Предложена расчетно-экспериментальная методика оценки параметров стационарной пучковой плазмы: средних по ее объему концентрации свободных электронов и степени ионизации газовой компоненты. Мощность пучка электронов, как и длина их пробега, находятся по измерениям вольтамперной характеристики и энергетической эффективности генераторов электронных пучков. Степень ионизации смеси газов рассчитана в предположении баланса процессов ионизации и рекомбинации заряженных частиц. Показано, что в плазме, созданной генератором электронного пучка в смеси газов среднего давления, ключевую роль в рекомбинации играет диссоциативная рекомбинация частиц. Даны оценки достоверности исходных допущений. Используя измеренные вольтамперные характеристики, проведены расчеты характеристик плазмы в смеси газов (О2 – 20,9 %, N2 – 78,1 %, пары H2O – 1 %) при давлении от 1 до 2,5 кПа.
The calculated and experimental technique of estimation of plasma characteristics has pro-posed. The power of electron beam and electrons mean path could be found on current-voltage characteristics and the energetic efficiency of electron beam generators. Ionization yield of gases mixture could be found in assumption about equality processes of ionization and recombination of charge particles. It has been shown that in the plasma which produced by electron beam generators in gases mixture with medium pressure key role is playing the process of dissociative recombination. Using measured current-voltage characteristics calcu-lation of plasma characteristics in gases mixture (oxygen 20.9 %, nitrogen – 78.1 %, water vapor 1 %) at a pressure from 1 to 2,5 kPa has done.
Идентификаторы и классификаторы
- SCI
- Физика
- Префикс DOI
- 10.51368/2307-4469-2023-11-4-300-311
- eLIBRARY ID
- 1051368230
Авторами предложена расчетно-экспериментальная методика оценки стационарной пучковой плазмы в газах среднего давления: средних по ее объему концентрации свободных электронов и степени ионизации. Мощность пучка электронов, как и длина их пробега, находится по измерениям вольтамперной характеристики и энергетической эффективности генераторов электронных пучков. Степень ионизации смеси газов – в предположении баланса процессов ионизации и рекомбинации заряженных частиц.
Для определения длины пробега электро-нов предложено использовать полуэмпирическое соотношение Канаи и Окаямы, которое лучше согласуется с результатами наших экспериментов, чем оценки по соотношению
Бете-Блоха.
Проведены оценки средней концентрации электронов, параметра характеризующего отношение скоростей плазмохимических реакций и степени ионизации в зависимости от ускоряющего напряжения и давления газа. Ne изменяется от 31011 до 31012 см 3, степени ионизации от 1,210-6 до 6,710-6. Таким образом, эффективная частота соударений электронов определяется их столкновениями с нейтральными молекулами, а вклад соударений с ионами пренебрежимо мал.
Показано, что в плазме, созданной генератором электронного пучка в смеси газов среднего давления, ключевую роль в рекомбинации играет диссоциативная рекомбинация частиц, поскольку параметр скорости реакций для всех экспериментов много меньше единицы. В предположении верности и применимости этих выводов наши оценки характеристик плазмы согласуются с экспериментальными результатами, приведенными в [18, 39].
При известных константах плазмохимических процессов предложенную методику можно модифицировать под любые газы.
Представленная методика и результаты расчетов были подробно обсуждены на L международной Звенигородской конференции по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу.
Список литературы
- Полак Л. С., Овсянников А. А., Словецкий Д. И., Врузель Ф. Б. Теоретическая и прикладная плазмохимия. – М: Наука, 1975.
- Завьялов М. А., Крейндель Ю. Е., Новиков А. А., Шантурин Л. П. Плазменные процессы в технологических электронных пушках. – М.: Энергоатомиздат, 1989.
- Panchenko A. N., Sorokin D. A., Tarasenko V. F. / Progress in Quantum Electronics. 2021. Vol. 76. P. 100314. doi: 10.1016/j.pquantelec.2020.100314. EDN PXCRFR
- Bokhan P. A., Gugin P. P., Lavrukhin M. A., Glubokov N., Zakrevsky D. E. / Phys. Plasmas. 2023. Vol. 30. P. 043504. doi: 10.1063/5.0138062.
- Бобров В. А., Войтешонок В. С., Головин А. И., Голубев М. М., Туркин А. В., Шлойдо А. И. Генератор электронного пучка (варианты). Патент на изобретение № 2535622 C1 РФ, МПК H05H 1/24. 2014. EDN ZFSYOL.
- Voiteshonok V. S., Golovin A. I., Turkin A. V., Shloydo A. I. / J. Phys.: Conf. Ser. 2018. Vol. 1109. P. 012030. doi: 10.1088/1742-6596/1109/1/012030. EDN NWISNY.
- Shloydo A. I., Turkin A. V., Voiteshonok V. S., Ego-rova E. K. / J. Phys.: Conf. Ser. 2021. P. 012009. doi: 10.1088/1742-6596/2055/1/012009. EDN NWEZJK.
- Tarasenko V. F. Runaway Electrons Preionized Dif-fuse Discharges. – NY: Nova Science Publishers, 2014.
- Chanrion O., Neubert T., Мogensen A., Yair Y., Stendel М., Singh R., Siingh D. / Geophys. Res. Lett. 2017. Vol. 44. P. 496–503. doi: 10.1002/2016GL071311.
- Vlainic М., Ficker O., Мlynar J., Macusova E. / Atoms. 2019. Vol. 7. P. 1–12. doi:10.3390/atoms7010012.
- Hender T. et al. / Nucl. Fusion. 2007. Vol. 47. P. S128. doi: 10.1088/0029-5515/47/6/S03.
- Кутеев Б. В., Кострюков А. Ю. / Письма в ЖТФ. 1999. Т. 25. Вып. 15. С. 33–40. EDN RGPSYT.
- Paschen F. / Annalen der Physik. 1889. Vol. 273. 5. P. 69–75. doi: 10.1002/andp.18892730505.
- Райзер Ю. П. Физика газового разряда. – Долгопрудный: Интеллект, 2009.
- Кудрявцев А. А., Смирнов А. С., Цендин Л. Д. Физика тлеющего разряда. – СПб: Лань, 2010.
- Mott-Smith H. M. Langmuir Irving / Phys. Rev. 1926. Vol. 28 (4). P. 727–763.
doi: 10.1103/PhysRev.28.727. - Хаддлстоун Р., Леонард С. Диагностика плаз-мы. – М.: Мир, 1967.
- Александров Н. Л., Анохин Е. М., Киндышева С. В. и др. / Физика плазмы. 2012. Т. 38. № 2. С. 200. doi: 10.1134/S1063780X12010011 EDN OPTFPL.
- Кудрявцев А. А., Морин А. В., Мустафаев А. С. / XXXIV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 2007.
- Головин А. И. / ТВТ. 2011. Т. 49. № 3. С. 472–475. EDN MMCIFZ.
- Гинзбург В. Л. Распространение электромагнитных волн в плазме. – М.: «Наука», 1967.
- Arlantsev S. V., Borovich B. L., Buchanov V. V., Molodykh E. I., Yurchenko N. I. / J Russ Laser Res. 1995. Vol. 16. № 2. P. 99–119. doi: 10.1007/BF02580863. EDN ZYGXDX.
- Войтешонок В. С., Головин А. И., Егорова Е. К., Ломакин Б. Н., Туркин А. В., Шлойдо А. И. / ТВТ. 2017. Т. 55. № 5. С. 685–691. doi: 10.1134/S0018151X17050194. EDN XOFVJB.
- Григорьев И. С., Мейлихов Е. З. Физические величины: Справочник. – М.: «Энергоатомиздат», 1991.
- Головин А. И. / Прикладная физика. 2015. № 5. С. 54–58. EDN UXOWBJ.
- Kanaya K. A., Okayama S. / Journal of Physics D: Applied Physics. 1972. Vol. 5. № 1. P. 43. doi: 10.1088/0022-3727/5/1/308.
- Баранов В. Ф. Дозиметрия электронного излучения. – М.: Атомиздат, 1974.
- Voiteshonok V. S., Golovin A. I., Turkin A. V., Shloydo A. I. / J. Phys.: Conf. Ser. 2017. Vol. 927. P. 012073. doi: 10.1088/1742-6596/927/1/012073. EDN XXQTDV.
- Kvitov S. V., Lomakin B. N., Solov’ev V. R., Sunarchin A. A., Tikhonov M. G., Cherkasskii N. V. / Plas-ma Physics Reports. 1996. Vol. 22. № 12. P. 1032–1043. EDN KAMZXB.
- Mätzing H. Chemical kinetics of the flue gas cleaning by electron beam. – Karsruhe: KFK 4494, 1989.
- Бычков В. Л., Юровский В. А. / ТВТ. 1993. Т. 31. № 1. С. 8–17.
- Chanin L. M., Phelps A. V., Biondi M. A. / Physi-cal Review. 1962. Vol. 128. P. 219. doi: 10.1103/PhysRev.128.219.
- Hurst G. S., Bortner T. E. / Physical Review. 1959. Vol. 114. P. 116. doi: 10.1103/PhysRev.114.116.
- Попов М. А., Анохин Е. М., Кочетов И. В. и др. / Физика плазмы. 2021. Т. 47. № 7. С. 661–670. doi: 10.31857/S0367292121070131. EDN QNDTPU.
- Aleksandrov N. L. et al. / J. Phys. D: Appl. Phys. 2022. Vol. 55. P. 383002. doi: 10.1088/1361-6463/ac7d7c
- Лойцянский Л. Механика жидкости и газа. – М.: Дрофа, 2003.
- Lyu X., Yuan C., Автаева С., Кудрявцев А., Yao J., Zhou ZH., Wang X. / Физика плазмы. 2021. Т. 47. № 4. С. 341–349. doi: 10.31857/S0367292121040065. EDN UZTQVF.
- Головин А. И., Голубев М. М., Егорова Е. К. и др. / Журнал технической физики. 2014. Т. 84. № 5. С. 41–45. EDN SNWBMD.
- Zhao S., Lyu X., Liu Y., Yuan C., Avtaeva S., Kudryavtsev A., Zhao Z. / IEEE Access. 2023. Vol. 11. P. 19339–19346. doi: 10.1109/ACCESS.2023.3248072.
- Polak L. S., Ovsyannikov A. A., Slovetskii D. I. and Vurzel’ F. B., Teoreticheskaya i prikladnaya plazmokhimiya (Theoretical and Applied Plasma Chemis-try), Moscow, Nauka, 1975 [in Russian].
- Zav’yalov M. A., Kreindel’ Yu. E. and Novikov A. A., Plasma Processes in Technological Electron Guns, Moscow, Energoatomizdat, 1989 [in Russian].
- Panchenko A. N., Sorokin D. A. and Tarasen-ko V. F., Progress in Quantum Electronics 76, 100314 (2021). doi: 10.1016/j.pquantelec.2020.100314.
EDN PXCRFR. - Bokhan P. A., Gugin P. P., Lavrukhin M. A., Glubokov N. and Zakrevsky D. E., Phys. Plasmas 30, 043504 (2023). doi: 10.1063/5.0138062.
- Bobrov V. A., Voiteshonok V. S., Golovin A. I., Golubev M. M., Turkin A. V. and Shloydo A. I. Electron beam generation. Patent for invention № 2535622 (RF). 2014. EDN ZFSYOL.
- Voiteshonok V. S., Golovin A. I., Turkin A. V. and Shloydo A. I., J. Phys.: Conf. Ser. 1109, 012030 (2018). doi: 10.1088/1742-6596/1109/1/012030.
EDN NWISNY. - Shloydo A. I., Turkin A. V., Voiteshonok V. S. and Egorova E. K., J. Phys.: Conf. Ser. 012009 (2021). doi: 10.1088/1742-6596/2055/1/012009. EDN NWEZJK.
- Tarasenko V. F., Runaway Electrons Preionized Diffuse Discharges, NY, Nova Science Publishers, 2014.
- Chanrion O., Neubert T., Мogensen A., Yair Y., Stendel М., Singh R. and Siingh D., Geophys. Res. Lett. 44, 496–503 (2017). doi: 10.1002/2016GL071311.
- Vlainic М., Ficker O., Мlynar J. and Macusova E., Atoms. 7, 1–12 (2019).
doi: 10.3390/atoms7010012 - Hender T et al., Nucl. Fusion. 47, S128 (2007). doi: 10.1088/0029-5515/47/6/S03
- Kuteev B. V. and Kostryukov A. Y., Technical Physics Letters 25 (15), 33–40 (1999) [in Russian]. EDN RGPSYT.
- Paschen F., Annalen der Physik. 273 (5), 69–75 (1889). doi: 10.1002/andp.18892730505.
- Raizer Yu. P., Gas Discharge Physics, Dolgoprud-nyj, Intellekt, 2009 [in Russian].
- Kudryavtsev A. A., Smirnov A. S. and Tsendin L. D., Physics of Glow Discharge, St. Petersburg, Lan’, 2010 [in Russian].
- Mott-Smith H. M. Langmuir Irving, Phys. Rev. 28 (4), 727–763 (1926). doi: 10.1103/PhysRev.28.727.
- Huddlestone R. H. and Leonard S. L., Plasma Diagnostic Techniques, New York, Academic, 1965.
- Aleksandrov N. L., Anokhin E. M., Kindyshe-va S. V. et al., Plasma Physics Reports 38 (2), 179–186 (2012). doi: 10.1134/S1063780X12010011. EDN PDKLGT.
- Kudryavcev A. A., Morin A. V. and Musta-faev A. S. Proc. XXXIV Conference on plasma physics and controlled fusion, Zvenigorod, 2007.
- Golovin A. I., High Temperature 49 (3), 456–459 (2011). doi: 10.1134/S0018151X11030072. EDN OHQSWH.
- Ginzburg V. L., Rasprostranenie Elektromagnit-nykh Voln v Plazme 2-e izd., Moscow, Nauka, 1967 [in Russian].
- Arlantsev S. V., Borovich B. L., Buchanov V. V., Molodykh E. I. and Yurchenko N. I., J Russ Laser Res. 16 (2), 99–119 (1995). doi: 10.1007/BF02580863.
EDN ZYGXDX. - Voiteshonok V. S., Golovin A. I., Shloydo A. I. et al., High Temperature 55 (5), 665–671 (2017).
doi: 10.1134/S0018151X17050194. EDN XOFVJB. - Grigoriev I. S. and Meilikhov E. Z. (Eds) Hand-book of Physical Quantities, Boca Raton, NY, CRC Press, 1996.
- Golovin A. I., Applied Physics, № 5, 54–58 (2015) [in Russian]. EDN UXOWBJ.
- Kanaya K. A. and Okayama S., Journal of Physics D: Applied Physics 5 (1), 43 (1972). doi: 10.1088/0022-3727/5/1/308.
- Baranov V. F., Dosimetry of Electron Radiation, Moscow, Atomizdat, 1974 [in Russian].
- Voiteshonok V. S., Golovin A. I., Turkin A. V. and Shloydo A. I., J. Phys.: Conf. Ser. 927, 012073 (2017). doi: 10.1088/1742-6596/927/1/012073. EDN XXQTDV.
- Kvitov S. V., Lomakin B. N., Solov’ev V. R., Sunarchin A. A., Tikhonov M. G. and Cherkasskii N. V., Plasma Physics Reports 22 (12), 1032–1043 (1996).
EDN KAMZXB. - Mätzing H., Chemical kinetics of the flue gas cleaning by electron beam, Karsruhe, KFK 4494, 1989.
- Bychkov V. L. and Yurovskij V. A., Teplofizika vysokikh temperatur 31 (1), 8–17 (1993). EDN KSPWBN.
- Chanin L. M., Phelps A. V. and Biondi M. A., Physical Review. 128, 219 (1962).
doi: 10.1103/PhysRev.128.219. - Hurst G. S. and Bortner T. E., Physical Review. 114, 116 (1959). doi: 10.1103/PhysRev.114.116.
- Popov M. A., Anokhin E. M., Kochetov I. V. et al., Plasma Phys. Rep. 47, 742–751 (2021).
doi: 10.1134/S1063780X21070138 - Aleksandrov N. L. et al., J. Phys. D: Appl. Phys. 55, 383002 (2022). doi: 10.1088/1361-6463/ac7d7c
- Lojcyanskij L. G., Mexanika zhidkosti i gaza (Liquid and gase mechanics), Moscow, Drofa, 2003 [in Russian].
- Lyu X., Yuan C., Avtaeva S. V. et al., Plasma Phys. Rep. 47 (4), 369–376 (2021).
doi 10.1134/S1063780X21040061. EDN FGSVFA. - Golovin A. I., Golubev M. M., Egorova E. K. et al., Technical Physics 59 (5), 670–674 (2014). doi: 10.1134/S1063784214050089. EDN SOSQFX.
- Zhao S., Lyu X., Liu Y., Yuan C., Avtaeva S., Kudryavtsev A. and Zhao Z., IEEE Access. (11) pp. 19339–19346 (2023). doi: 10.1109/ACCESS.2023.3248072
Выпуск
ОБЩАЯ ФИЗИКА
Свиридов К. Н.
Алгоритмы обработки изображений космического мусора в наземной матрице апертурного синтеза 285
ФИЗИКА ПЛАЗМЫ И ПЛАЗМЕННЫЕ МЕТОДЫ
Шлойдо А. И., Туркин А. В.
Оценки характеристик плазмы, созданной генератором электронного пучка с подачей газа в разрядный канал 300
Тарасенко В. Ф., Белоплотов Д. В., Ломаев М. И., Панченко А. Н., Сорокин Д. А.
Тонкие светящиеся треки при наносекундном разряде в неоднородном электрическом поле 312
ФОТОЭЛЕКТРОНИКА
Яковлева Н. И.
Органико-неорганические перовскиты на основе галогенидов для создания перспективных изделий фотоэлектроники 320
ФИЗИЧЕСКОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
Железнов В. Ю., Малинский Т. В., Рогалин В. Е., Хасая Р. Р., Хомич Ю. В., Исаков В. В., Козлов А. Л., Новиков И. А., Ножницкий Ю. А., Шибаев С. А.
Лазерные технологии, сопутствующие лазерной ударной обработке деталей: очистка, полировка, наплавка (обзор) 340
Другие статьи выпуска
Разнообразные лазерные технологии активно используются в металлообработке.
В частности, лазерная ударная обработка (ЛУО) является наиболее эффективным способом увеличения ресурса металлоконструкций, подверженных многоцикловой нагрузке. Она используется для увеличения ресурса дорогостоящих элементов конструкции, например, деталей авиационных двигателей. Такой обработке рекомендуется подвергать детали, прошедшие определенный срок эксплуатации. Однако, в дополнение к ЛУО, в технологический цикл имеет смысл добавить некоторые сопутствующие лазерные технологии, такие как очистка, полировка и наплавка. Эти технологии уже давно применяются в обработке металлов. Бывшие в употреблении детали, прежде всего, нуждаются в тщательной очистке перед проведением процесса ЛУО. Для этого наиболее эффективна лазерная очистка. Затем деталь может нуждаться в ликвидации забоин, для чего весьма эффективна лазерная наплавка. После проведения этих операций, а также ЛУО, обычно требуется полировка детали, которая также возможна с использованием лазерной технологии. В данной статье рассмотрены основные лазерные методы очистки, наплавки и полировки металлических конструкций, которые могут быть использованы, как совместно действующие.
Проведены исследования свечения наносекундного диффузного разряда между двумя остриями с высоким пространственным разрешением. При атмосферном давлении воздуха, а также при давлениях 300, 100 и 30 Торр, обнаружено большое число тонких светящихся треков, стартующие из области ярких пятен на электродах.
Показано, что форма треков изменяется от прямых линий до извилистых, а направление их движения в ряде случаев может меняться на противоположное. Установлено, что в условиях формирования тонких светящихся треков, в спектре излучения диффузной плазмы при резко неоднородном электрическом поле и наносекундной длительности импульса напряжения доминируют полосы второй положительной системы азота. С помощью ICCD камеры показано, что излучение треков в первые десятки наносекунд на фоне широких стримеров и диффузного разряда не регистрируется. Выдвинута гипотеза, объясняющая появление многочисленных треков при пробое воздуха в неоднородном электрическом поле.
Рассматривается проблема контроля фрагментов космического мусора техногенного происхождения. Для динамичных низкоорбитальных фрагментов исследуются алгоритмы цифровой статистической обработки коротко-экспозиционных изображений, получаемых в безизбыточной матрице апертурного синтеза. Специфические особенности оптической передаточной функции (ОПФ) безизбыточной матрицы, а именно, ее «островной» характер, приводят к трудностям восстановления неискаженного атмосферой пространственного спектра объекта контроля во всей пространственно-частотной области матрицы. Показано, что для восстановления неискаженного атмосферой модуля пространственного спектра объекта во всей области пространственных частот матрицы необходимо использовать модифицированный нами алгоритм метода Лайбери. Для восстановления фазы пространственного спектра объекта на «островах» пространственно-частотной области необходимо использовать модифицированный алгоритм метода Нокса-Томпсона, а для сшивания фаз, полученных в «островах», по всей области пространственных частот матрицы и восстановления фазы пространственного спектра от объекта необходимо использовать модифицированный алгоритм метода тройных корреляций.
Представлены этапы совершенствования структурированных материалов на ос-нове органико-неорганических перовскитов (PVSKs) от первых простых композиций до сложных, смешанных с коллоидными квантовыми точками (ККТ) QDiP-структур (quantum-dot-in-perovskite). Исследованы фазовые состояния, композици-онный состав, особенности синтеза и варианты архитектур, предназначенных для различных оптоэлектронных применений. В целях расширения спектрального диа-пазона фоточувствительности за границы видимого (Vis) диапазона в инфракрас-ный (ИК, IR) введены разнообразные композиции перовскитных материалов, в том числе структура с промежуточной зоной (intermediate band, IB) в энергетической диаграмме, расположенной между валентной зоной (VB) и зоной проводимости (CB). Данная промежуточная зона позволяет поглощать излучение в более длинно-волновой области, достигая эффективности преобразования излучения 50 % по сравнению с приборами на основе планарного р–n-перехода с максимальной эффек-тивностью 25 %.
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