142190 Московская обл., г. Троицк.
Отдел Кинетики и Оптики Низкотемпературной Плазмы
Напартович Анатолий Петрович
тел.: (095)334-04-50
фак:с (095)334-51-58, (095)334-57-76
e-mail: apn@triniti.ru
Исследования по Физике Низкотемпературной Плазмы (ФНТП) в нашей
группе сосредоточены по следующим направлениям: 1) создание полных кинетических
моделей плазмы разрядов в газах разного состава; 2) развитие моделей различной
пространственной размерности для разных типов разрядов в смесях газов; 3)
теоретическое изучение электронной и молекулярной кинетики на уровне вычисления
сечений молекулярных столкновений, констант скоростей процессов и расчёта
функций распределения по энергиям и уровням.
Исследования
выполняются в интересах следующих приложений: создание и развитие новых
промышленных технологий (плазменная очистка загрязненных газов; плазменная
обработка поверхностей катализаторов и адсорбентов для их восстановления;
плазменное осаждение защитных покрытий и травление поверхностей; модификация
свойств поверхности полимеров; плазменные методы стерилизации поверхностей
различных объектов, включая жидкие растворы); технологические СО лазеры как в основной,
так и в обертонной полосе; электроразрядные кислород-йодные и эксимерные
лазеры; газоразрядные некогерентные источники света; плазменные методы управления
газовыми потоками и процессами горения.
Многие
работы по перечисленной тематике проводятся совместно с сотрудниками ряда
Российских и зарубежных институтов, включая экспериментальные подразделения ГНЦ
РФ ТРИНИТИ, Физический Институт им. П.Н. Лебедева РАН, Государственный Университет
Санкт-Петербурга, Институт Высоких Температур РАН, Университет г. Бари
(Италия), Университет Гента (Бельгия), Институт Физики (Белград, Югославия).
I.
Практически завершено создание детальной модели кинетики плазмы в смесях СО
лазера в приложении к описанию СО лазера, работающего в основной или обертонной
полосе [1, 2]. В детальную кинетическую модель включены многоквантовые процессы
колебательно-колебательного обмена между молекулами СО и между молекулами СО и N2 с константами, рассчитанными
совместно с проф. Качиаторе (Италия).
Развивалась
детальная кинетическая модель в кислородсодержащих смесях для условий высокой
концентрации синглетного кислорода, используемого в качестве энергоносителя в
кислород-йодном лазере [3]. Результаты расчётов сопоставлялись с экспериментом.
Созданная модель используется для проведения расчётных исследований
эффективности различных типов разрядов в качестве генераторов синглетного кислорода.
Созданная нами модель тлеющего разряда в топливо – воздушной среде, позволяющая определить условия воспламенения горючих смесей с помощью плазмы сверхзвукового тлеющего разряда, развита далее на описание плазменного воспламенения смеси этилена с воздухом. В модели сочетается традиционный физико – химический подход к описанию реакций горения и расчёт разряда на основе решения уравнения Больцмана и системы балансных уравнений для компонент плазмы.
Для
оценки перспективности различного рода разрядных источников некогерентного
света нами разрабатываются модели тлеющего разряда в смесях, содержащих излучающие
добавки. Модели включают в себя самосогласованное описание электронной кинетики
и эволюции возбуждённых состояний многоуровневых частиц с учётом эффектов
пленения резонансного излучения и передачи возбуждения.
II.
В рамках второго направления изучена эволюция структуры отрицательной короны
между катодом, имеющим различную форму, и плоскостью в воздухе. На основе
сравнения с экспериментами, выполненными в ГНЦ РФ ТРИНИТИ, и в Университете
Гента (Бельгия) определены основные механизмы, ведущие к формированию диффузной
формы разряда при атмосферном давлении [4].
III.
В рамках третьего направления проводилось детальное изучение электронной кинетики
в плазме различных газов. Проведено сопоставление ранее выполненных нами работ
с работами группы Петровича (Институт Физики, Белград, Югославия), в
которых использован другой подход. Найдено хорошее согласие в предсказании
отрицательной электронной проводимости двумя независимыми методами [5]. Численно анализировался эффект бистабильности
формы электронной функции распределения и, соответственно, характеристик плазмы
несамостоятельного разряда в тяжелых благородных газах [6].
В плазме
возбужденного азота большую роль играют колебательно возбуждённые молекулы,
динамика которых существенно зависит от скорости колебательно-колебательного обмена.
Нами проводились численные исследования скорости колебательного энергообмена
между молекулами азота на разных колебательных уровнях, а также между
молекулами СО и N2 [7].
Рассчитаны также константы скорости релаксации колебательно возбужденных СО и N2 при столкновениями с атомами Не.
Публикации
1.
А.К. Курносов, А.П. Напартович, С. Л. Шнырев, Численное
исследование эффективности генерации СО лазера на обертонных или основных
переходах в зависимости от ширины спектра генерации. Квантовая Электроника, 34, 1027-1032, 2004
2.
A.P.
Napartovich, A.A. Ionin, Yu.M. Klimachev, A.A. Kotkov, K. Kurnosov, S.L.
Shnyrev, L.V. Seleznev, D.V. Sinitsyn, CO laser: Advances in theory and experiment,
SPIE Proceedings, 5777, 408-413, 2004
3.
Н. П. Вагин, А. А. Ионин, Ю. М. Климачев, А. А. Котков,
И. В. Кочетов, А. П. Напартович, Ю. П. Подмарьков, Л. В. Селезнев, Д. В.
Синицын, М. П. Фролов, Г. Д. Хагер, Н. Н. Юрышев, Импульсный
электроионизационный разряд в кислород содержащих газовых смесях: электрические
характеристики, спектроскопия и выход синглетного кислорода. Квантовая Электроника, 34, 865-870, 2004
4.
T
Callebaut, I Kochetov, A. P. Napartovich, Yu Akishev,
C Leys, Numerical simulation and experimental study of the corona and
glow regime of a negative pin-to-plate discharge in flowing ambient air. Plasma
Sources Sci. Technol. 13, 245–250, 2004
5.
M.
Suvakov, Z. Ristivojevic, Z.Lj. Petrovic, S. Dujko, Z.M. Raspopovic, N.A.
Dyatko, A.P. Napartovich, Spatial Profiles of Electron Swarm Properties and
Explanation of Negative Mobility of Electrons, IEEE Transactions on Plasma
Science, 33, 532-533, 2005
6.
Н.А. Дятко, А.П. Напартович, Теоретическое исследование
эффекта бистабильности в несамостоятельном разряде в Kr и Ar. Физика Плазмы, 30, 1025-1034, 2004
7.
Cacciatore
M., Kurnosov A., Napartovich A., Shnyrev S., Vibrational energy exchanges
between N2 and strongly excited CO molecules: their role in
vibrational kinetics, J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys., 37,
3379-3398, 2004
Основные результаты
· Практически завершено создание детальной модели колебательной кинетики в смесях газов, содержащих азот и моноокись углерода. При сопоставлении с экспериментом установлена важная роль квазирезонансного обмена энергией между молекулами на первых и высоких колебательных уровнях.
· Детальное моделирование тёмной фазы, возникающей после пробоя в тлеющем разряде в различных газах, при сопоставлении с экспериментом, выполненным в Скт.-Петербургском ГУ, позволило получить ценную информацию о процессах с участием электронно возбуждённых атомов и молекул.
· В модели тлеющего разряда в топливо – воздушной среде, сочетающей описание химических реакций горения с расчётами баланса частиц в плазме численно найдены энерговклады в тлеющем разряде в смесях воздуха с водородом и с этиленом, необходимые для воспламенения сверхзвукового потока смеси.