Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Процесс тронной ион-ионной рекомбинации
А* +В'+М-уАВ + М имеет почти вековую историю исследований. Являясь одним из основных каналов гибели заряженных часпщ в электроотрицательном газе, он оказывается важным при накачке эксимерных лазеров и решении ряда экологических задач; им определяется концентрация ионов в средней и нижней атмосфере Земли.
Экспериментальных данных по скорости этого процесса относительно мало, что объясняется изменением состава ионов и усложнением их идентификации с ростом давления газа. Поэтому основным источником информации по скорости процесса тройной ион-ионной рекомбинации является теория, причем наиболее надежные данные получаются в рамках метода Монте-Карло. Но расчеты этим методом трудоемки и выполнены для малого числа систем и узкой области параметров. Скорость же рассматриваемого процесса зависит от многих исходных данных: вида частиц Л* ,В~,М, давления, температуры газа, а в некоторых задачах - и от приложенного электрического поля.
Из-за этого в практических приложениях (например, при изучении кинетических процессов в эксимерных лазерах), где необходимо знание большого числа констант скорости протекающих реакций в большом диапазоне внешних условий, применение метода Монте-Карло представляется очень затруднительным. В таких задачах более удобно использование аналитических формул для констант скорости реакций.
В данной работе рассмотрены задачи, решение которых важно для эксимерных лазеров, плазменных методов очистки дымовых газов и электроизоляции высоковольтного оборудования.
Кроме того, наличие аналитического описания позволяет более глубоко понять основные закономерности протекания процесса рекомбинации, что дает возможность заранее делать оценки эффективности различных каналов гибели заряженных частиц в широком диапазоне условий.
Несмотря на то, что в большинстве практических задач рекомбинация ионов происходит в смеси газов, до настоящего времени этот вопрос остается практически не исследованным теоретически. Также явно недостаточным представляется объем данных по рекомбинации ионов во внешнем электрическом поле.
В данной работе сделана попытка восполнить эгог пробел и рассмотреть возникающие при этом эффекты.
Отмеченные обстоятельства позволяют считать тему настоящей работы весьма актуальной как с точки зрения анализа основных процессов, происходящих при тройной рекомбинации нонов в газовых смесях и внешнем электрическом поле, гак и с точки зрения применения аналитических методов расчета скорости процесса рекомбинации в различных практических приложениях.
Предметом настоящего диссертационного неелдеошпши
является процесс тройной ион-ионной рекомбинации в газовых смесях и при наложении постоянного внешнего электрического поля.
Цопь настоящего исследования: рассмотрение аналитических моделей процесса тройной ион-ионной рекомбинации, построенных к настоящему времени и возможностей их использования для различных
задач и при разных внешних условиях; построение модели процесса ионной рекомбинации в газовых смесях и анализ синергетического эффекта, возникающего при рекомбинации ионов в смеси газов, сильно отличающихся по своим свойствам; анализ эффектов, приводящих к существенному снижению скорости ионной рекомбинации при наложении внешнего постоянного электрического поля; расчет скорости рекомбинации в плазме дымовых газов, в канале стримера при его распространении во влажном воздухе и в других практических приложениях, а также влияния влажности на свойства длинного стримера в воздухе.
Научная новизна диссертации состоит в том, что в ней впервые приводится аналитический расчет константы скорости процесса тройной ион-ионной рекомбинации в газовых смесях. На основании этого расчета, также впервые, предсказывается синергетический эффект в скорости тройной ион-ионной рекомбинации, состоящий в немонотонной зависимости константы от состава смеси буферных газов. Кроме того, впервые выполнено моделирование длинного стримера во влажном воздухе и дано новое объяснение наблюдаемому в эксперименте эффекту влияния влажности на свойства стримера.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Предложена методика определения и выполнен расчет
константы скорости тройной ион-ионной рекомбинации в газовой смеси.
2. Предсказан и изучен синергетический эффект для скорости
тройной рекомбинации тепловых ионов при промежуточных и высоких
давлениях, а также для ионов, нагретых элекприческим полек, при
низких давлениях газа.
3.. Исследовано влияние внешнего электрического поля на скорость тройной ион-ионной рекомбинации в слабоионизированном газе и плазме.
4. Выполнено моделирование распространения длинного стримера во влажном воздухе и дано новое объяснение влияния влажности на свойства стримера, связанное с гидратацией положительных ионов в канале стримера.
Практическая значимость диссертационного исследования.
Результаты, полученные в данной работе, позволяют быстро определять константу скорости ион-ионной рекомбинации для широкого спектра реагирующих ионов, разнообразных смесей буферных газов, в большом диапазоне давлений, температур и напряженностей внешнего поля, что необходимо для моделирования процессов в различных научных, экологических и технологических задачах.
Апробация результатов исследований.
Диссертация обсуждена >,а кафедре прикладной физики факультета проблем физики и- энергетики Московского физико-технического института.
Основные положения диссертации отражены ' в работах, опубликованных в журналах «Письма в ЖТФ», «Физдаа плазмы» и «Journal Physics В: At. Мої. Opt. Phys.».
Результаты исследований докладывались на конференциях:
П-ой Международный семинар «Сильные СВЧ волны в плазме» ( август 1993 года, г. Нижний Новгород)
XXXVIII научная конференция Московского физико-технического института (25-26 ноября 1994 года, г. Долгопрудный);
Всероссийская конференция "Физика низкотемпературной плазмы" (ФНТП-95) (20-26 июня 1995 года, г. Петрозаводск);
VlII-я Всероссийская конференция по физике газового разряда (июнь 1996 года, г. Рязань);
Всероссийская конференция «Физика низкотемпературной плазмы» (ФНТП-98) (июнь 1998 года, г. Петрозаводск);
Структура диссертации. Структура диссертационного исследования обусловлена его предметом, . целями, задачами. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованной литературы.
