Том 63, № 4 (2025)

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.

Представлена связь между излучательными параметрами горячей плазмы за счет фоторекомбинации электронов и ионов. Полученные соотношения применены для анализа газоразрядной гелиевой плазмы, исследованной экспериментально в рамках конкретной схемы газового разряда. Показано, что такая плазма, из которой выделена центральная часть в результате истечения из области газового разряда через отверстие, является эффективным источником излучения в области вакуумного ультрафиолета. Такой источник может быть использован для литографии.

Работа посвящена описанию термодинамических свойств жидкой фазы вольфрама в рамках трех простых моделей уравнений состояния при высоких плотностях энергии. Рассматриваются модели газа Ван-дер-Ваальса, взаимодействующих точечных центров Петрик и конденсированного вещества в широком диапазоне плотностей и температур. На основе этих трех моделей для жидкого вольфрама построены уравнения состояния, которые представлены в форме зависимости свободной энергии от удельного объема и температуры. Границы областей применимости каждого из трех предложенных уравнений состояния определены путем сопоставления расчетных термодинамических характеристик этого металла с имеющимися экспериментальными данными по изобарическому и изоэнтропическому расширению, а также ударному сжатию при высоких давлениях и температурах.

Представлены результаты экспериментальных исследований перехода диэлектрической проницаемости легированного кремния n-типа в отрицательную область значений в терагерцевом спектральном диапазоне при воздействии электромагнитной волны с амплитудой электрического поля до 9 МВ/см. Экспериментально показано, что при напряженности электрического поля ~100 кВ/см в спектре коэффициента отражения наблюдается минимум, обусловленный равенством частоты источника ТГц-излучения и плазменной частоты, при котором действительная часть диэлектрической проницаемости кремния становится отрицательной. При увеличении напряженности электрического поля свыше 1 МВ/см переход диэлектрической проницаемости в область отрицательных значений определяется концентрацией носителей, частотой электронных столкновений и не зависит от частоты этой волны. При этом минимум в коэффициенте отражения исчезает, и коэффициент отражения остается практически постоянным во всем исследуемом спектральном диапазоне от 0.8 до 2.5 ТГц. В этом случае действительная часть диэлектрической проницаемости переходит в область отрицательных значений при равенстве плазменной частоты и частоты электронных столкновений.

Приводятся результаты численных расчетов локальной структуры течения, турбулентности двухфазного течения и объемной концентрации твердых частиц в районе точки торможения у цилиндрического тела с плоским торцом. В численных расчетах используется RANS-подход и модель переноса компонент тензора рейнольдсовых напряжений с учетом двухфазности потока. Численные расчеты показали значительный рост объемной концентрации частиц вблизи поверхности тела. Все три использованных в работе подхода по моделированию динамики дисперсной фазы дают качественно подобные результаты (отличие не превышает 25%) для случая течения в трубе при отсутствии установленного тела. Результаты расчетов по эйлерову и лагранжеву подходам показывают только качественное согласие с данными экспериментов и полного лагранжева метода расчетов для случая наличия обтекаемого тела. При этом наибольшее отличие для эйлерова подхода достигает 75% в окрестности поверхности тела. Для лагранжева метода показано, что максимальное отличие не превышает 35% в окрестности установленного тела. Получено удовлетворительное количественное согласие с данными экспериментов для случая полного лагранжева описания в распределениях массовой концентрации частиц (отличие не превышает 20%). Все три расчета качественно верно воспроизводят распределения массовой концентрации твердых частиц при наличии установленного тела.