Введение к работе
Актуальность работы определяется большим интересом к зон-довой диагностике как к единственному, по-существу, средству измерения локальных характеристик низкотемпературной еласоио-низованной плазмы,, образованной продуктами ядерных реакций и необходимостью теоретической интерпритапии данных измерении.
Ядерно-возбуждаемая плазма широко используется в современной энергетике и технологии: оптических квантовых генераторах с прямой и комбинированной ядерной накачкой, ядерных оптических преобразователях, генераторах, инициирующих химические реакции, МГД-генераторах, термозмиссионных преобразователях. Поиск путей оптимизации рабочих режимов указанных устройств и процессов, а также разработка принципиально новых установок и технологий требует проведения широкомасштабных исследований физических явлений в плазме, которые стимулируют также и возросшие требования к точности и достоверности зондовых измере- . ний в плазме.
Еще один важный аспект проблеми связан с необходимостью разработки асимптотических методов возмущения для решения краевой нелинейной задачи, каковой и является задача оо электрическом зонде в континуальной слабоионизованной плазме. Ввиду математической сложности этой задачи к настоящему времени .предприняты лишь единичные попытки описания составного распределе- ния частиц плазмы и потенциала в области, возмущенной зондом. В такой ситуации постановка и решение таких задач, помимо указанной большой практической ценности, представляет собой и значительный самостоятельный интерес.
Целью работы является:
-
Анализ современного состояния континуальной теории электрических зондов в слабоионизованной плазме и макроскопических граничных условий на поверхности зонда.
-
Развитие методов сингулярных возмущений в теории электрических зондов d континуальной слабоионизованной плазме.
-
Разработка и исследование различных моделей (приэлектродных слоев! областей возмущения.
-
Получение аналитических и численных решений уравнения Боль-
-з-,
цмана для режима сплошной среды, дополненное соответствую-щим уравнением Пуассона для стационарного случая.
Научная новизна работы определяется следующими основными, впервые полученными, результатами:
-
РазБита асимптотическая теория электрического зонда в континуальной слабоионизованной химически замороженной плазме, содержашей отрицательные ионы.
-
Получено асимптотическое решение краевой задачи для случая химически замороженной плазмы и построены численные модели для расчета вольт-амперной характеристики в асимптотических пределах электроположительной и электроотрицательной плазмы.
-
Развита асимптотическая теория электрического зонда в континуальной слабоионизованной химически активной плазме с отрицательными ионами.
-
Получено асимптотическое решение краевой задачи для случая химически активной плазмы высокого давления в пределах очень малого и сравнимого с единицей отношения работы электрического поляна длине свободного пробега ионов к энергии их теплового движения.
Б, На основе предлагаемой теории рассмотрена модель работы зонда в слабоионизованной континуальной химически активной плазме для случая высоких отрицательных потенциалов зонда и предложена интерпритация результатов. 6. В рамках разработанной методики предлагаются аналитические выражения для расчета различных участков вольт-амперной характеристики слабоионизованной химически активной плазмы. Практическая ценность работы:
Полученные результаты могут быть.использованы для дальнейшего развития асимптотической теории электрического зонда в континуальной слабоионизованной химически активной плазме, содержащей отрицательные ионы.
Полученные в диссертации результаты теоретических исследований являются полезными для анализа и интерпритации данных зондовых измерений химически активной плазмы, возбуждаемой, в частности, в канале ядерного реактора.
-. На защиту выносятся следующие результаты: 1. Построена асимптотическая теория электрического зонда в
- 4 -континуальной слабоионизованной химически заморожннсй плазме с отрицательными ионами. В частности решена нелинейная краевая задача, которая включает в себя уравнения неразрывности для каждого сорта заряженных частиц и урагнение Пуассона для напряженности .электрического поля в двух асимптотических случаях: когда содержание электронов в не-возмутенной плазме существенно меньше и сравнимо с содержанием положительных ионов.
-
Разработан и представлен алгоритм численного расчета вольт-амперной характеристики зонда в слабоионизованной континуальной плазме с отрицательными ионами.
-
Построена асимптотическая теория электрического зонда в слабоионизованной континуальной химически активной плазме, в частности, получено асимптотическое решение краевой нелинейной задачи в двух случаях: когда работа электрического поля над элементарным зарядом на длине свободного пробега ионов существенно меньше или сравнима с энергией их - теплового движения. Представлены асимптотические выражения зон-довых характеристик для малых и умеренных потенциалов зонда.
-
Представлен асимптотический анализ работы зонда в катодном режиме в континуальной'слабоионизованной химически активной плазме в присутствии отрицательных ионов. Получены сотавные распределения концентраций заряженных частиц и потенциала во всей области возмущения и аналитическое выражение для зондовой характеристики с учетом найденной связи между параметрами невозмущенной плазмы и на поверхности зонда.
Апробация работы.
Основные результаты опубликованы в научных изданиях, большинство из них обсуждалось на научных семинарах в Институте ядерной физики АН FK, а также на семинарах ЛГТУ, Всесоюзной школе-семинаре секции "Приэлектродные явления в низкотемпературной плазме" (Ташкент, 1990 г.), Всесоюзной школе физиков "Кинетика низкотемпературной плазмы" (Ленинград, 1991 г.).
Отдельные материалы диссертации докладывались на: Всесо-ксном совещании секции "Приэлектродные явления в низкотемпературной плазме" (Киев, 1990 г.), Всесоюзном совещании "Элемен-
-5-,
тарные процессы в плазме" (Ленинград, 1991 г.), Международной отраслевой конференции "Физика ядерно-возбуждаемой плазмы и проблемы лазеров с ядерной накачкой" (Обнинск, 1998 г.), XI Европейской конференции секции "Атомной молекулярной физики ионизованных газов" (Санкт-Петербург, 1992 г.).
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов, содержит 120 страниц основного текста, две таблицы и список литературы из ПО наименований, 3 рисунка.
