Войтенко Леонід Михайлович Ре­лаксаційні процеси в плазмі високовольтних імпульсних розрядів у воді

Короткий опис

Войтенко Леонід Михайлович, молодший науковий співробітник відділу фізики плазми та плазмових техно­логій Інституту ядерних досліджень НАН України: «Ре­лаксаційні процеси в плазмі високовольтних імпульсних розрядів у воді» (01.04.08 - фізика плазми). Спецрада Д 26.001.31 у Київському національному університеті імені Тараса Шевченка МОН України

Інститут ядерних досліджень
Національна академія наук України
Київський національний університет імені Тараса Шевченка
Міністерство освіти і науки України
Кваліфікаційна наукова
праця на правах рукопису
ВОЙТЕНКО ЛЕОНІД МИХАЙЛОВИЧ
УДК 533.9
ДИСЕРТАЦІЯ
РЕЛАКСАЦІЙНІ ПРОЦЕСИ В ПЛАЗМІ ВИСОКОВОЛЬТНИХ
ІМПУЛЬСНИХ РОЗРЯДІВ У ВОДІ
01.04.08 – фізика плазми
Подається на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук
Дисертація містить результати власних досліджень. Використання ідей,
результатів і текстів інших авторів мають посилання на відповідне джерело
________________ Войтенко Л.М.
Науковий керівник: ФЕДОРОВИЧ ОЛЕГ АНТОНОВИЧ
кандидат фізико-математичних наук, старший науковий співробітник
Київ – 2019

ЗМІСТ
ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ 17
ВСТУП........................................................................................................................ 18
РОЗДІЛ 1. РЕКОМБІНАЦІЯ В ПЛАЗМІ РІЗНОЇ ЩІЛЬНОСТІ. ......................... 29
1.1. Огляд робіт по темі дисертації. Рекомбінація в ідеальній плазмі................. 29
1.2. Рекомбінація в неідеальній плазмі ................................................................... 39
1.3. Моделювання рекомбінації в щільній плазмі ................................................. 44
1.4. Експериментальні методи вивчення рекомбінації в щільній плазмі............ 50
1.5. Висновки до першого розділу........................................................................... 53
РОЗДІЛ 2. ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ ЩІЛЬНОЇ ПЛАЗМИ ІМПУЛЬСНОГО
РОЗРЯДУ У ВОДІ..................................................................................................... 54
2.1. Імпульсний розряд у воді ( ІРВ)........................................................................ 54
2.2. Методика реєстрації спектрів імпульсного розряду в воді ........................... 56
2.3. Методика визначення температури плазми розряду в воді........................... 59
2.4. Методика дослідження параметрів плазмового каналу ................................ 61
2.5. Дослідження зміни в часі форми і структури і канала ІРВ ........................... 66
2.6. Методика визначення зміни тиску в каналі у часі ......................................... 69
2.7. Методика визначення електронної концентрації ........................................... 70
2.8. Висновки до другого розділу ............................................................................ 73
РОЗДІЛ 3 ВИПРОМІНЮВАННЯ ІМПУЛЬСНИХ РОЗРЯДІВ У ВОДІ............. 74
3.1. Динаміка спектру випромінювання воднево-кисневої плазми ІРВ у діапазоні
спектру серії Бальмера з мінімальною кількістю домішок .................................. 75
3.2. Особливості випроміння щільної плазми імпульсних розрядів у воді......... 84
3.3. Висновки до третього розділу........................................................................... 93
16
РОЗДІЛ 4. КОЕФІЦІЄНТ РОЗПАДУ ЩІЛЬНОЇ ПЛАЗМИ ................................. 96
4.1. Введення поняття коефіцієта розпаду щільної плазми .................................. 96
4.2. Коефіцієнти розпаду неідеальної плазми імпульсних розрядів у воді при
концентраціях електронів 21020  Ne  21017 см-3 ................................................. 98
4.3. Коефіцієнти розпаду неідеальної плазми при вибуху вольфрамового
провідника у воді..................................................................................................... 107
4.4. Про розпад щільної плазми в діапазоні концентрацій електронів 1017
см3
ne1022 см-3 ........................................................................................................ 115
4.5. Вплив параметрів плазми на швидкість розпаду неідеальної плазми........ 127
4.6. Висновки до четвертого розділу..................................................................... 133
РОЗДІЛ 5. ЧАС ЖИТТЯ ЕЛЕКТРОНІВ В ЩІЛЬНІЙ ПЛАЗМІ ....................... 135
5.1. Основні параметри що описують існування плазми .................................... 135
5.1. Час життя електронів в щільній плазмі.......................................................... 136
5.2 Висновки до п’ятого розділу............................................................................ 144
ВИСНОВКИ............................................................................................................. 147
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ............................................................... 149
Додаток А СПИСОК ПУБЛІКАЦІЙ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ ТА ВІДОМОСТІ
ПРО АПРОБАЦІЮ РЕЗУЛЬТАТІВ ДИСЕРТАЦІЇ............................................. 161

Список літератури

ВИСНОВКИ
1. Розподіли і величини інтенсивності випромінювання, що спостерігаються в
щільній плазмі (при електронній щільності Ne ≥ 1019 см-3), не завжди
відповідають температурі і концентрації щільної плазми. Різко
зменшується інтенсивність суцільного спектру за рахунок зникнення
вільно - зв'язаних переходів електронів в полях іонів, відсутності
рекомбінації електронів на ці рівні. Цей ефект, спільно з ефектом впливу на
спектр випромінювання з щільної плазми каналу відбивання від границі
плазми на довжинах хвиль що відповідають плазмовим частотам,
призводить до зникнення випромінювання з плазмового каналу в моменти
часу відразу ж за пробоєм і в моменти часу з максимальним вкладом
енергії в плазмовий канал.
2. В щільній плазмі значно зменшується швидкість рекомбінації. Кореляція
моментів збільшення швидкості рекомбінації з появою ліній
випромінювання в спектрі свідчить, що різке зменшення швидкості
рекомбінації зв'язане зі зникненням рівнів на які могли б рекомбінували
вільні електрони. (внаслідок “нереалізації рівнів” в мікрополях плазми, які
по величині близькі до внутрішньо атомних).
3. При суттєвих домішках атомів металу збільшуться концентрація
електронів в плазмі до 1022 см-3. Це дозволяє отримувати плазму з великим
ступенем неідеальності Г~3.
4. В щільній плазмі доцільно використовувати коефіцієнт розпаду замість
коефіцієнту рекомбінації, який легко визначається експериментально по
зміні швидкості розпаду.
5. В щільній плазмі не виконується залежність коефіцієнта потрійної
рекомбінації від температури (так званий «закон Т-9/2»).Коефіцієнт розпаду
залежить тільки від концентрації і не залежить від температури плазми.
Отримана емпірична формула для залежності коефіцієнтів розпаду від
концентрації.
146
6. Жодна з існуючих теорій не дозволяють коректно описати рекомбінацію в
щільній неідеальній плазмі.
7. Встановлено, що коефіцієнт розпаду воднево-кисневої плазми не
залежить від ступеня неідеальності плазми.
8. Вперше показано, що значення коефіцієнтів розпаду найкраще з усіх
використаних моделей описуються формулами для коефіцієнтів
фоторекомбінації, але з врахуванням тільки тих рівнів, які спостерігаються
експериментально. Кількість рівнів, які спостерігаються експериментально
залежить від концентрації електронів у щільній плазмі. Отже коефіцієнти
розпаду залежать від Ne