Введение к работе
_ - . і
Актуальность темы диссертании. В последние годы все большее внимание привлекает кластеры и процессы с их участием [ I] . Кластеры - ото комплексы, состоящие из двух и более молекул (атомов) и по своему фазовому состоянию занимают промежуточное положение между молекулами и макроскопическим телом. Они играют важную роль в процессах конденсагяи в струях [2-5] , зпитаксиального роста тонких плёнок различных вепеств на поверхности твёрдых тел [1,6 ] , образования ультрадисперсных металлических порошков [ 1,7-9 ] .
Наибольший интерес в качестве объектов для исследования кинетики кластерообразования представляют сверхзвуковые струм [2-5] и пары металлов за фронтом ударной волны (УВ) [7-Ю] , поскольку в них реализуются огромные переселения (а следовательно, малый критический размер кластеров). Применение классической жидкокапель-ной модели [і,2] в этом случае необосновано, поскольку в ней используются параметры, имеющие реальный физический смысл только для макроскопической Фазы, например, коэффициент повепхностного натя-кения. Хотя в работах [3,10] удалось обойти яти трудности, слабой стороной применявшихся в них подходов, как и классической жидкока-лельной модели,'является неопределённость вероятностей элементарных процессов кластерообразования. Например, коэффициент прилипания атома к кластеру любого размера априори полагается равным единице. В то же время, во многих работах удалось достичь согласия теории с экспериментом подгонкой, посредством изменения коэффициента прилипання [і,2,10] . Трудность расчёта вероятностей элементарных процессов кластерообразования связана с необходимостью решения задачи многих тел. Видимо, наиболее надёжный расчёт этих вероятностей дают численные методы, п частности, метод молекулярной динамики (МД) [П-І4] .
2.
Цель и основные задачи работы. Целью данной работы была разработка молекулярных моделей и расчёт на их основе методом !ф вероятностей элементарных процессов кластерообразования. Оказалось необходимым решение задачи расширения возможностей метода Щ для расчёта скорости испарения кластеров при низких температурах, поскольку в этом случае испарение кластеров относится к классу так называемых редких процессов. Целью работы было также проведение расчётов кинетики кластерообразования
в сверхзвуковой свободной струе аргона истекающей в вакуум;
в парах железа за фронтом УВ.
Научная новизна работы заключается в том, что впервые применяется подход, основанный на молекулярной модели, в рамках которой вероятности элементарных процессов кластерообразования определяются путём численного моделирования методом УД, а сама кинетика процесса кластерообразования в сверхзвуковой струе и в парах железа за фронтом УВ исследуется посредством решения системы кинетических уравнений с использованием указанных вероятностей. Впервые разработана молекулярная модель, позволяющая, рассчитать скорость испарения кластеров при низких температурах, когда применение прямого численногомоделирования методом ВД не представляется возможным. Обнаружены и объяснены: два характерных участка распада возбуждённых кластеров - неравновесный и равновесный; скачок скорости испарения кластеров в области их температуры плавления.
Научная и практическая ценность полученных результатов.
Полученные в диссертационной работе результаты важны для
дальнейшего развития теории конденсации;
дальнейшего расширения области применимости метода Щ.
Они могут быть полезны для моделирования реальных технологических процессов:
молекулярно-пучковой япитаксии;
процесса получения ультрадисперсних металлических порошков.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на Всесоюзном школе-семинаре "Фундаментальные, проблемы.физики., ударных волн" (Азау, 1987), II Всесоюзном координационном совеща- . нии "Вопросы физики и газодинамики ударных волн" (Одесса, 1987), III Всесоюзном совещании "Физика и газодинамика ударных волн" (Владивосток, 1989), Международном симпозиуме по малым частицам-и неор-
»
ганическим кластерам (Констани, ФРГ, 1990), Международном рабочем семинаре "Нуклеапия - Кластеры - Фракталы" (Серран, ФРГ, 1990), С Всесоюзной конференции "Кластерные материалы" (Ижевск, 1991), Международном симпозиуме по физике и химии малых систем (Ричмонд, Ж, 1991).
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из предисло-іия, введения, семи глав и заключения. Содержит 102 страницы, 40 ри-:унков, 3 таблицы. Список цитируемой литературы включает в себя 104 ?аименований.