Упорядоченные структуры в термической плазме с сильным взаимодействием макрочастиц тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.08 ВАК РФ

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПР0ФПССИ011ЛЛЫ ЮГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОй ФПДЕРА1 [МП

МОСКОВСКИЙ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ)

л«» На праинч p>Konm и

^ С. УДКЯ'..'):.

*

ЧЕРНЫШЕВ АЛЕКСАНДР BACHJibEBl 14

'УПОРЯДОЧЕННЫЕ СТРУКТУРЫ В ТЕРМИЧЕСКОЙ 11ЛАЧМЕ С СИЛЬНЫМ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕМ МЛКРОЧАС! III I

01.04.08 - Физика и химия плазмы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва ! W8

Г.|Г)(1! ,1 выполнена » НИЦ Теило<|>113лкн импульсных »одайепшй обьеднпепиш о ипсппута высоких температур,

1 Мучные руководители: доктор технических наук, профессор Нефедов А.П.

кандидат физико-математических наук Петров О.Ф.

Официальные ошюнен 1 ы: доктор физико-математических наук Василяк Л.М.

доктор физико-математических наук Хахаев А. Д.

Ведущая организация: Физико-технический институт

им. А.Ф. Иоффе.(г. Санкт-Петербург)

Заицна СОСЮН1СЯ "__"_1998 г. в_час._мин.

па заседании Специализированного ученого совета К 063.91.06 при Московском физико-техническом институте (141700, г.Долгопрудный/Моск. обл., Иисштутский пер., 4, МФТИ).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МФТИ. ' Автореферат разослан "__"_1998 г.

Ученый секретарь Специализированного совет»

кф.-м.и. —— БрагинВ.Е,

Объединенный "ИВТАН" Российской академии наук, 1998.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследовании: Термическая плазма с макроскопическими частицами дисперсной фазы представляет собой низкотемпературную плазму, содержащую жидкие или твердые час: ¡щы вещества. В литературе такую плазму называют также пылевой, аэрозольной, коллоидной или плазмой с дисперсной фазой. Характерные размеры макрочастиц могут изменяться в очень широких пределах - от десяткой ангстрем до сотен микрон, а концентрация может быть достаточно большой для того, чтобы существенно изменить свойства плазмы. Активное исследование плазмы с макрочастицами началось лишь в последние десятилетия в связи с целым рядом, приложений, таких, как электрофизика и электродинамика продуктов сгорания ракетных топлив, электрофизика рабочего тела магнитогидродинамического генератора на твердом топливе, фишка пьшегазовых облаков в атмосфере. Плазма с макрочастицами широко распространена в космосе. Она обнаружена в плгшетных кольцах, хвостах комет, вблизи поверхности Луны, в межпланетных и межзвездных облаках. В последние годы повышенный интерес к изучению свойств пылевой плазмы связан с широким использованием технологий плазменного напыления и травления в микроэлектронике и при производстве тонких пленок.

Внимание к плазме с макрочастицами еще более усилилось после обнаружения упорядоченных структур сразу в нескольких типах плазмы [1-3]. Возможность возникновения дальнего порядка в кулоновекнх системах рассматривалась ранее в ряде теоретических' работ, причем определяющим параметром является параметр неидеальности Г - отношение потенциальной энергии кулоновского взаимодействия к кинетической энергии гснлового движения.

5 данный момент большой интерес представляет проведение cipororo количественного сравнения результатов наблюдения упорядоченных струкпр с результатами теоретических экспериментов. Возникающие здесь Затрудне"пнч обусловлены тем, что эксперименты носили, в основном, феноменологическим характер, поставив множество вопросов, касающихся как- щерит взаимодействия макрочастиц, так и величины их кинетической энергии.

Цель, диссертационной работы - изучение унорчдоченных стр>м\р макрочастиц в низкотемпературной термической плазме. Día цель предполагав как диагностику структур макрочастиц и определен)'® Параметров дисперсной среды, так и, сравнение экспериментальных речун.кион с реп.н.гаыми численного моделирования.' В результате проведенного сопоставления моп i быть сделаны выводы о механизмах взаимодействия макрочастиц и о процессе •формирования структуры макрочастиц в термической плазме.

Научная новизна работы состоит в следующем: Впервые маолкма.шсь упорядоченные структуры и термической плазме с частицами дисперсной фа .ы Рассмотрены: зарядовый состав плазмы, возможные механмлш <apa ik¡;

макрочаоиц и энергия их взаимодействия а также процессы формирования упорядоченных структур макрочастиц. Предложены оригинальные методы для одновременного определения следующих параметров плазмы с макрочастицами: средние размеры, концентрация и температура макрочастиц, температура газовой фазы, концентрации атомов щелочного металла, ионов и электронов. Предложена методика для изучения упорядоченных структур макрочастиц. В результате сопоставления результатов проведенных экспериментов с результатами численного моделирования

а)получспы новые данные о зарядовом составе термической плазмы с макрочастицами;

б)выбрана модель взаимодействия макрочастиц наилучшим образом описывающая изучаемую систему;

в)изучсна динамика формирования плазменпо-пылевого кристалла в термической плазме.

Научная и практическая ценность работы

В данной работе разработаны новые и модифицированы существующие средства и методы диагностики низкотемпературной плазмы с макрочастицами. Эти методы могут применяться для контроля за протеканием различных технологических процессов, качественным и количественным составом частиц в энергетических установках, камерах сгорания, дымовы:; трубах и т.д.

Данная работа является комплексным исследованием таких свойств силыюнеидеалыгай пылевой плазмы как электропроводность, распространение оптического излучения, а также динамики и условий формирования упорядоченных структур макрочастиц.

Впервые экспериментально и теоретически исследовалось возникновение упорядоченной структуры в системе заряженных макрочастиц.' Плазменные кристаллы обладают целым рядом уникальных свойств .делающих их незаменимым .инструментом как лри исследовании свойств сильно неидеальной плазмы, так и при исследовании фундаментальных свойств кристаллов. К ним следует отнести простоту их получения, наблюдения и контроля за их параметрами, ■ а также быстрые времена релаксации к равновесию и отклика на внешние возмущения.

Проведено экспериментальное изучение различных механизмов зарядки частиц и их влияния на образование плазменно-пылевых структур.

Научные положения, выносимые на защиту

1. Автоматизированный экспериментальный стенд, для изучения термической плазмы с макрочастицами.

2. Методика определения зарядового состава плазмы с макрочастицами.

3. Результаты экспериментальных и численных исследовании зарядового состава плазмы с макрочастицами.

4. Методика диагностики упорядоченных структур макрочастиц о термической плазме. '

5. Результаты экспериментальных исследований упорядоченных структур макрочастиц в термической плазме.

Аппробация результатов работы

Основные результаты работы докладывались на Конференции по физике низкотемпературной плазмы (Петрозаводск, 1995), на III Межюсударственной научно-технической конференции по оптическим методам исследования потоков (Москва, 1995), на XIII Европейской конференции по атомной и молекулярной физике ионизованных газов (Попрад, Словакия, 1996), на 12-ой Международной • МГД-конференции (Иокогама, Япония,1996), на 3-м Международном аэрозольном симпозиуме (Москва, 1996), на Международной конференции по физике пылевой плазмы (Гоа, Индия,1996), на 39-ой Научной конференции МФТИ (Москва. 1996), на 34-ой Конференции SEAM (Миссисипи, 1997), на Конференции по физике кластеров в плазме и тмх (Пущино, 1997), на 23-ей Конференции 1GP1G (Тулуза, Франция, 1997), на 4-ой Межгосударственной научно-технической конференции по оптическим методам исследования потоков (Москва, 1997), на Конференции по физике плазмы и плазменным технологиям (Минск, 1997), на 40-ой Юбилейной научной конференции МФТИ (Москва, 1997), .на семинарах и конференциях в 11RTAM.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 28 печатных работах.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 110 нанменоь.тпий. Содержание работы изложено на 141 странице текста, включает 46 рисунков п 3 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность темы исследований, поставлена цель диссертационной работы, кратко изложены результаты, характеризующие новизну работы. Сформулированы основные результаты, выносимые на защиту.

Первая глава носит обзорный характер.

В п. 1.1 рассмотрены основные процессы, определяющие зарядовый состав низкотемпературной термической плазмы с макрочастицами.

П. 1.2 является обзором по теоретическим и экспериментальным исследованиям упорядоченные структур макрочастиц в различных тинах плазмы.

. Для описания взаимодействия частиц, традиционно нсполгзуегся либо модель однокомпонентной плазмы (ОКП), либо модель с экранированным (дебаевским) потенциалом ¡4). В случае ОКП потенциал взаимодействия части является кулоновским, а трехмерная система формирует регулярную

кристаллическую структуру для значений Г, больших Г=171 [5]. При малых величинах Г (Г<4) состояние плазмы является "газообразным" [4]. В дебяевской модели рассматривается эффект экранировки фоном зарядов, что приводит к потенциал}- взаимодействия типа Дебая-Хюккеля [6].

В этом разделе рассказывается об экспериментальном наблюдении упорядоченных структур макрочастиц в различных типах плазмы [1-3]. Практически во всех известных экспериментальных работах упорядоченные струн А ры наблюдались либо в облаке одноименных зарядов, либо в приэлектродном слое объемного заряда, содержащем от сотен до нескольких десятков тысяч заряженных частиц. Потенциал ззанмодекствия частиц, вид которого оказывает существенное влияние на фазовые переходы в плазме, может при этом значительно отличаться от потенциала взаимодействия в классической квазинейтральной плазме.

Отмечено, что объектом изучения в данной работе являются прогяженные, существенно трехмерные упорядоченные структуры макрочастиц в объеме квазинейтральной плазмы

В н. 1.3 дана классификация экспериментальных методов исследования плазмы с макрочастицами с краткой характеристикой их достоинств и недостатков.

П. 1.3.1 посвящен рассмотрению-методов диагностики газовой фазы. Основные определяемые параметры: температура газа, концентрация атомов щелочного металла, концентрации ионов и электронов. В работах по ьсследованию термической плазмы с макрочастицами эти параметры определяются, в основном, с помощью методик, разработанных для исследования плазмы без макрочастиц. Однако присутствие частиц дисперсной фазы в газовых потоках может заметно повлиять на их оптические, радиационные и электрофизические характеристики, и, как следствие, привести к с\ шественному искажению измеряемых величин в случае двухфазной среды.

1} н. 1.3.2 приведен обзор существующих методик, используемых для ли,, ностпки макрочастиц. Основные определяемые . параметры: размеры, копцешрация, показатель преломления, температура макрочастиц. (Чщссп'дютие методики определения этих параметров обладают рядом педоекпков, основные из них - существенное возмущение исследуемой среды и наю\а.¡ичосп. использования априорной информации.

1{ и. 1-3.3 рассмотрены методики наблюдения и анализа упорядоченных >.|р\к1\р Покампо, что методики, используемые в газоразрядной плазме, неприменимы хи диагностики структуры макрочастиц втермической плазме.

В п. Ы сформулированы выводы и заключение по первой главе работы.

Пища« 1.|;та посвящена описании! диагностических методов, исн.\!..гч«!.',.-ч •кснеримоте и экспериментальной установки. .

с

В п. 2.1 описаны методы, определения параметров газа в присутствии макрочастиц. .

Для определения температуры газа и концентрации атомов щелочною металла использовались, модифицированные для случая плазмы с макрочастицами, обобщенный метод обращения и метод полного поглощения [71 (рис.!).

Рис.1. Схема измерения параметров газовой фазы. Л - эталонная лампа, М -модулятор, 01, 02 - объективы, Г - горелка, С - спектральный прибор.

Показано, что для корректного измерения названных параметров . необходимо провести измерение трех сигналов (Би» -сигнал от лампы, прошедший через двухфазную среду, 5р - сигнал собственною излучения двухфазной среды, и $1. - сигнал эталонного источника) на двух длинах воли: Хо (на линии излучения натрия) и А. ( рядом с линией ). Газовая температура находится по формуле:

' . и--^---- (1)

8 .и с2 I (г0-о )) б^Р-Б,.,,

' где т *- оптическая плотность, плазмы с частицами, индекс соответствует величинам, определенным на линии.

Модификация .метода полного поглощения состоит в том, что эквивалентная ширина линии А(Х) находится по формуле

А(А)= ^ехрС-Ц.) + БР Бц^ААУ^,. ехр(-т,)), (2)

где (тР = - Бр^Б^) - оптическая плотность слоя часгпц,

В данной работе для определения концентрации положительных ионов использовался одиночный зонд, аналогичный описанному в [8], а концентрация электронов определялась с помощью измерений продольной напряженности и . тока [9]. Особенностью этой, работы является применений численною моделирования для интерпретации результатов этих измерении и нахождения • из них распределении концентраций электронов и попов, а также заряда частиц

В п. 1.2 описаны методы, использовавшиеся для диагностики макрочастиц.

Для одновременного определения размеров и концсшдмцпп макрочастиц применялся метод апертурпой прозрачности (рис.2) Он основам

на зависимости измеряемой ошичееkoíí плотности слоя частиц т*от величины апертурного угла 0' (3).

q(O') s = 1 - ] p(0)sin OJO (3)

т ^ о

где р(0) - индикатриса рассеяния, 0 - угол рассеяния. Параметры частиц находятся сравнением экспериментальной зависимости q(O') с вычисленной па основе теории Ми.

Рис.2. Принципиальная схема метода апертурной прозрачности. 1 - источник излучения, 2 - макрочастицы, 3 - апертурпая диафрагма, 4 - апертуриая лита, 5 - фотодетектор.

Для одновременного определения размеров, концентрации, показателя преломления и температуры макрочастиц использовался спектрометрический метод. В нем, как и при диагностике газовой фазы, измеряются три сигнала па нескольких длинах волн с помощью схемы, которая аналогична описанной-в Н.2.1. Отличие состоит в использовании пучков малой расходимости. Для нахождения параметров макрочастиц используются массивы значений сечений экстинкции и альбедо в зависимости от размера и показателя преломления.

В данной работе разработан оригинальный метод наблюдения и анализа упорядоченных структур макрочастиц в термической плазме. Для этой цели применялся оптический счетчик макрочастиц.

В н. 2.3 дано описание автоматизированного экспериментального стенда, включающего в себя систему газоснабжения, генератора плазмы, устройство ввода частиц и измерительный комплекс для определения параметров газа и макрочастиц. В качестве генератора плазмы, использовалась диухфакельная горелка типа Меккера, во внутренний. и внешний факелы которой подавались пропан и воздух, ввод частиц осуществлялся по внутренний факел горелки с помощью специально сконструированного устройства.

Диагностический комплекс включал в себя набор измерительных методов, позволяющих определять следующие параметры плазмы с макрочастицами: температуру газовой фазы Т8 (обобщенный метод обращения), концентрацию аюмов щелочного металла па (метод полного поглощения),

средний радиус R и концентрацию частиц дисперсной фазы ii|. (метод анертурной прозрачности, метод спектральной нрозрачносш), температуру IV ч комплексный показатель преломления частиц ш (спектрометрический метод), концентрацию попов л, (метод электрического зондирования) и электронов (по измерению продольной напряженности электрического ноля и тока).

На рис.3 приведена схема устройства, реализующего обобщенный метод обращения и метод полною поглощения. Для разложения излучения и спектр использовался спектральный прибор большой разрешающей силы (типа ДФС-•152), на выходе которого в качестве регистрирующею элемента использована ИЗС-линейка JI2, одному элементу которой соответствует спемральныи интервал » 0.006 нм. Такого же порядка п инструментальный кошур спектрального прибора. 1 [очное число элементов линейки - 3000, таким образом эта схема произноднг спектральным анализ собранного излучения в спектральном интервале 21.6 нм. Применение I ГЗС-липейки дает возможность регистрировать не интегральное и злучение газовой фазы в аюмарных линиях, а получать контур линии, Малый спектральный шиервал, приходящийся на линейку Л2, не позволяет исследовать характеристики часпщ, хоьч возможность учета влияния частиц на спектральные линии остается. Преимущество состоит' в возможности хорошего раз] ¡нения линий (в нашем случае - это дублет натрия или калия), а, следовательно, и более ючною нахождения температуры газовой фазы.

Рис.3. Схема системы диагностики тазовой фазы и спектрометрического метода.

ГШ - вольфрамовая лампа, М - модулятор, Ol, 02, ОЗ, О), 05 - обьскижы. Ф11 -фотонрнемник, JI - лпнзя, Jll, JI2 - !!ЗС-лнненки, CI, С2 - световоды, ДР -дифракционная пощетка, 1Ц - щель, Г - генератор плазмы, J - зеркало, ШП -полупрозрачное зеркало.

Для одновременного измерения сигналов S|. и Sn> в схему введен модулятор М. IIa рнс.4 приведен харакюрныи ciieicrp S|-, Из этого рисунка видно, чго макрочастицы могут заменю искажать результаты измерений параметров газовой фазы.

180 160 140 120 100 80 60 40 20

i j

vyÄ;

755

760

765

X, ям

770

775

780

Рис.4. Характерный снеетр излучения плазмы, снятый шшенкой Д2. На фоке непрерывного спектра частиц видны линии калия. Сигнал приведен в относительных единицах

Оптическая схема спектрометрического метода состоит (см. рис.3) из вольфрамовой лампы ВЛ, модулятора М, полупрзрачного зеркала ППЗ, зеркала 3, объективов 01 и 02, световода С1. Эта схема аналогична используемой для диагностики газовой фазы и отличается от . не с углом сходимости. Лидирующего пучка и применением в качестве спектрального прибора щели Щ, системы из объективов ОЗ и 04 и дифракционной решетки ДР (300 шг/мм). В пой схеме также также использовалась ПЗС-лииейка Л1. Использование такой системы позволило проводить спектральный анализ собранного и (лучения в диапазоне длин волн 450-900 им. Этого достаточно для изучения таких свойств макрочастиц как их размеры, концентрация, показатель поглощения, температура. Кроме этого схема спектрометрического метода позволяет проводить одновременные измерения концентраций всех лс! к'оиони шруюшихся элементов (в нашем случае это натрий и калий).

Схема зондоиых измерений показана на рис.5.

Рис.5. Схема зондовых измерений.

Концентрация положительных ионов измерялась методом электрического зонда. Цилиндрический зонд с помощью шшомго двигателя помещался а центр внутреннею »факела горелки. После сто остановки па зонд подавался переменный относительно корпуса горелки потенциал'(+2...-ЗОВ). Одновременно измерялся ток, текущий с зонда. По снятой таким образом вольт - амперной характеристике (ВАХ) определялся ионный ток насыщения, и по нему - концентрация положительных ионов.

Для определения локальной •концентрации электронов Пц использовался метод, основанный на измерении тока 1 н продольной напряженности электрического ноля Е в плазме. Для нахождения тока 1 в поток плазмы помещается верхний электрод (см. рис.5), к которому относительно горелки прикладывается постоянное напряжение. Для определения тангенциальной составляющей Е электрического ноля в плазму вводятся два платиждалх зонда. Па основании закона Омау-пЕ определяется электропроводность плазмы л-неи е- Здесь) - плотность тока, а пс - подвижность электронов. При »шестой не . находится концентрация электронов.

Анализ упорядоченных структур проводился с помощью бинарной корреляционной функции |-!|, для получения которой применялся лазерный врсмя-иролешый счетчик (рис.6).

Рис.6. Схема оптических измерений пространавешшх структур макрочастиц.

Измерительный обьем формируется путем фокусировки пучка Аг>-лазера (л^0.488 мкм) в приосевую область плазменной струи. Излучение, рассеянное отдельными частицами под углом 90° при пересечении ими лазерной перетяжки, собирается объективом »г направляется на сходную щель моиохроматора шириной 15 мкм. Диаметр измерительного объема не превышал 10 мкм. Полученные импульсные сигналы затем обрабашваются для расчета бинарной корреляционной функции ц(г>, которая характеризует вероятность нахождения частицы на расстоянии г~\'р/ от данной. Здесь I - время и \'р -среди«:: скорость частиц (она равна скорости газа для частиц микронных размеров). Анализ позволяет описать пространственную структуру и мсжчастичну.-о корреляцию частиц.

Третья глав а посвящена изучению зарядового состава плазмы с макрочастицами.

I? и. 3.1 приведено решение уравнения Пуассона в системе частицы *дюны ■электроны. Задача решена в модели ячеек. Граничные условия задавились работой выхода электрона с поверхности макрочастицы и условием квазпнейтральности (поле на границе ячейки равно пулю). Установлено что для нахождения зарядового состава а значит и параметра псидсалмюсти плазмы с макрочастицами необходимо знать следующие

ФЭУ

Световая ловушка

параметры: Tf u.„ up, R н W. Ib них только работу выхода электрона нельзя определить в эксперименте. Для описания взаимодействия макрочастиц используется потенциал вида [10)

Г2 =а(п„,К,Т,/)Г, ' (4)

где Z - заряд макрочастицы а Г| - потенциал в модели с экранированным (дебаемжим) потенциалом [6]:

Z2e2 ( r-R

' <5!

Здесь г - расстояние между макрочастицами, А.п - дебаевский радиус. Величина Гг сравнивалась с потенциалом взаимодействия макрочастиц в модели одиокомнопентной плазмы Го:

Г0 = -—— (6)

гкТ

ь

В и, 3.2 представлены результаты измерений параметров макрочастиц н газа в потоке низкотемпературной плазмы. Далее после сравнения этих результатов с результатами численного моделирования для конкретных условий эксперимента определяется зарядовый состав изучаемой системы и оценивается величина параметра пендеалыюсти.

Четвертая, г.тлн.т посвящена изучению упорядоченных стпуктур макрочастиц в термической плазме,

В н. 4.1 изложены результаты экспериментального наблюдения упорядоченных структур макрочастиц в термической плазме.

Наблюдение упорядоченных структур с одновременной диагностикой плазмы проводилась в зоне,стабилизации температуры на высоте //-25-40 мм над крышкой горелки при различной температуре плазмы и концентрации частиц. Температура плазмы изменялась варьированием соотношения пропан/воздух в пределах 0.05-1,47. Таким образом, можиО было изменять дебяевский радиус, расстояние между частицами и заряд частиц в плазме. Измерения пространственных структур макрочастиц сравнивались с результатами, полученными для аэрозольной струи при комнатой температуре. В этом случае во внутренний факел горелки подавался только воздух с частицами ЛЬОз или СсОг. Такая система моделирует плазму с случайным (хаотическим) пространственным расположением микрочастиц ("газообразная" плазма).

15 измерениях с частицами СеОг концентрация частиц«,, варьировалась в пределах (0.2-5.0)-107 см"', температура плазмы Тх - в пределах 1700-2200 К. Как следствие, концентрации ионов и электронов п,- изменялась от 0,5-¡0'" см'1 до 5.0-1010 см"-'. Частицы СеО 1- ншшднсксрснмс, с полушириной распределения.

как показали паши измерения, не более 30%. Средний радиус частиц составлял 0.95 мкм.

fia рис.7а,б,в показаны типичные бинарные корреляционные функции g(r), для частиц С с О; в аэрозольной cipye при комнатной температуре и в плазме. . .

8(0

(б)

О Í0 160 2.4 0 3 2 0 ' '

Г , М К М

Рис.7. Ь'инарпая корреляционная функция g(r) для частиц CeOj в воздушной струе - при комнатной температуре (а), и в плазме (б), (в) (см. таблицу)

Условия, при которых были выполнены эти эксперименты приведены в таблице.

Т.К 1)1-, cm"3 По, см " <г>, мкм Хо, мкм Z Го г2

а 300 2.010й 0

б 2170 2.МО" 2.3-Ю10 98.4 22.7 740 43.1 0.49

в 1700 5.0-107 7.3-109 33.6 34.2 483 67.2 18.1

Пи - концентрация электронов, .найденная из результатов оптических измерении (см. п.2.3) с использованием уравнения Саха. Заряд макрочастиц Ъ определен с помощью решения уравнения Пуассона (см. п.3,1).

J.¡

Хорошо видно, что корреляционные функции для плазмы при температуре 7/=2170 К и для аэрозольной струи практически не отличаются. Следовательно, частицы в плазме являются слабо взаимодействующими и образование упорядоченных структур оказывается невозможным. Эго также подтверждается диагностическими измерениями плазмы. Из оптических и зондовых измерений было получено, что среднее межчастичное расстояние приблизительно в 4 раза'больше радиуса Дебая.

При"более низкой температуре плазмы 7^=1700 К и концентрации частиц /7р=5.0-107 см'3 бинарная корреляционная функция g(r), как видно из рис. бв, обнаруживает ближний порядок, характерный для жидкости.

Как уже отмечалось, из численного моделирования следует, что переход "газ"-"жидкость" происходит в момент, когда параметр иендеальностн равен 4. Из приведенных результатов очевидно, что в данном эксперименте неприменима модель ОКП, поведение системы макрочастиц хорошо описывается потенциалом взаимодействия Гг.

Анализ распределений по относительным межчастичным расстояниям г/<г>, полученными в тех же условиях, что и корреляционные функции, показал, что существуют как области упорядоченных структур (домены), так и области с хаотическим расположением частиц. На рис. 8а,б приведены гистограммы для аэрозоля (Г8г300) ("газообразная" плазма) и плазмы (rg=1700K). Распределения измерялись для 1500-2000 частиц с помощью лазерного время-пролетного счетчика, описанного выше, и нормировались "ч площадь. При температуре плазмы 1700 К гистограмма становится знач; гельно уже (примерно в 4-5 раз), ее пик сдвигается в область малых межчастичных расстояний г/<г>-0.3, а значение в максимуме возрастает с 6-7% до 10-11%. В этом случае наблюдаемая структура частиц резко отличается от "газообразной", что позволяет сделать вывод о возникновении сильной корреляции в расположении частиц. В то же время наличие хаотически ориентированных частиц приводит к возникновению широкого пьедестала на гистограмме, характерного для "газообразной" плазмы.

Возникновение доменов может объясняться полидисперсностью частиц CeOj, которая приводит к тому,. что частицы мелкой фракции буд> г образовывать . области упорядоченной структуры (домены) при малых межчасТичных расстояниях, в то время как частицы крупной фракции, удаленные на большие расстояния, расположены хаотически.

Формирование упорядоченных структур наблюдалось только при достаточно высоких (~107 см'3) концентрациях частиц. Уменьшение концентрации частиц СеСЬ увеличивает среднее расстояние между частицами и приводит к уменьшению энергии кулоновского взаимодействия. Упорядоченная структура при этом не возникает.

Плазма с частицами AbOi исследовалась в диан ijotie температур Тц~ 1900-2200 К. Следует отметить в этом случае более высокую ( ~ в Iii pas)

концентрацию ионов Ыа+ и К+ в плазме. Диапазон концентраций электронов (ионов) и частиц в измерениях составлял соответственно (0.35-12.0) IО10 см"5 и (0.7-1.0)10" см"'. Средний радиус частиц - около 0,7 мкм. Высокая концентрация электронов приводит к сильной экранировке кулоновского взаимодействия макрочастиц. Так, например, при Тв=2035 К, по=8.610'° см"5 и «,,= 1.(1106 см"5 получаем величины Хл = 6.5 мкм и • г • = 60 мкм. Таким образом частицы оказываются сильно экранированными и не могут образовывать пространственно упорядоченную структуру.

доля, о 12

(а)

4

О,СМ 0,27 0.49 0,71 0,94 1,16 1,3в 1,61 1,83 2Я5

г/<г>

доля, %

12 т

10

(б)

0,0л О.27 0,48 0,7! 0,94 1,16 1.38 1.61 1.83 2,05

г/<г>

Рис.8. Распределения по параметру г/<г> для частиц СеСЬ в воздушной струе -при комнатной температуре 300 К (а) и в плазме при температуре 1700К (б)

8

4

2

0

В и. 4.2 проведено сопоставление результатов экспериментального наблюдения упорядоченных структур макрочастиц с результатами численного моделирования. В результате чего установлено:

а)наблюдаемая в эксперименте структура находится в стадии формирования,

б)уширение первого пика и отсутствие пиков высшего порядка экспериментальной корреляционной функции, видимо связано с наличием сильных локальных неоднородностей, причиной которых может быть термофоретическое притяжение макрочастиц. Получено хорошее сопи.еие между экспериментальной корреляционной функцией и корреляционной функцией, полученной при моделировании.

вЪкспсриментальные бинарные корреляционные функции хорошо согласуются с теоретическими после усреднения последних по измерительному объему, сформированному фокусировкой лазерного луча.

В п. 4.3 на основании проведенного сопоставления сделаны выводы о наиболее существенных механизмах взаимодействия макрочастиц

Взаимодействие макрочастиц п термической плазме хорошо описывается электростатическим потенциалом с дебаевской экранировкой.

Уширение первого пика экспериментальной корреляционной функции, видимо связано с наличием сильных локальных неоднородностей, причиной которых может быть термофоретическое притяжение макрочастиц.. ' •

В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы:

1. Для -проведения исследований был создан автоматизированный экспериментальный стенд, который включает систему газоснабжения, ■ генератор плазмы, устройство ввода частиц и диагностический комплекс. Диагностический комплекс состоял из традиционных „и оригинальных методов, позволяющих определять основные параметры двухфазного плазменного потока: средние размеры, концентрацию и температуру макрочастиц, температуру газовой фазы, концентрации атомов щелочного металла, ионов и электронов,- На'основе традиционных методов разработаны методики диагностики двухфазных плазменных сред.

2. Предложен алгоритм определения зарядового состава плазмы с макрочастицами. Этот алгоритм предполагает использование результатов диагностических измерений и результатов численного моделирования.

3. Выполнено решение уравнения Пуассона в модели ячеек, что позволило, задаваясь параметрами дисперсной среды, определяемыми в эксперименте, найти заряд макрочастиц и распределение концентраций ионов и^ электронов. В результате проведенного сравнения экспериментальных

данных с результатами численного моделирования определен зарядовый состав изучаемой системы для конкретных условий.

4. Предложена методика диагностики упорядоченных структур макрочастиц в термической плазме. Методика основана на' регистрации излучения, рассеянного макрочастицей, пролетающей через лазерную перетяжку. Обработка полученной последовательности импульсов позволяет' определить корреляционную функцию системы макрочастиц.

5. Впервые экспериментально и теоретически исследовалось возникновение' упорядоченной структуры в системе заряженных макрочастиц, находящихся в практически ламинарном потоке слабоионизованной термической плазмы при атмосферном давлении и температуре порядка двух тысяч градусов. Формирование упорядоченных структур макрочастиц наблюдалось в плазме, состоящей из положительно заряженных частиц СеОг микронных размеров, эмитированных ими электронов и однократно заряженных ионов натрия при атмосферном давлении и температуре около 1700К.

6. В результате проведеного сопоставления результатов экспериментального наблюдения упорядоченных структур макрочастиц с результатами численного моделирования установлено, что экспериментальные бинарные koj "»реляционные функции хорошо согласуются с теоретическими после усреднения последних по измерительному ,объему, сформированному фокусировкой лазерного луча. . '

г- ,

Осигшные публикации по теме диссертации:

1. Ваулина О.С., Нефедов А.П., Чернышев A.B., Петров О.Ф. Метод определения средних размеров, концентрации и показателя преломления частиц в высокотемпературных потоках. Препринт ИВТАН, №1-384, Москва (1995).

2. Ваулина О.С., Петров О.Ф., Самарян A.A., Чернышев A.B. Измерение радиационных характеристик и температуры частиц КДФ в плазме продуктов сгорания. В сб.: Физика низкотемпературной плазмы, 1 [етрозаиодск, 20-26 июня, С.319-322 (1995). ' ■.

3. Нефедов А.П., Липаев A.M., Петров О.Ф., Самарян A.A., Фортов В.Е., Чернышев A.B. Экспериментальное изучение образования кулоновскфс упорядоченных структур макроскопических частиц в термической плазме. В сб.: Физика низкотемпературной плазмы, Петрозаводск. 20-26 июня, С.438-440 (1995). . ' . ;

4. Ваулина О.С., Петров О.Ф., Самаряи A.A., Чернышев A.B. Измерение ослабления в оптически плотных средах при различных апертурных углах фотоприемника. Тепл.выс. темп., Т.ЗЗ, 3, С.707- 713 (1995). .

5. Ваулина О.С., Нефедов А.П., Петров О.Ф., Чернышев A.B. Определение' размеров и показателя преломления слабопоглощающих частиц. Жури, прпкл спектр., Т. 63,2, С.309-315 (1996). , ',.'•• '

6. Fortov V.E., Nefedov A.P., Petrov O.F., Samarian A.A., Chemyschev A.V., Lipaev A.M.. Experimental Observation of Coulomb Ordered Structure in Spray of Thermal Dusty Plasmas. Pis'ma v ZliETF, T.63, Вып.З, С. 176-180 (1996).

7. Fortov V.E., Nefedov A.P., Petrov O.F., Samarian A.A., and Cliernyscliev A.V. Particle Ordered Structures in a Strongly Coupled Classical Thermal Plasma. Physical Review E: Rapid Communications. Vol.54, p.2236-2239 (1996).

8. Fortov V.E., Nefedov A.P., Petrov O.F., Samarian A.A., and Chemyschev A.V. Emission Properties and Structural Ordering of Strongly Coupled Dust Particles in a Thermal Plasma. Physics Letters A 219, p.89-94 (1996).

9. Фортов B.E., Нефедов А.П., Петров О.Ф., Самарян АЛ. и Чернышев <\.В. Сильнонеидеальная классическая термическая плазма: экспериментальное изучение упорядоченных структур макрочастиц. Журн. экспер. и тсор. фиэ. Т. 111, Вып.2 (1997).

10. Ваулина О С., Нефедов А.П., Петров О.Ф., Самарян А.А., Чернышев А.В. Спектральная пирометрия "несерых" частиц в двухфазных высокотемпературных потоках. Тепл. выс. темп. №3 (1997).

11. Ваулина О.С., Липаев A.M., Нефедов А.П., Петров О.Ф., Самарян А.А , Чернышев А.В. Метод определения средних размеров, концентрации и показателя преломления частиц в высокотемпературных потоках Тепл. выс. темп. Т.35, №6 (1997).

12. Vaulina O.S., Nefedov А.P., Petrov O.F., Samarian A.A., Chemyschev A.V., Taranin M.V. Optical diagnostics of particles in high-temperature flows. 34th SEAM Conference, Mississippi State University (1997).

13. Чернышев А.В. Зарядовый состав термической плазмы с макрочастицами М.: 1997, 50 е., Препринт ИВТАН №3-411.

14. Chemyschev A.V., Fortov V.E., Nefedov А.Р., and Petrov O.F. Observation of Ordered Structure in Thermal Dusty Plasmas. XXXIIIICPIG, Toulouse, France, 17-22 July. 1-176 -1-177 (1997).

15. Nefedov A.P., Vaulina O.S., Petrov O.F., Samarian A.A., Chemyschev A.V., . Taranin M.V. Optical diagnostics of dust particles in thermal plasma. В сб.

Физика плазмы и плазменные технологии, Минск, 15-19 сет !"ря, С.311-314 (1997).

ЛИТЕРАТУРА

1. Chu and I. Lin, Phys. Rev. Lett, 72,4009 (1994).

2. Thomas, G.E. Morffll, V. Demmel et al.y Phys. Rev. Lett. 73, 652 (1994).

3. Фортов B.E., Нефедов А.П., Торчинский B.M., Молотков В.И., Храпак А.Г., Петров О.Ф., Волыхин К.Ф. Письма в ЖЭТФ. 1996. Т.64. Вып.2. С.86-91

4. Ichimaru, Rev. Mod. Phys. 54,1017 (1982).

5. W.L. Slattery, G.D. Doolen, and H.E. DeWitt, Phys. Rev. A 21, 2087 (1980).

6. М О. КоЬЬш.ч, К. Кгешсг, аш! 0.8. Gre.sU I СЬет. РЬуя. 88, 3286 (1988).

7. М с!оды исследования плазмы Под ред. В.Ло.хтс-Хольтгреаена. / М.: Мир,

8. Косой В. Ф., Молотков В. И., Нефедов А. П. Измерения концентрации заряженных частиц в потоке плазмы продуктов сгорания методом электрического зонда. // Тспл. выс. тем. 1991. 'Г. 29. С. 633.

9. Райзер Ю.П. «Физика газового разряда. // М: Наука, 1987.

10. Нефедов Л.П., Петров О.Ф., Храпак С.А. Потенциал электростатического взаимодействия в термической плазме с макрочастицами. // Физика плазмы. 1998. N08.

1971.

ЧЕРНЫШЕВ АЛЕКСАНДР ВАСИЛЬЕВИЧ

УПОРЯДОЧЕННЫЕ СТРУКТУРЫ В ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЛАЗМЕ С СИЛЬНЫМ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕМ МАКРОЧАСТИЦ

автореферат

Подписано к печати 23.12.97 Почать офсетная У

Х1Ц?<1<КЛйцЖЬ_____

Уч.гизд.л. 1,5 Заказ № 38

Формат 60x84/16 Усл. печ.л. 1.39 _Бесплатно

АП "Шанс". 127412, Москва, Ижорская, 13/19

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. НИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ ПЛАЗМА С 7 ЗАРЯЖЕННЫМИ МАКРОЧАСТИЦАМИ

1.1. Зарядовый состав термической плазмы с макрочастицами

1.1.1. Процессы ионизации-рекомбинации газа

1.1.2. Механизмы зарядки макрочастиц

1.1.3. Заряд макрочастиц и концентрация электронов

1.2. Упорядоченные структуры в плазме с сильным 14 , взаимодействием макрочастиц

1.2.1. Диаграмма состояния плазмы

1.2.2. Наблюдение упорядоченных структур макрочастиц в плазме

1.3. Методы экспериментального исследования плазмы с 22 макрочастицами

1.3.1. Определение параметров газовой фазы 22 1.3.1.1 Температура газа и концентрация атомов щелочного металла

1.3.1.2. Концентрации ионов и электронов

1.3.2. Диагностика макрочастиц

1.3.2.1. Размеры и показатель преломления макрочастиц

1.3.2.2. Концентрация макрочастиц

1.3.2.3. Температура макрочастиц

1.3.3. Методики наблюдения и анализа упорядоченных структур 3 7 макрочастиц

Термическая плазма с макроскопическими частицами дисперсной фазы представляет собой низкотемпературную плазму, содержащую жидкие или твердые частицы вещества, малых размеров [1,2]. Такую плазму также называют пылевой, аэрозольной, коллоидной или плазмой с дисперсной фазой. Макрочастицы эффективно взаимодействуют с заряженными компонентами плазмы и поэтому существенно влияют на свойства плазмы. Так, частицы, эмитирующие электроны, могут повысить концентрацию электронов в газовой фазе и ее электропроводность. Если же частицы захватывают электроны, то возникает противоположный эффект. В предельном случае неионизованного газа наличие макрочастиц полностью определяет электрофизические свойства плазмы. Эффекты, связанные с присутствием частиц, наблюдались еще в ранних экспериментах [3,4] при исследовании плазмы углеводородных пламен. Однако активное исследование плазмы с макрочастицами началось лишь в последние десятилетия в связи с появлением целого ряда приложений, таких как электрофизика и электродинамика продуктов сгорания ракетных тогагав, электрофизика рабочего тела магнитогидродинамического генератора на твердом топливе, физика пылегазовых облаков в атмосфере [5-9]. Пыль и пылевая плазма также широко распространены в космосе. Они обнаружены в планетных кольцах, хвостах комет, вблизи поверхности Луны, в межпланетных и межзвездных облаках [10-12].

В последнее время повышенный интерес к изучению свойств пылевой плазмы связан с широким использованием технологий плазменного напыления и травления в микроэлектронике и при производстве тонких пленок [13-15]. Наличие частиц в плазме не только приводит к загрязнению поверхности полупроводникового элемента и тем самым к увеличению выхода дефектных элементов, но и возмущает плазму, зачастую непредсказуемым образом. Уменьшение или предотвращение этих негативных эффектов невозможно без понимания процессов образования и роста конденсированных частиц в газоразрядной плазме, механизма их переноса и влияния на свойства разряда.

Внимание к плазме с макрочастицами еще более увеличилось после обнаружения упорядоченных структур в сразу нескольких типах плазмы [34-43]. Данные исследования носили, в основном, феноменологический характер, поставив множество вопросов, касающихся как энергии взаимодействия частиц, так и их кинетической энергии. Так, почти во всех случаях нельзя провести строгое количественное сравнение результатов наблюдения упорядоченных структур с результатами теоретического моделирования. В настоящее время в этом направлении ведутся интенсивные исследования, благодаря чему выявлено несколько новых механизмов взаимодействия макрочастиц, меняется взгляд на процесс приобретения частицей кинетической энергии.

Цель диссертационной работы - изучение упорядоченных структур макрочастиц в низкотемпературной термической плазме. Эта цель предполагает как диагностику структур макрочастиц и определение параметров дисперсной среды, так и сравнение экспериментальных результатов с результатами численного моделирования. В результате проведенного сопоставления могут быть сделаны выводы о механизмах взаимодействия макрочастиц и о процессе формирования структуры макрочастиц в термической плазме.

Автор выносит на защиту: 1. методику определения зарядового состава плазмы с макрочастицами;

2. автоматизированный экспериментальный стенд, для изучения термической плазмы с макрочастицами;

3. результаты экспериментальных и численных исследований зарядового состава плазмы с макрочастицами;

4. методику диагностики упорядоченных структур макрочастиц в термической плазме;

5. результаты экспериментальных и численных исследований упорядоченных структур макрочастиц в термической плазме.

высоты

Проанализируем эти данные. Тё (рис.3.96) и па при а=1 качественно ведут себя так же, как и в сгорания с щелочной присадкой [55], но при а =0.6 и а=0.8 для па существуют точки максимумов, а Тё монотонно убывает с высотой. И если причина убывания па - уменьшение температуры с высотой и (на малых высотах) устанавливающееся химическое равновесие, то рост па с высотой (то есть с течением времени) можно объяснить незавершившимся уходом калия с макрочастиц (калий на частицах присутствует в виде химических соединений, и здесь мы объединяем два процесса: уход с поверхности макрочастицы молекул этих соединений и их диссоциацию). Очевидно, что с уменьшением температуры длительность этого процесса будет увеличиваться. При а=0.8 (Т=2120 К) уход калия завершается на высоте 20 мм, а при а=0.6 (Т=1930 К) - на высоте 30 мм. Если же а=1 (Т>2150 К), то на любой высоте процесс ухода калия с частиц можно считать завершенным, то есть п0=сопз1.

3.2.2.Размеры, показатель поглощения, температура и концентрация макрочастиц

Как уже было сказано, размер и концентрация макрочастиц определялись двумя методами: апертурной прозрачности и спектральной прозрачности. Результаты этих измерений приведены в таблице 1.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения диссертационной работы:

1. Для проведения исследований был создан автоматизированный экспериментальный стенд, который включает систему газоснабжения, генератор плазмы, устройство ввода частиц и диагностический комплекс. Диагностический комплекс состоял из традиционных и оригинальных методов, позволяющих определять основные параметры двухфазного плазменного потока: средние размеры, концентрацию и температуру макрочастиц, температуру газовой фазы, концентрации атомов щелочного металла, ионов и электронов. На основе традиционных методов разработаны методики диагностики двухфазных плазменных сред.

2. Предложен алгоритм определения зарядового состава плазмы с макрочастицами. Этот алгоритм предполагает использование результатов диагностических измерений и результатов численного моделирования.

3. Выполнено решение уравнения Пуассона в модели ячеек, что позволило, задаваясь параметрами дисперсной среды, определяемыми в эксперименте, найти заряд макрочастиц и распределение концентраций ионов и электронов. В результате проведенного сравнения экспериментальных данных с результатами численного моделирования определен зарядовый состав изучаемой системы для конкретных условий.

4. Предложена методика диагностики упорядоченных структур макрочастиц в термической плазме. Методика основана на регистрации излучения, рассеянного макрочастицей, пролетающей через лазерную перетяжку. Обработка полученной последовательности импульсов позволяет определить корреляционную функцию системы макрочастиц.

5. Впервые экспериментально и теоретически исследовалось возникновение упорядоченной структуры в системе заряженных макрочастиц, находящихся в практически ламинарном потоке слабоионизованной термической плазмы при атмосферном давлении и температуре порядка двух тысяч градусов. Формирование упорядоченных структур макрочастиц наблюдалось в плазме, состоящей из положительно заряженных частиц СеОг микронных размеров, эмитированных ими электронов и однократно заряженных ионов натрия при атмосферном давлении и температуре около 1700К.

6. В результате проведеного сопоставления результатов экспериментального наблюдения упорядоченных структур макрочастиц с результатами численного моделирования установлено, что экспериментальные бинарные корреляционные функции хорошо согласуются с теоретическими после усреднения последних по измерительному объему, сформированному фокусировкой лазерного луча.

Автор искренне признателен Нефедову А.П. и Петрову О.Ф. за постоянное внимание к работе, а также считает своим приятным долгом выразить глубокую благодарность Ваулиной О.С., Храпаку С.А. и Ходатаеву Я. К. за полезные обсуждения, а Самаряну A.A., Липаеву A.M. и Таранину М.В. - за помощь в проведении экспериментов.

1. Sodha and S. Guha. Physics of Colloidal Plasmas, // Adv. Plasma Phys. 1971. Y.4. P.219.

2. Фортов B.E., Якубов И.Т. Неидеальная плазма. //-М.: Энергоатомиз-дат, 1994. С.282.

3. T.M.Sugden and В. A. Thrush //Nature. 1951. V.168. Р.703.

4. К.Е. Shuler and J. Weber, J. // Chem. Phys. 1954. V.22. P.491.

5. Coy С. Гидродинамика многофазных систем. // -M.: Мир, 1971. С.536.

6. А.К. Sood // Solid State Physics 45. V. 1.(1991).

7. Жуховицкий Д., Храпак А., Якубов И. Ионизационное равновесие в плазме с конденсированной дисперсной фазой / Под ред. Б. М. Смирнова // Химия плазмы. Вып.11. -М.: Энергоиздат, 1984.

8. Yakubov I. Т., Khrapak A. G. Thermophisical and electrophisical properties of low-temperature plasma with condensed disperse phase. // Sov. Tech. Rev. В Therm. Phys. 1989. V.2. P.269.

9. Смирнов Б M Аэрозоли в газе и плазме // -М.: ИВТАН, 1990.

10. Goetz С. К. // Rev. Geophys 1989. V.27. Р.271.11. de Angelis U. // Phys. Scripta 1992. V.45. P.465.

11. Northrop T. G. // Phys. Scripta 1992. Y.45. P.475.

12. Garscadden A, Ganguly B. N, Haaland P. D, Williams J. // Plasma Sources Sci. Technol. 1994. V.3. P.239.

13. Bouchoule A, Boufendi L // Plasma Sources Sci. Technol. 1994.V.3. P.292.

14. Goree J. // Plasma Sources Sci Technol. 1994. V.3 P.400.

15. Jensen, G.A. Jones.// Combust. Flame, 1978. V.32. P.l.

16. Лукьянов Г.А. Ионизация в разреженной низкотемпературной плазме при наличии твердой фазы и примеси щелочного металла. // Тепл. выс. темп. 1976. Т. 14. С.462.

17. Einbinder, Н. // J.Chem.Phys., 1957. V.26. Р.948.

18. Бродский A.M., Гуревич Ю.Я. Теория электронной эмиссии из металлов. // -М.:Наука, 1973.

19. Аршинов А.А., Мусин А.К. // Докл. АН СССР. 1957. Т. 111. С.461.

20. Нефедов А.П., Петров О.Ф., Храпак С.А. Потенциал электростатического взаимодействия в термической плазме с макрочастицами. // Физика плазмы 1988. No8.

21. Ichimaru S. Strongly coupled plasmas: high-dencity classical plasmas and degenerate electron liquids // Rev. Mod. Phys. 1982. V.54 P. 1017.

22. Ikezi // Phys. Fluids 1986. V.29. P. 1764.

23. Fortov, A.P. Nefedov, V.M. Torchinsky, V.I. Molotkov, O.F. Petrov, A.A. Samarian, A.M. Lipaev and A.G. Khrapak, Physics Letters А (в печати).

24. Slattery, G.D. Doolen, and H.E. DeWitt, Phys. Rev. A 1980. V.21. P.2087.

25. Robbins, K. Kremer, and G.S. Grest, J. Chem. Phys. 1988. V.88. P.3286.

26. Stevens M.J. and Robbins M.O. Melting of Yukawa systems: A test of phenomenological melting criteria. // J. Chem. Phys. 1992. V.98. P.2319.

27. Farouki and S. Hamaguchi, Appl. Phys. Lett. 1992. V.61 P.2973.

28. Zheng X.H. and Earnshaw J.C. Plasma dust crystals and brownian motion// Phys. Rev. Lett. 1995. V.75. P.4214.

29. Melzer, T. Trottenberg and A. Piel Experimental determinationof the charge on dust particles // Phys. Lett. A 1994. V.191. P.301.

30. Wuerker R.F., Shelton H., and Langmuir R.V., Electrodinamic containment of charged particles // J. Appl. Phys. 1959. V.30. P.342.

31. Gilbert, J.J. Bollinger and DJ. Wineland // 1988. Phys Rev. Lett. V.60. P.2022.

32. Chu and I. Lin, Direct observation of Colomb cristal.// Phys. Rev. Lett. 1994. V.72. P.4009.

33. Thomas, G.E. Morfill, V. Demmel et al. Plasma crystal Colomb Crystallisation in a dusty plasma. // Phys. Rev. Lett. 1994. V.73. P.652.

34. Hayashi Y. and Tachibana K. Observation of colomb crystal formation // Jpn. J. Appl. Phys. 1994. V.33. Part 2. P.L804.

35. Райзер, M.H. Шнейдер, H.A. Яценко, Высокочастотный емкостный разряд, // -M: МФТИ и Наука, 1995.

36. Trottenberg Th., Melzer A., and Piel A. Measurement of the electric charge on particulates forming Colomb crystals // Plasma Sources Sci. Technol. 1995. V.4. P.450.

37. Morfill G.E. and Thomas H., Plasma crystal // J. Vac. Sci. Technol. A 1996. V.14.P.490.

38. Rahman A. and Schiffer J.P., Structure of a one component plasma in an external field. // Phys Rev. Lett. 1986. V.57. P.l 133.

39. Dubin D.H.E. and O'Neil T.M., Computer simulation of ion clouds in f penning trap // Phys Rev. Lett. 1988. V.60. P.511.

40. Chiang C.-H. and Lin I. Cooperative particle motions and dynavical behaviors of free dislocations. // Phys. Rev. Lett. 1996. V.77. No.4. P.647.

41. Фортов B.E., Нефедов А.П., Торчинский B.M., Молотков В.И., Храпак А.Г., Петров О.Ф., Волыхин К.Ф. Письма в ЖЭТФ. 1996. Т.64. Вып.2. С.86-91.

42. Райзер Ю.П., Физика газового разряда, // Москва: Наука, 1987.

43. Fortov, А.Р. Nefedov, V.M. Torchinsky, V.I. Molotkov, O.F. Petrov, A.A. Samarian, A.M. Lipaev and A.G. Khrapak, Physics Letters А (в печати).

44. Rosenberg, D.A. Mendis // IEEE Trans, on Plasma Science 1995. V.23. P. 177.

45. Методы исследования плазмы Под ред. В.Лохте-Хольтгревена. II-М.: Мир, 1971.

46. Janson Р.А., Korb C.L. A Table of the Equivalent Width of Isolated Lines with Combined Doppler and Collision Broadened Profiles. // JQSRT. 1968. V.8. №.12. P.1399.

47. Ванин A.A., Каспаров М.Г., Мохов A.B. и др. Автоматизированная система диагностики плазмы продуктов сгорания. // Препринт ИВТАН №3-286. М., 1990.

48. Радциг А.А., Смирнов Б.М. Параметры атомов и атомных ионов. Справочник. // М.: Энергоятомиздат, 1986.

49. Bauman L.E. Investigation of MHD flow structure and fluctuations by potassium lineshape fitting // Combust. Flame. 1994. V.98. P.46.

50. Fortov V. E., Nefedov A. P., Petrov O. F., Samarian A. A., Chernyschev A. V., and Lipaev A. M. Experimental Observation of Coulomb ordered Structure in Sprays of Thermal Dusty Plasmas. // JETP Lett. 1996. V. 63. №3. P. 187.

51. Кондратьев А.Б., Нефедов А.П., Самарян А.А., Петров О.Ф. // Оптическая диагностика конверсии угольных частиц в потоке плазмы продуктов сгорания. // Тепл. выс. темп. 1994. Т.32. №3. С.452.

52. Васильева И.А., Косов В.Ф.//ТВТ. 1981. Т.19. № 5. С.1022.

53. Косов В. Ф., Молотков В. И., Нефедов А. П. Измерения концентрации заряженных частиц в потоке плазмы продуктов сгорания методом электрического зонда. // Тепл. выс. тем. 1991. Т.29.С.633.

54. Axford S.D.T. and Hayhurst A.N. The stabilities of the gas-phase ions CO/ and HCO/. // Proc. R. bond. A 1996. V.452. P. 1035.

55. Squires R.R. Gas-phase thermochemical properties of the bicarbonate and bisulfite ions. // Int. J. of Mass Sp. and Ion Pr. 1992. V.l 17. P.565.

56. Бенилов M.C., Рогов Б.В., Тирский Г.А. // Тепл. выс. тем. 1981. Т.19. №5. С. 1031.

57. Бенилов М.С. // Тепл. выс. тем. 1988. Т.25. №5. С.993.

58. N.M.Laurendou // Heterogeneous kinetics of coal char gasification. Prog.Energ.Combust. 1978. V.4. P.221.

59. Борен К., Хафмен Д. Поглощение и рассеяние света малыми частицами. // -М.: Мир, 1986.

60. Шифрин К.С. Рассеяние света в мутной среде. // Ленинград: Гостехиздат, 1951.

61. Latimer P., Brunsting A., Pyle В.Е., Moore С. // Appl. Opt. 1978. V.17. № 19. Р.3152.

62. Welch R.M., Cox S.K,// Appl. Opt. 1978. V.17. № 19.P.3159.

63. Bottlinger M., Umhauer H. // Modeling of lightscattering by irregularly shaped particles using a ray-tracing method. // Appl. Opt. 1991. V.30. № 33. P.4732.

64. Hitzenberger R., Rizzi R.// Retrieved and measured aerosol mass size distributions: a comparison. Appl. Opt. 1986. V. 25. №.4. P. 546.

65. Dobbins R.A., Crocco L., Glassman I. // Measurementof mean particle sizes of sprays from diffractively scattered light. AIAA J. 1963. V. 37. P. 1882.

66. Ваулина O.C., Нефедов А.П., Петров О.Ф., Самарян А.А. // Влияние распределения частиц по размерам на оптические характеристики дисперсной фазы продуктов сгорания твердых топлив. ТВТ. 1997. Т.35. №2. С.271

67. Bohren C.F., Hirleman E.D., eds. Feature on optical particle sizing. // App. Opt. 1991. V.30. P.4685.

68. Knight J.C.,Ball D., Robert son G.N. Analytical inversion for laser diffraction spectrometry giving improved resolution and accuracy in size distribution. // Appl. Opt. 1991. V.30. P.4795.

69. Riley J.B., Agrawal Y.C. // Sampling and inversion of data in diffraction particle sizing. // Appl.Opt. 1991. V.30. P.4800.

70. Ariesson P.C., Self S.A., Eustis R.H. Two-Wavelength Laser Transmissometer for Measurements of the Mean Size and Concentration of Coal Ash Droplets in Combustion Flows. // Appl. Opt. 1980. V.19, P.3775.

71. Perelman A. Ya., Shifrin K.S. Impruvements to the spectral transparency method for determining particle-size distribution // Appl. Opt. 1980. V.19. N 11. P. 1787.

72. Зимин Э.П. и др. Оптическая диагностика свойств мелких частиц в высокотемпературных газах. // Варшава: INR-1748/XVIII/PP/A 1978.

73. Shaw Glenn Е. Inversion of optical scattering and spectral extinction measurements to recover aerosol size spectra // Ap. Opt. 1979. V.18. P.988.

74. Felske J.D., Ku J.C. // A technique for determining the spectral refractive indices, size and number density of soot particles from light scattering and spectral extinction measurements in flames // Combustion and Flame. 1992. V. 91.P.1.

75. Ваулина O.C., Нефедов А.П., Петров О.Ф., Чернышев А.Г. Метод определения средних размеров, показателя преломления и концентрации частиц в высокотемпературных потоках. // Препринт ИВТАН. №1-466. Москва, 1994.

76. Ваулина О.С., Нефедов А.П., Петров О.Ф., Чернышев А.Г. Одновременное определение размеров и показателя преломления слабопоглощающих частиц. //ЖПС. 1995. Т.63. № 2. С.314.

77. Nefedov А.Р., Petrov О.Р., Vaulina O.S. Analysis of particle sizes, concentration and refractive index in measurements of light transmittance in the forward scattering angle range. // Appl. Opt. 1996, V.36. No 6. P. 1357.

78. Jones M.R., Curry B.P., Brewster M.Q., Leong K.H.// Inversion of Light-scattering measurements for particle size and optical constants: theoretical study. Appl.Opt. 1994. V.33. P.4025.

79. Jones M.R., Leong K.H., Brewster M.Q., Curry B.P. Inversion of Light-scattering measurements for particle size and optical constants: experimental study. // App. Opt. 1994. V.33. P.4035.

80. Nefedov A.P., Petrov O.P., Vaulina O.S. Analysis of radiant energy emission from high temperature medium with scattering and absorbing particles. // JQSRT. 1995. V.54. P.435.

81. Paul P. and. Self S. Method for spectroradiometric temperature measurements in two phase flows. l:Theory. // App. Opt. 1989. V.28. № 11. P.2143.

82. Ваулина O.C., Нефедов А.П., Петров О.Ф. Перенос излучения в двухфазных высокотемпературных средах различной геометрии в приближении конечной кратности рассеяния. 4.1. // ТВТ. 1994. Т.32. № 4. С.558.

83. Васильева И.А. Основы спектральной диагностики газа с конденсированной дисперсной фазой. // УФН. 1993. Т.163. N 8. стр. 47.

84. Zardecki A., Tarn W.G. Multiple scattering corrections to the BeerLambert law. 1: Open detector. // Appl. Opt. 1982 V.21. P.2405.

85. Tam W.G., Zardecki A. Multiple scattering corrections to the BeerLambert law. 1: Detector with a variable field of view. // Appl. Opt. 1982. V.21. P.2413.

86. King M.D. Comparative accuracy of diffuse radiative properties computed using selected multiple scattering approximations. // American Metrological Society. 1993. V.50. No.2. P.247.

87. Wilson S.J., Nanda T.R. Radiative transfer in absorbing, emitting and lineary anisotropically scattering inhomogeneous solid spheres. // JQSRT. 1995. V.44. № 3. P.345.

88. Ваулина О.С., Нефедов А.П., Петров О.Ф. Анализ переноса излучения в двухфазных высокотемпературных средах различной геометрии в приближении конечной кратности рассеяния. // ТВТ. 1994. Т.32. № 5. С.707.

89. Гребенщиков JI.T., Клабуков В .Я., Косолапое Е.А., Щварцблат Л.Д. Исследование распределения температур в поперечных сечениях осесимметричных факелов. // ИФЖ. 1993. Т.64. № 3. С.313.

90. Физико-химические свойства окислов. Справочник /под ред. Г.В. Самсонова. //-М.: Металлургия, 1978.

91. Menguc М.Р., Manickavasagam S., D'Sa D.A. Determination of radiative properties of pulverized coal particles from experiments. // Fuel. 1994. V.73. № 4. P.613.

92. Charalampopoulos T.T., Chang H. In situ optical properties of soot particles in the wavelength range from 340nm to 600nm. // Combust.Sci.and Tech. 1988. V.59, P.401.

93. Wertheimer A.L., Wilcock W.L. Light scattering measurements of particle distributions. // Appl. Opt. 1976. V.15. №6. P. 1616.

94. Vaulina O.S., Nefedov A.P., Petrov O.F., Samarian A.A., and Chernyschev A.V. Spectral Diagnostics of Particles in Dusty Plasma. // Contributed papers at the ESCAMPIG XIII (European Physical Society), 1996. August 27-30, Poprad, Slovakia, P.3.

95. Ваулина O.C., Липаев A.M., Нефедов А.П., Петров О.Ф., Самарян А.А., Чернышев А.В. Метод определения средних размеров, концентрации и показателя преломления частиц в высокотемператур-ныхпотоках. //ТВТ. 1997. Т.35. №5. С.795.

96. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А., Справочник по математике. // М.: Наука. 1986.

97. El-Walkil S.A., Attia M.T., Madkour M.A. Radiative transfer in spherical and cylindrical media containing aerosols. // JQSRT 1991. V.45. P.235.

98. Гладкий B.A., Голобородько B.T., Каштаньер В.Л., Шульман Е.С. Разработка методов измерения температуры гетерогенной плазмы. // ТВТ. 1985. Т.23. No 3. С.556.

99. Kunimoto Т., Osumi М., Emissiviti and Band Model Parameters of Sulfur Dioxide, // Proc. VI Int. Heat Transfer Conference, V.3, P. 319324, 1978.

100. Абрикосов А.А., Основы теории металлов. //-M.: 1987.

101. Свет Д.Я. Оптические методы измерения истинных температур. //М.: Наука, 1982.

102. Ваулина О.С., Нефедов А.П., Петров О.Ф., Самарян А.А., Чернышев А.В. Спектральная пирометрия "несерых" частиц в двухфазных высокотемпературных потоках. // Тепл. выс. темп. 1997. Т.35. №6 С.955.

103. Vaulina O.S, Nefedov А.Р., Petrov O.F., Samarian A.A., Chernyshev A.V. Particle temperature measurements in dusty plasma. // Contributed papers at the ESCAMPIG XIII (European Physical Society), 1996. Poprad, Slovakia, August 27-30, P.293.

104. Vaulina O.S., Nefedov A.P., Petrov O.F., Samarian A.A., Chernyschev A.V., Taranin M.V. Optical diagnostics of particles in high-temperature flows. 34th SEAM Conference, Mississippi State University (1997).

105. Чернышев А.В. Зарядовый состав термической плазмы с макрочастицами. М.: 1997, 50 е., Препринт ИВТАН №3-411.

106. Ваулина О.С., Липаев A.M., Нефедов А.П., Петров О.Ф., Самарян А.А., Чернышев А.В., Таранин М.В. Определение температуры и концентрации атомов в двухфазных высокотемпературных потоках.

107. Труды международного аэрозольного симпозиума (IAS-3), 1996. Москва, №12, С.41.

108. Chernyshev А. V. Temperature measurement of gas and particles in dusty plasma. // Physics of clusters clusters in plasma and gases. Pushchino, Moscow Region 1997. August 17-23 P.75.

109. Olga S.Vaulina, Anatoli P.Nefedov, Oleg F.Petrov, Alex A. Samarian and Alexander W. Chernyschev Temperature measurements of optically non-gray particles in high-temperature dusty media. // Combustion and flame. 1998.

110. Ваулина O.C., Нефедов А.П., Петров О.Ф., Самарян А.А., Чернышев А.В. Определение температуры, концентрации, размеров и показателя преломления макрочастиц в термической плазме. // Физика плазмы 1998.

111. Smy P.R. //Adv. Phys., 1976, V.25, №> 5, Р.517.

112. Ваулина О.С., Петров О.Ф., Самарян А.А., Чернышев А.В. Измерение ослабления в оптически плотных средах при различныхапертурных углах фотоприемника. // Тепл.выс. темп., 1995. Т.ЗЗ. No.3. С.707.

113. Блох В.Г., Клабуков В.Я., Кузьмин В.А., Радиационные характеристики полидисперсных систем сферических частиц. // Горький: Волго-Вятское книжное изд., 1976.

114. Hitzenberger R. and Rizzi R. Retrieved and Measured Aerosol Mass Size Distributions: a Comparison. // Appl. Opt. 1986. V. 25. p.546.

115. Deepak A., Box M.A.// Forwardscattering corrections for optical extinction measurements in aerosol media. Part 2 :Polydispersions, // Appl. Opt. 1978. V.17. №.19. P.3169.

116. Bryant F.D., Latimer P. Real-time particle sizing by a computer-controlled transmittance photometer. // Appl.Opt. 1985. V.24. №24. P.4280.

117. Wu J. Fast-moving suspended particles: measurement of their size and velocity. // Appl. Opt. 1977. V.16. No.3. P.596.

118. Wang J.C.F., Tickenor D.A. Particles size measurements using an optical variable-frequency technique. // Appl. Opt. 1981. V.20. No.8. P. 1367.

119. Holve D.J., Davis G.W. Sample volume and alignment analysis. // Appl. Opt. 1985. V.24. No.7. P.998.

120. Fincke J.R., Swank W.D., Mancuso C.A. Simultaneous measurement of particle size, velocity and temperature. // Meas. Sci. Technol. 1993. V.4. P.559.

121. Гродзовский. Ученые записки ЦАГИ 5, 1974. С.80.

122. Русанов, А.А. Фридман Физика химически активной плазмы, // М: Наука, 1984. С.365.

123. Фоменко, Эмиссионные свойства материалов, // Наукова Думка, Киев 1981, С. 164.

124. Chu J.H., Du J.-B., and L I., Colomb solids and low-frequency fluctuations in RF plasmas // J. Phys. D: Appl. Phys. 1994. V.27. P.296.

125. Fortov V.E., Nefedov A.P., Petrov O.F., Samarian A.A., and Chernyschev A.V. Particle Ordered Structures in a Strongly Coupled Classical Thermal Plasma. // Physical Review E: Rapid Communications. 1996. V.54, P.2236.

126. Fortov V.E., Nefedov A.P., Petrov O.F., Samarian A.A., and Chernyschev A.V. Emission Properties and Structural Ordering of Strongly Coupled Dust Particles in a Thermal Plasma. // Physics Letters A 1996. V.219.P.89.

127. Фортов B.E., Нефедов А.П., Петров О.Ф., Самарян А.А. и Чернышев А.В. Сильнонеидеальная классическая термическая плазма: экспериментальное изучение упорядоченных структур макрочастиц. // Журн. экспер. и теор. физ. 1997. Т.111, Вып.2. С.467.

128. Lowen, Т. Palberg, R. Simon, // Phys. Rev. Lett. 1993. V.70. P. 1557.

129. Tsytovich, Ya. Khodataev and R. Bingham Comments // PI. Phys. Contr. Fus, 1996. V.17. P.249.

130. Игнатов // Физика плазмы 1996. T.22. C.648.

131. Zachariah, D. Chin, H.G. Semerjian, and J.L. Katz, // Appl. Opt. 1989. V.28. P.530.