NERAVNOVESNOST' I DIFFUZIYa SIL'NOIONIZOVANNOY PLAZMY Ag V DUGOVOM KANALE

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

На примере высокоионизованной плазмы Аг атмосферного давления с немонотонным радиальным распределением свободных электронов, движущейся в узком дуговом канале, изучена эволюция по радиусу диффузионно-неравновесных состояний сильноионизованных плазм с поперечной неоднородностью осесимметричного типа. Показано, что эти состояния, близкие к равновесным в приосевой области канала, становятся ионизационно неравновесными (преобладает ионизация) для атомов и рекомбинационно неравновесными (преобладает рекомбинация) для однократных ионов в его среднем сечении. Наиболее сильная, рекомбинационная неравновесность (более 50%) возникает на краю дуги у атомов. Уравнение неразрывности с известными из эксперимента профилями температуры и концентрации электронов решено относительно плотностей атомов и ионов в приближении постоянства приведенных населенностей их основных состояний. Получены простые аналитические формулы для расчетов, в которых радиальное изменение этих плотностей определяется в основном спадом температуры. Найден критерий диффузионной неравновесности осесимметричной высокоионизованной плазмы любых газов, из которого следует, что, несмотря на полное подобие условий эксперимента, сильноточные разряды в однотипных газах Аг и Не образуют разные типы плазм (в плазме Аг нет сильной неравновесности на оси разряда). Ослабление энерговклада резко усиливает неравновесность: она растет в 1.5 раза при снижении плотности электронов всего на 6–10%. Показано, что в приосевой области дуги диффузия малой примеси атомов является вторичным процессом на фоне встречной диффузии ионов разной кратности – основных тяжелых частиц у оси, имеющих там высокую плотность, которая у ионов Ar+ слабо растет, а у ионов Ar++ резко спадает по радиусу. Обнаружена небольшая ионизационная неравновесность ионов Ar+, сменяющаяся при удалении от оси более сильной рекомбинационной неравновесностью, которая исчезает вместе с межионной диффузией в максимуме относительной плотности ионов Ar+, не доходя до середины радиуса плазменного канала.

References

  1. Финкельбург В., Меккер Г. Электрические дуги и термическая плазма. М.: Изд-во иност. лит., 1961. 372 с.
  2. Асиновский Э.И., Кариман А.В., Низовский В.Л. Стабилизированные электрические дуги и их применение в теплофизическом эксперименте. М.: Физматлит, 2008. 264 с.
  3. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. 3-е изд., перераб. и доп. Долгопрудный: Интеллект, 2009. 736 с.
  4. Дреевин С.В., Донской А.В., Гольдфорб В.М., Клубники В.С. Физика и техника низкотемпературной плазмы / Под общ. ред. Дресвина С.В. М.: Атомиздат, 1972. 352 с.
  5. Королев Ю.Д., Коригунов О.В., Хузеев А.П., Чиннов В.Ф., Шемякин Н.А. Исследование сильногенного диффузного разряда в аргоне // ТВТ. 1985. Т. 23. № 5. С. 853.
  6. Werner C.W., Zamir E., George E.V. Pressure Dependence of the Electron Density in Electron-beam-excited Rate-gas Plasmas // Appl. Phys. Lett. 1976. V. 29. № 4. Р. 236.
  7. Bretagne J., Godart J., Puech V. Kinetic Study of Electron Beam Excited Argon // Beitr. Plasmaphys. 1983. V. 23. № 3. Р. 295.
  8. Валешин В.М., Коригунов О.В., Чиннов В.Ф. Эволюция состояний пучковой плазмы инертных газов. «Холодная» квазистационарная плазма // ТВТ. 1986. Т. 24. № 1. С. 9.
  9. Исакаев Э.Х., Симеевич О.А., Тюфтаев А.С., Чиннов В.Ф. Исследование генератора низкотемпературной плазмы с расширяющимся каналом выходного электрода и некоторые его применения // ТВТ. 2010. Т. 48. № 1. С. 105.
  10. Исакаев Э.Х., Григорький Р.Р., Спектор Н.О., Тюфтаев А.С. Влияние угла раскрытия канала выходного электрода на характеристики плазмотрона // ТВТ. 1994. Т. 32. № 4. С. 627.
  11. Белешева А.А., Исакаев Э.Х., Маркин А.В., Хаймин В.А., Чиннов В.Ф. Анализ метрологических возможностей сильногенной дуги в плазмотронах с расширяющимся каналом // ТВТ. 2000. Т. 38. № 5. С. 693.
  12. Белешева А.А., Исакаев Э.Х., Маркин А.В., Чиннов В.Ф. Спектроскопический анализ пространственных распределений параметров плазмы в высокоэнтальпийных потоках аргона и азота // ТВТ. 2002. Т. 40. № 1. С. 533.
  13. Исакаев Э.Х., Маркин А.В., Хаймин В.А., Чиннов В.Ф. Автоматизированная система обработки спектров излучения плазмы // ПТЭ. 2001. № 1. С. 47.
  14. Belevtsov A.A., Chinnov V.F., Isakaev E.Kh. Emission Spectroscopy of Highly Ionized High-Temperature Plasma Jets // Plasma Sources Sci. Technol. 2006. V. 15. Р. 450.
  15. Шавелкина М.Б., Амиров Р.Х., Кавыршин Д.И., Чиннов В.Ф. Спектроскопическое исследование плазменной струи пепла с добавками углеводородов // ТВТ. 2020. Т. 58. № 3. С. 327.
  16. Shavelkina M.B., Kavyrshin D.I., Amirov R.Kh., Chinnov V.F., Dzahnidze H.M., Ivanov A.I. DC Erosion Jets for the Production of Composite Graphene Particles // Phys. Plasmas. 2023. V. 30. № 2. Р. 0120199.
  17. Собельман И.И. Введение в теорию атомных спектров. М.: Физматлит, 1963. 640 с.
  18. Konjevic N., Roberts J.R. A Critical Review of the Stark Widths and Shifts of Spectral Lines from Non-Hydrogenic Atoms // J. Phys. Chem. Ref. Data. 1976. V. 5. № 2. Р. 219.
  19. Konjevic N., Wiese W.L. Experimental Stark Widths and Shifts for Non-Hydrogenic Spectral Lines of Ionized Atoms // J. Phys. Chem. Ref. Data. 1976. V. 5. № 2. Р. 259.
  20. Konjevic N., Wiese W.L. Experimental Stark Widths and Shifts for Spectral Lines of Neutral and Ionized Atoms // J. Phys. Chem. Ref. Data. 1990. V. 19. № 6. Р. 1307.
  21. Биберман Л.М., Воробьев В.С., Якубов И.Т. Кинетика неравновесной низкотемпературной плазмы. М.: Наука, 1982. 376 с.
  22. Биберман Л.М., Воробьев В.С., Якубов И.Т. Кинетика ударно-радиационной ионизации и рекомбинации // УФН. 1972. Т. 107. № 3. С. 353.
  23. Коригунов О.В., Кавыршин Д.И., Чиннов В.Ф. Плотность атомов и скорость диффузии в сильномонизованной неоднородной плазме Не // ТВТ. 2022. Т. 60. № 6. С. 803.
  24. Коригунов О.В., Кавыршин Д.И., Чиннов В.Ф. Диффузия и плотность атомов в сильномонизованной неоднородной плазме Не // Вестник ОИВТ РАН. 2024. Т. 14. С. 4.
  25. Коригунов О.В., Чиннов В.Ф., Кавыршин Д.И. Сильномонизованная дуговая плазма Не. Неравновесность, неидеальность и кинетика // ТВТ. 2019. Т. 57. № 2. С. 164.
  26. Коригунов О.В., Чиннов В.Ф., Кавыршин Д.И. Сильномонизованная дуговая плазма Не. Определение температуры в условиях неравновесности и влияния плазменных микрополей // ТВТ. 2019. Т. 57. № 3. С. 338.
  27. Baeva M. Thermal and Chemical Nonequilibrium Effects in Free-Burning Arcs // Plasma Chem. Plasma Proc. 2016. V. 36. Р. 151.
  28. Baeva M., Benilov M.S., Almeida N.A., Uhrland D. Novel Non-equilibrium Modelling of a DC Electric Arc in Argon// J. Phys. D: Appl. Phys. 2016. V. 49. № 24. Р. 245205.
  29. Baeva M. A Survey of Chemical Nonequilibrium in Argon Arc Plasma // Plasma Chem. Plasma Proc. 2017. V. 37. Р. 513.
  30. Baeva M. Non-equilibrium Modeling of Tungsten-Inert Gas Arcs // Plasma Chem. Plasma Proc. 2017. V. 37. Р. 341.
  31. Benilov M.S. Modeling of a Nonequilibrium Cylindrical Column of a Low-Current Arc Discharge // IEEE Trans. Plasma Sci. 1999. V. 27. № 5. Р. 1458.
  32. Коригунов О.В., Кавыршин Д.И., Чиннов В.Ф. Диффузия столкновительной плазмы на примере сильногенной дуги в Не. Бинарная и тринарная ионизованные смеси // ТВТ. 2023. Т. 61. № 5. С. 645.
  33. Фершлер Дж., Капер Г. Математическая теория процессов переноса в газах / Пер. с англ. Под ред. Зубарова Д.Н. М.: Мир, 1976. 554 с.
  34. Силин В.П. Введение в кинетическую теорию газов. М.: Изд-во Физ. ин-та им. Лебедева РАН, 1998. 338 с.
  35. Жданов В.М. Процессы переноса в многокомпонентной плазме. М.: Физматлит, 2009. 280 с.
  36. Смирнов Б.М. Свойства газоразрядной плазмы. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2010. 363 с.
  37. Рожанский В.А., Цендин Л.Д. Столкновительный перенос в частичномонизованной плазме. М.: Энергоатомиздат, 1988. 248 с.
  38. Бенилов М.С., Тирский Г.А. Асимптотическая теория химически неравновесного слоя вблизи идеально каталитической стенки // ПММ. 1980. Т. 44. № 2. С. 281.
  39. Бенилов М.С., Тирский Г.А. Асимптотическая теория слоя неравновесной ионизации вблизи каталитической стенки в плазме молекулярных газов // ПММ. 1980. Т. 44. № 5. С. 839.
  40. Jonkers J., van de Sande M., Sola A., Gamero A., van der Mullen J. On the Differences between Ionizing Helium and Argon Plasmas at Atmospheric Pressure // Plasma Sources Sci. Technol. 2003. V. 12. № 1. P. 30.
  41. Радище А.А., Смирнов Б.М. Параметры атомов и атомных ионов. М.: Энергоатомиздат, 1986. 344 с.
  42. Коршунов О.В., Пащина А.С., Чишков В.Ф. Состав плазмы и диффузия в пристеночной области капиллярного разряда // ТВТ. 2024. Т. 62. № 2. С. 163.
  43. Пащина А.С., Ефимов А.В., Чишков В.Ф. Оптические исследования многокомпонентной плазмы капиллярного разряда. Дозвуковой режим истечения // ТВТ. 2016. Т. 54. № 4. С. 513.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).