Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Структура и подвижность отрицательных ионов в плотных газах и жидкостях Волыхин, Константин Федорович

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Волыхин, Константин Федорович. Структура и подвижность отрицательных ионов в плотных газах и жидкостях : диссертация ... кандидата физико-математических наук : 01.04.14.- Москва, 2000.- 105 с.: ил. РГБ ОД, 61 01-1/398-3

Введение к работе

:

Актуальность, Исследование структуры и транспортных свойств
инжектированных в диэлектрическую среду заряженных частиц находится на
лике различных областей современной физики и представляет интерес, как для
фундаментальных исследований, так и для многих приложений (детекторы
юнизирующего излучения, плазмохимические системы, различные
поразрядные устройства). Экспериментальные и теоретические результаты,
юлученные за последние три десятилетия, позволили существенно углубить
юнимание процессов, происходящих в физике сильно-неупорядоченных
сонденсированных систем, электронике жидкостей и газов, теормн
дногочастичных взаимодействий и физики кластеров. Интенсивному
ісследованию структуры и подвижности ионов и электронов в плотных газах и
кидкостях во многом способствовало использование заряженных носителей в
ячестве зондов для исследования взаимодействия заряжённых частиц со средой,
труктуры среды вблизи иона на микроскопическом масштабе и возбуждений,
оторые в ней возникают. Особое внимание в последние десятилетия было
іривлечено к исследованию природы и подвижности заряженных носителей в
верхтекучем и нормальном жидком гелии, в других инертных газах и
глеводородах. На сегодняшний день как теория, так и эксперимент существенно
родвинулись в описании структуры и транспортных свойств положительных
онов. Вследствие эффекта электрострикции вблизи иона сильно меняются
окальные свойства среды (например плотность, давление, вязкость),. что при
пределенных условиях приводит к затвердеванию жидкости вблизи нона и
бразоваиию кластера. В этом случае подвижность иона определяется
одвижностью кластера и слабо
сит от сорта положительного иона,

канительно меньше известно о структуре и транспортных свойствах отри-
ательных ионов. Особенный интерес выэывас н OJ, так как кислород
рисутствует в качестве примеси практически во всех экспериментах. В ряде
сспериментальных р
оыла обнаружена аномально высокая подвижность

римесных отрицатель!,. , ионов в плотных газообразных и жидких инертных ізах. Эффект электрострикции не зависит от знака заряда, поэтому модель, эедложенная Аткинсом и общепринятая в настоящее время для объяснения шнепортных. свойств положительных ионов, использовалась и в случае грнцательных ионов. Однако, попытки интерпретировать эту аномалию в рамкях-іектрострикциоішой модели не имели успеха. Развитие теории, описывающей

структуру и объясняющей поведение отрицательных ионов if газах и жидкостях, требует корректного учета взаимодействия электрона отрицательного иона со средой, учета влияния среды на состояние иона и самосогласованного возмущения среды вблизи отрицательного мрні. '

Целью настоящей диссертации является теоретическое исследование структуры и подвижности отрицательных ионов я плотных инертных газах и жидкостях. Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

  1. Исследование структуры отрицательного иона а плотных средах с низкой поляризуемостью (Не). Построение аналитической модели, описывающей образование микрополости вокруг отрицательного иона.

  2. Исследование структуры отрицательно заряженного комплекса в плотном газообразном гелии.и неоне методом функционала плотности. Обобщение приближения самосогласованного поля на мучай «цбосвізанного электрона отрицательного иона.

  3. Исследование структуры отрицательного иона а жидком ксеноне на линии насыщения. Построение аналитической модели, описывающей структуру, образующегося ионного комплекса.

  4. Расчет подвижности отрицательно заряженного комплекса молекулы кислорода в закритическом гелии и пеоле, а шоке в жидком ксеноне на линии насыщения.

Научная новизна результатов, полученных в работе, состоит в следующем: Предложена аналитической модель отрицательного нона в среде с малой поляризуемостью. Показано, что вокруг отрицательного иона » среде при 'определенных условиях образуется микропузырек. В рамках упрощенной модели установлена качественная зависимость энергии связи электрона в отрицательном ионе и размера полости от термодинамических параметров среды.

Приближение самосогласованного поля, развитое для описания электронной автолокалиэации, обобщено на случай слабосвязанного электрона отрицательного иона в среде. Методом функционала плотности, в приближении самосогласованного поля проведен расчет профилей локальной плотности и вязкости среды вблизи иона. Исследовано влияние внешних термодинамических условий на их формирование.

Предложена модель, описывающая структуру отрицательного иона в жидком ксеноне. Показано, что сильное обменное взаимодействие внешнего слабосвязанного электрона отрицательного иона с жидкостью 'приводит..к"

частичной компенсации эффекта электрострикцин и препятствует образованию вокруг отрицательного иона твердотельного кластера.

Проведен расчет подвижности отрицательного иона молекулы кислорода в шеритическом гелии и неоне, и > жидком ксеноне на линии насыщения с учетом локального изменения свойств среды вблизи иона.

Результаты исследований обобщены в виде следующих положений. выносимых на зашиту:

Установлено, что учет обменного взаимодействия внешнего слабосвязанного электрона отрицательного иона с валентными электронами атомов или молекул среды является принципиально важным и приводит в случае сред с малой поляризуемостью к образованию вокруг отрицательных ионов микроскопических полостей - пузырьков, а не кластеров как считалось ранее.

В газах с более высокой поляризуемостью или жидкостях конкуренция между дальнодействующим поляризационным притяжением и короткодействующим обменным отталкиванием приводит к образованию ионных комплексов более сложной структуры - практически пустой полости в непосредственной близости к Иону, окруженной слоем уплотнения. Плотность атомов среды в таком уплотнении может существенно превышать среднюю плотность атомов в среде.

Показано, что в жидком ксеноне сильное обменное взаимодействие внешнего слабосвяза'нного электрона отрицательного иона с жидкостью приводит к частичной компенсации эффекта электрострикцин и препятствует образованию вокруг отрицательного иона твердотельного кластера. Это позволило объяснить причину значительно более высокой подвижности отрицательных ионов молекулы кислорода в жидком ксеноне по сравнению с положительными ионами.

Транспортные свойства ионных комплексов непосредственно связаны с характером их структуры. Учет изменения локальных свойств окружения в расчетах подвижности позволил объяснить аномальную подвижность отрицательного нона молекулы кислорода в плотном закрктическом иглообразном гелии и в неоне. Показано, что аномальный вид кривой подвижности отрицательного ион» в неоне может быть объяснен изменением структуры ионного комплекса и сменой режимов его поднижностн. Показано, что в промежуточной области по плотности (плотный газ) вплогь до критической плотности подвижность иона может быть интерпретирована как подвижность жидкого кластера в плотном газе. При больших плотностях подвижность ионного

комплекса представляет собой подвижность пузырька в возмущенной вблизи него жидкости.

Апробация работы. Результаты работы были представлены на Международной конференции по физике низкотемпературной плазмы (Петрозаводск, 1995); International Conference on Conduction and Breakdown in Dielectric Liquids (Rome, Italy, 1996); International Conference UCLA (Los Angeles, USA, 1996); International Workshop on Electrohydrodynamics (Sevilla, Spain, 1998); нескольких семинарах Теоретического отдела ИВТ РАН.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения и пяти глав, содержит 103 страницы машинописного текста, 18 рисунков и 73 наименования использованной литературы.