Воронова Е. В., Логвиненко В. П. / Сборник тезисов докладов XLIX Международной (Звенигородской) конференции по физике плазмы и УТС. Звенигород, 2022. С. 202.
- Методы исследования плазмы / под ред. В. Лохте-Хольтгревена. – М.: «Мир», 1971. С. 111–113. Uspekhi Prikladnoi Fiziki (Advances in Applied Physics), 2024, vol. 12, No 3308
- Соколов А. С., Малахов Д. В., Скворцова Н. Н. / Инженерная физика. 2018. No 11. С. 3.
- Соколов А. С., Ахмадуллина Н. С., Борзосеков В. Д., Воронова Е. В., Гаянова Т. Э., Гусейн-заде Н. Г., Заклецкий З. А., Козак А. К., Малахов Д. В., Скворцова Н. Н., Степахин В. Д., Образцова Е. А., Шишилов О. Н. / Известия высших учебных заведений. Радиофизика. 2022. Т. 65. No 11. С. 927.
- Укрюков Г. В., Малахов Д. В., Скворцова Н. Н., Сорокин А. А., Степахин В. Д. / Инженерная физика. 2017. No 2. С. 27.
- NIST Atomic Spectra Database Lines Form [сайт]. URL: https://physics.nist.gov/PhysRefData/ASD/ lines_form.html (дата обращения: 21.10.2023).
- Малышева Т. А. Численные методы и компьютерное моделирование лабораторный практикум по аппроксимации функций: учебно-методическое пособие ИТМО, Санкт-Петербург, 2016.
- Тейлор Дж. Введение в теорию ошибок. – М.: «Мир», 1985.
- Грим Г. Спектроскопия плазмы. – М.: «Атомиздат», 1969. С. 125–130
Выпуск
ОБЩАЯ ФИЗИКА
Бычков В. Л., Сороковых Д. Е., Бычков Д. В.
Светящееся образование с твердой оболочкой и газообразным ядром 223
ФИЗИКА ПЛАЗМЫ И ПЛАЗМЕННЫЕ МЕТОДЫ
Гришина И. А., Иванов В. А.
Состояние и перспективы развития исследований по физике плазмы и
управляемому термоядерному синтезу в России (по итогам LI Международной
(Звенигородской) конференции по физике плазмы и УТС, март 2024 г.) 233
Логвиненко В. П., Вафин И. Ю., Летунов А. А., Князев А. В., Воронова Е. В.,
Скворцова Н. Н., Борзосеков В. Д., Соколов А. С., Степахин В. Д., Нугаев И. Р.,
Козак А. К., Образцова Е. А.
Газокинетическая температура плазмы при синтезе микрочастиц диоксида титана
с нанесенными наночастицами меди 258
Козлов А. А., Долгов А. Н., Якубов Р. Х., Ревазов В. О., Давыдов С. Г.
Теневая визуализация импульсного разряда атмосферного давления в
квазиоднородном и сильно неоднородном электрическом поле 268
ФОТОЭЛЕКТРОНИКА
Яковлева Н. И.
Перспективные архитектуры фоточувствительных элементов для охлаждаемых
фотоприемных устройств на основе CdHgTe 277
ФИЗИЧЕСКОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
Гололобов Г. П.
Исследование многослойных золото-рутениевых контактных гальванопокрытий с
барьерными антидиффузионными подслоями из сплавов Cо-W и Ni-Mо 288
ФИЗИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА И ЕЁ ЭЛЕМЕНТЫ
Князев А. В., Летунов А. А., Логвиненко В. П., Воронова Е. В., Борзосеков В. Д.,
Степахин В. Д., Соколов А. С., Козак А. К., Иванов В. А., Скворцова Н. Н.
Излучение атомов и ионов металлов в плазмохимическом процессе,
инициируемом излучением мощного импульсного гиротрона в смесях порошков
магния и окиси титана 295
Другие статьи выпуска
Проведено исследование золото-рутениевых гальванопокрытий с технологически-
ми антидиффузионными подслоями из сплавов Cо-W и Ni-Mо. Опытными образца-
ми служили контакт-детали серийно выпускаемых герконов МКА-14. Оценено вли-
яние данных технологических подслоев на ряд основных характеристик покрытия,
таких как микротвердость, пористость и шероховатость. Исследовано изменение
состояния поверхности контакт-детали в процессе послойного формирования по-
крытия. Проведены коммутационные испытания партий экспериментальных маг-
нитоуправляемых контактов МКА-14 с тремя типами золото-рутениевого кон-
тактного покрытия в режимах 50 мВ, 5 мкА, 50 Гц и 12 В, 0,25 А, 50 Гц.
Проанализирована динамика изменения их контактного сопротивления в ходе
коммутаций.
Для построения охлаждаемых фотоприемных устройств на основе CdHgTe прове-
дена оценка параметров перспективных двухслойных р+/n, трехслойных p+/ν)/n+ и
барьерных nBn архитектур. Каждая из рассмотренных архитектур является эта-
пом создания более совершенной технологии изготовления фотонных фотоприем-
ных устройств на основе CdHgTe, что обеспечивает их работу при повышенной
температуре. Показано, что уменьшение темнового тока достигается использо-
ванием архитектур с конструируемой зонной диаграммой, включающей поглоща-
ющие слои n-типа проводимости. Проведенные расчеты подтверждают возмож-
ность реализации высокотемпературного режима работы ФЧЭ на основе CdHgTe
Представлены эксперименты по теневой визуализации импульсного разряда атмосферного
давления в квазиоднородном и сильно неоднородном электрическом поле. В них исследуется
(наблюдается) ударная волна, образующаяся при импульсном пробое короткого газового
промежутка атмосферного давления, инициируемого искровым разрядом по поверхности
диэлектрика. Проведен сравнительный анализ особенностей распространения ударной
волны при её возбуждении в разрядных устройствах различной геометрии.
По излучению молекулы оксида титана (TiO) была проведена оценка газокинетиче-
ской температуры плазмы в реакции синтеза микрочастиц диоксида титана
(TiO2 ) с нанесенными на них наночастицами меди (Cu). Реакции синтеза иницииро-
вались СВЧ-излучением мощного гиротрона в смеси порошков диоксида титана и
меди. В результате были получены материалы, включающие в свой состав микро-
размерные частицы диоксида титана округлой формы размером от 10 мкм до
200 мкм с нанесенными на их поверхность наночастицами меди. Концентрация
меди в смесях порошков менялась от 0,1 % до 20 % по весу. Газокинетическая тем-
пература оценивалась по спектру излучения
-системы молекулы TiO в диапазоне
от 700 нм до 720 нм. Полосы в этом диапазоне обусловлены электронными перехо-
дами между молекулярными состояниями А3Ф–Х3
. Увеличение концентрации ме-
ди в смеси порошков не приводило к СВЧ-пробою, пробой произошел при примене-
нии инициатора. Показано, что с изменением концентрации меди синтез
осуществляется при одинаковых газокинетических температурах 5500
500 К,
которые, таким образом, не зависят от содержания меди в смеси порошков.
Дан обзор новых наиболее интересных результатов, представленных на LI Между-
народной Звенигородской конференции по физике плазмы и управляемому термо-
ядерному синтезу, состоявшейся с 18 по 22 марта 2024 года в г. Звенигород Москов-
ской области. Проведен анализ достижений в основных направлениях развития
исследований в области физики плазмы в России и их сравнение с работами за ру-
бежом.
Работа посвящена светящимся образованиям (СО), появляющимся в природе в раз-
личных условиях, таких как извержение вулканов, удары линейной молнии в почву и
при геотектонических событиях, при воздействии горячих газов для создания по-
лых сфер, а также в капиллярных разрядах при ударе струи плазмы в обрабаты-
ваемый образец. Экспериментально получены долгоживущие светящиеся образова-
ния с временем жизни более 2 с и размером до 2 см. Построенная теория объясняет
возможность образования светящихся объектов в электрических приборах при вы-
соких перенапряжениях в электрической цепи и при взаимодействии линейной
молнии с линией электропередачи. Согласно ей, светящееся образование представ-
ляет собой заряженную сферу с оболочкой из атомов состава почвы или металлов
с внутренним объёмом, заполненным газообразным или парообразным веществом.
Такие оболочки могут образоваться в электрических приборах и при ударе молние-
вых разрядов в землю, содержащую SiO2 и Al 2 O3 и металлические предметы произ-
вольного состава. Рассчитана внутренняя энергия горячего шарообразного объекта
при передаче ему заряда от линейной молнии. Обсуждается возможность суще-
ствования этого объекта с высокой плотностью энергии вплоть до 10 10 Дж/м3
Издательство
- Издательство
- АО "НПО "ОРИОН"
- Регион
- Россия, Москва
- Почтовый адрес
- 111538, г Москва, р-н Вешняки, ул Косинская, д 9
- Юр. адрес
- 111538, г Москва, р-н Вешняки, ул Косинская, д 9
- ФИО
- Старцев Вадим Валерьевич (ГЕНЕРАЛЬНЫЙ ДИРЕКТОР)
- E-mail адрес
- orion@orion-ir.ru
- Контактный телефон
- +7 (499) 3749400