Экспериментальное исследование термической и неравновесной плазмы инертных и молекулярных газов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.08, доктор физико-математических наук Чиннов, Валерий Федорович

• Чиннов, Валерий Федорович
• доктор физико-математических наук
• 2002

Оглавление диссертации доктор физико-математических наук Чиннов, Валерий Федорович

Введение.

Вместо предисловия.

Фундаментальные основы количественной спектроскопии плазмы . 9 Основные цели исследования.

Часть I. Исследование потоков сильноионизованной плазмы атмосферного давления в плазмотронах с расширяющимся анодным каналом.

Глава I. Автоматизированная установка для исследования высокоэнтальпийных плазменных потоков.

1.1. Описание исследуемых плазмотронов с расширяющимся каналом-анодом.

1.2. Описание системы автоматизированной регистрации спектров.

1.3. Система скоростной визуализации движущейся плазмы.

1.4. Спектры излучения плазмы Аг и N2 в различных областях плазменной струи.

Выводы по главе 1.

Глава II. Автоматизированная система обработки спектров излучения плазмы.

2.1. Система обработки спектрометрической информации SPECMCD.10G.

2.2. Программы анализа контуров спектральных линий.

2.3. Программа преобразования Абеля хордовых распределений интенсивностей к радиальным.

2.4. Определение параметров плазмы.

Выводы по главе II.

Глава III. Анализ состояния плазмы аргона и азота в разряде.

3.1. Анализ режима течения плазмы.

3.2. Баланс энергии электронов и роль излучения в балансе энергии дуги.

3.3. О роли ВУФ- излучения в исследуемой плазме.

3.4. Термодинамическое состояние.

3.5. Равновесный состав плазмы аргона и азота. Учет наличия паров меди в прианодной области азотной плазменной струи.

Выводы по главе III.

Глава IV. Параметры электронной компоненты и их пространственные распределения.

4.1. Концентрация электронов плазмы.

4.2. Анализ энергетического распределения возбужденных частиц с целью определения электронной температуры. Учет оптической толщины. Рекомендации по методам определения Те.

4.3. Связь между локальными параметрами плазмы и излучением.

4.4. Результаты измерения радиальных распределений параметров в различных зонах высокоэнтальпийной плазменной струи. Влияние тока дуги и расхода газа на параметры плазмы.

4.5. Пространственные распределения пе и Те в исследуемых плазменных потоках. Влияние на них тока дуги и расхода газа.

Выводы по главе IV.

Глава V. Прикатодная область дуги в сильноточных плазмотронах с расширяющимся каналом как высокостабильный источник квазистационарной сильноионизованной плазмы.

5.1. Анализ стабильности и воспроизводимости свойств плазмы в прилегающей к катоду области положительного столба дуги.

5.2. Статистическая обработка массивов данных и достигаемая точность определения вероятностей переходов и констант штарковского уширения линий Ar I, II, III, NI, II, III.

5.3. Фрагменты базы данных по излучательным свойствам и спектральным характеристикам сильноионизованной плазмы аргона и азота.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Экспериментальное исследование термической и неравновесной плазмы инертных и молекулярных газов»

1. Вместо предисловия .

Многоцветность окружающего нас мира и «белый» цвет основного природного источника света - Солнца привели Исаака Ньютона, величайшего естествоиспытателя второго тысячелетия, к его знаменитым опытам с оптическими призмами [1]. Пропустив солнечный свет через небольшое круглое отверстие в ставнях окна в темную комнату и направив его на призму, он наблюдал создаваемый призмой спектр на расположенном на пути света экране. Многоцветная картина, широкая в своей цветовой перспективе и относительно узкая в поперечном направлении, надолго захватила его сознание: только в 1672 году Ньютон опубликовал результаты своих наблюдений, начатых в 1666 году. Основоположник корпускулярной теории света, он в ходе этих первых в человеческой истории обстоятельных спектральных опытов обнаружил, что вторая призма, помещенная вслед за первой, не разворачивает далее пучок света в спектр, а может «свернуть» цветную картину в исходную белую. Так было доказано, что существование спектра является свойством не призмы, а белого света [2].

После великолепных работ Ньютона, явившихся провозвестником спектрального анализа и астрофизики, понадобилось еще почти полтора века, чтобы возникли технические основы спектрального анализа.

Вильям Волластон, известный английский химик (1766 - 1829гг.) [3], был первым, кто обнаружил в солнечном спектре несколько линий, впоследствии получивших название фраунгоферовых (см. ниже). Еще до научного сообщения о первом в истории наблюдении дискретного спектра (1802) Волластон изобретает способ приготовления ковкой платины для тиглей (1800), что позволяет ему вскоре открыть палладий (1803) и родий (1804). В 1822 году Волластон выделил в металлическом виде титан, - и может считаться праотцом современного самолетостроения.

Еще одна фигура, обеспечившая прогресс спектроскопии, - сын бедного мюнхенского стекольщика Иозеф Фраунгофер (1787 - 1826гг.) [4]. В 20 лет поступив на работу в физико-оптическую мастерскую, благодаря своей талантливости, трудолюбию и знаниям Фраунгофер вскоре встал во главе мастерской, а впоследствии и ее владельцем. В 1814 году он публикует работу о дискретных линиях солнечного спектра (впоследствии получивших его имя). А некоторое время спустя, размышляя над иными возможностями применения уже широко распространенных и изготовляемых в его мастерской телескопов, делает важнейшее для спектроскопистов открытие. Измерения Ньютона были довольно грубыми, поскольку источником света для него служило круглое отверстие. Идея Волластона использовать в качестве источника щель, параллельную ребру призмы, была колоссальным шагом вперед. Фраунгофер понял, что для дальнейшего улучшения качества спектра необходимо, с одной стороны, поместить призму в параллельный пучок света, а с другой - получить сфокусированное изображение входной щели на выходном экране [2].

Так родилась принципиальная схема призменного спектрографа. Этот же гениальный оптик является по существу изобретателем и другого типа спектральных приборов - дифракционных. В научном мемуаре [Denksch. München. Acad., v.VIII, 1821 - 1822 гг] Фраунгофер описал работу оптической дифракционной сетки (решетки), позволяющей определять длину световых волн. Преимуществами решетки перед призмой являются неизменность дисперсии при постоянстве шага решетки, а также, как выяснилось впоследствии, значительное расширение спектрального диапазона решеток, работающих в отраженном, а не в проходящем, как призмы, свете.

Блестящие открытия Волластона и Фраунгофера в начале XIX века позволили двум немецким профессорам Бунзену и Кирхгофу в 1859 году превратить спектральный анализ в экспериментальную науку [5]. Закон Кирхгофа и горелка Бунзена - это глубоко чтимые всеми спектроскопистами раритеты. Терпение и талант позволили этим ученым и их последователям заложить основы количественной спектроскопии излучающих и поглощающих объектов и за короткий период открыть ряд новых элементов: цезий и рубидий (1860 г.), таллий (1862 г.), индий (1863 г.), галлий (1875 г.) и др.

Накапливаемые исследователями данные по спектрам испускания требовали установления закономерностей в распределении линий. Первая такая закономерность была установлена Бальмером в 1885 году для большой группы линий водорода [5]:

1 = Ап2/(п2-4) (1)

Если в качестве п подставлять целые числа от 3 до 15 и подобрать константу А = 3647,2, то очень точно получаются длины волн 13 линий водородного спектра, известных нам как линии серии Бальмера*.

Мощным толчком в установлении спектральных закономерностей сложных атомов должна была послужить открытая в 1871 г. [6] Д.И. Менделееевым Периодическая система элементов.

Сам Д.И. Менделеев, редактор химико-технического и фабрично-заводского отдела цитируемого энциклопедического словаря Брокгауза и Ефрона, озаглавив свою статью в XXIII томе (1898 г., стр. 311-323) «Периодическая законность химических элементов», пишет: «Он (периодический закон) рисуется ныне в виде новой, отчасти только раскрытой, глубокой тайны природы, в которой нам дана возможность постигать законы, но очень мало возможности постигать истинную причину этих законов. С ловом, широкая приложимость периодического закона, при отсутствии понимания его причины, - есть один из указателей того, что он очень нов и глубоко проникает в природу химических явлений, и я, как русский, горжусь тем, что участвовал в его установлении».

Далее других продвинулся в анализе спектральных закономерностей элементов Ридберг [5]: он разделил исследованные элементы на 5 групп: 1) 1л, Ш, К, ЯЬ, Сэ; 2) Си, Ag; 3) Mg, Са, 8г; 4) Хп, Сс1; 5) А1,1п, Т1 и установил, что в каждой группе по мере возрастания атомного веса серии (побочные) передвигаются к красному концу спектра, а при переходе от одной группы к следующей серии передвигаются к фиолетовому концу спектра.

Нам привычней спектр Бальмера в единицах частоты:

2 2 V = Яда ( 1/ 2 - 1/ п ), где Яда - постоянная Ридберга.

Однако, физические закономерности линейчатых спектров начали раскрываться лишь после гениального открытия датчанином Нильсом Бором дискретной структуры энергетического спектра атома водорода [7]. Два постулата Бора вобрали в себя модель планетарного строения атома, предложенную Резерфордом, и идею Планка о квантовании энергии излучения. В результате возникло представление о стационарных энергетических состояниях атомов и о частоте электромагнитного излучения при переходе атома с одной стационарной орбиты на другую. Эти постулаты, в дальнейшем обоснованные квантовой механикой, и легли в основу теории атомных и молекулярных спектров, являющейся питательной средой для современной спектроскопии.

Конечно, к названным ученым, внесшим определяющий вклад в становление спектрального анализа, необходимо причислить и итальянца Г. Галилея, изобретшего телескоп (1608 г.), и датского астронома О. Рёмера, первым измерившего скорость света по затмению спутников Юпитера, и открывшего явление дифракции (1815 г.) выдающегося физика Аугуста Френеля.

2. Фундаментальные основы количественной спектроскопии плазмы После успехов, достигнутых физиками в начале XX века в понимании строения атомов, и создания основ квантовой механики усилиями Де Бройля, Дирака, Паули, Планка, Гейзенберга, Иоффе, имелись все предпосылки для развития теории атомных спектров [9-13]. Понимание важности исследования и использования ионизованной, а потому и токопроводящей газовой среды породило две важных и родственных области современной физики - физику газового разряда [14-19] и физику плазмы [20-28].

Поэтому можно считать, что количественная спектроскопия плазмы -экспериментальная научно-техническая дисциплина, обеспечивающая проверку научных представлений, развиваемых теорией строения атомов (и молекул), квантовой механикой, физикой низко- и высокотемпературной плазмы. Поскольку источником информации для спектроскопии плазмы выступают ее излучательные (и поглощательные) свойства, особое место среди научных основ спектроскопии занимает теория переноса излучения. В развитие последней внесли определяющий вклад такие выдающиеся физики, как А.Митчел и М. Земанский [29], С. Чандрасекхар [30], В.В. Соболев [31], Л.М. Биберман [32,28], Т. Холстейн [33], Я.Б. Зельдович [24].

В практическом плане эффективное использование спектральных методов диагностики, как правило, требует детального представления об основных механизмах излучения исследуемой среды, о совокупности столкновительных и излучательных процессов, протекающих в ней и приводящих к реализации того или иного стационарного или нестационарного состояния плазмы. Для автора диссертации основными источниками этих знаний служили многие приводимые в ссылках источники [10-12, 19, 25, 28 ]. С одной стороны, спектральные исследования плазмы предполагают наличие источника плазмы. Автору работы за почти 40-летний период исследований довелось создавать и исследовать такие плазменные объекты, как свободная электрическая дуга [34-36], мощные стационарные СВЧ-разряды [37-39] , короткоимпульсная плазма, создаваемая пучком быстрых (Е ~ 100-200 КэВ) электронов [40,41], плазма сильноточного электродугового разряда с вихревой стабилизацией [42-48]. Исследование подобного набора плазменных объектов имеют за своими плечами многие физики-исследователи, посвятившие себя плазменной науке, получившей колоссальный толчок в своем развитии благодаря первым успехам космонавтики и управляемого термоядерного синтеза в конце 50-х годов прошедшего века. С другой стороны, представления атомной физики, теории атомных и молекулярных спектров и теории переноса излучения необходимо было преломить через задачи практической спектроскопии плазмы, состоящие в определении параметров и свойств этой плазмы по ее излучательным и поглощательным характеристикам. И поколению исследователей, к которому принадлежу я, очень повезло, поскольку оно получило в свое распоряжение первоклассные путеводители по вопросам создания и исследования плазмы. С благодарностью следует назвать работы В. Финкельнбурга и Г. Меккера [49], С.Э. Фриша [10], И.И. Собельмана [11], В.Л. Грановского [17, 21], Я.Б.

Зельдовича и Ю.П. Райзера [16,24], сборник под редакцией Лохте-Хольтгревена [50], монографии Л.М. Бибермана и Э.И. Асиновского с учениками [28,51] и многих других.

Спектроскопии плазмы, как отдельной научно-технической дисциплине, посвящены специальные монографии [9,52-55] и периодические издания. Сегодняшние достижения спектроскопии плазмы во многом определяет ее сопряжение с квантовой электроникой; когерентная спектроскопия, лазерная диагностика, КАРС-спектроскопия - новые высокоэффективные направления развития плазменной диагностики [58-59].

Но и оставаясь в рамках классической эмиссионной спектроскопии плазмы можно эффективно и достаточно точно исследовать параметры и характеристики самых разнообразных равновесных и неравновесных состояний низкотемпературной плазмы.

3. Основные цели иследования Предметом исследования является низкотемпературная плазма с полным давлением порядка атмосферного, создаваемая как в сильноточных плазмотронах, так и в генераторах пучковой плазмы. При всем разнообразии методов и средств диагностики таких плазм наиболее распространенными, обоснованными и достоверными остаются методы спектральной диагностики. И одной из важнейших причин этого (помимо бесконтактности, т.е. отсутствия возмущающего действия на плазму) является чрезвычайно основательный научный фундамент спектроскопии плазмы, схематично обозначенный в предыдущем параграфе. В общем случае таким фундаментом является либо модель локального термодинамического ( ЛТР ) равновесия [28, 50], либо анализ спектров в совокупности с детальным анализом протекающих в плазме кинетических процессов [ 28, 60, 61].

Основными задачами спектрального исследования являются:

1. Получение достоверного и по возможности хорошо воспроизводимого спектра излучения исследуемого источника плазмы с максимально достижимым спектральным разрешением в широком диапазоне длин волн.

2. Расшифровка спектра, т.е. отождествление составляющих его объектов с известными или прогнозируемыми компонентами: спектральными линиями атомов или ионов разной кратности, молекулярных полос молекул или молекулярных ионов, непрерывным излучением различной природы и т.д.

3. Переход от относительных интенсивностей излучения плазмы к абсолютным ее значениям при помощи надежных эталонов яркости или стандартов интенсивности.

Эти три задачи являются обязательными, общими и достаточно хрестоматийными, и мы на них останавливаться не будем, при необходимости ссылаясь на классические источники или собственные конкретные работы.

4. Определение основных параметров плазмы. Применительно к неравновесной и пространственно неоднородной атомарной плазме это означает независимое определение пространственного распределения температуры и концентрации электронов, температуры тяжелых частиц (для двухтемпературной плазмы), концентрации нейтралов и ионов разной кратности. Для плазмы с молекулярной компонентой к этим параметрам добавляются температуры, характеризующие распределение молекул и молекулярных ионов по колебательным (Ту) и вращательным (Тг) степеням свободы.

5. Детальная информация о спектральном составе излучения плазмы, подкрепленная знанием электронных параметров, позволяет решить задачу о характере взаимодействия между компонентами плазмы, т.е. проанализировать ударно-радиационную кинетику исследуемой плазмы и сделать выводы о ее термодинамическом состоянии. С другой стороны, исследованное в широком спектральном интервале излучение плазмы с пространственным разрешением дает представление о роли излучения в локальном и общем балансе энергии рассматриваемого источника.

6. При условии высокой стабильности и воспроизводимости плазменного источника он может быть использован для получения важнейших спектральных характеристик исследуемых атомов, ионов и молекул, таких, как вероятности оптических переходов (или силы осцилляторов) атомных и ионных линий, константы уширения спектральных линий и т.д.

Исследование посвящено решению следующих задач.

1. Модификация технологических плазмотронов с вихревой газовой стабилизацией и самоустанавливающейся длиной дуги [62] для проведения спектральных, калориметрических измерений и скоростной визуализации электрических дуг и плазменных потоков и создание соответствующего автоматизированного измерительного комплекса.

2. Разработка и создание компьютерных программ для выполнения автоматизированной обработки больших массивов данных по спектрам излучения плазмы, в том числе и для моделирования ровибронных спектров молекулярного иона К2+.

3. Анализ термодинамического состояния исследуемой электродуговой и релаксирующей плазмы с целью обоснования и выбора методов ее спектральной диагностики.

4. Изучение экспериментальных спектров излучения сильноионизованной плазмы аргона и азота и обоснование наиболее точных методов спектрального определения концентрации электронов, температуры электронов и вращательной температуры.

5. Исследование влияния на пространственные распределения параметров плазмы тока дуги и расхода рабочего газа. Установление роли излучения в балансе и переносе энергии в исследуемых генераторах сильноионизованной плазмы.

6. Анализ метрологических возможностей электродуговой плазмы в зоне максимальных энерговкладов для получения данных по излучательным свойствам и спектральным характеристикам сильноионизованной плазмы аргона и азота.

7. Экспериментальное изучение свойств и характера неравновесности в релаксирующей высокоскоростной азотной плазменной струе и установление основных протекающих в ней плазмохимических процессов.

8. Теоретический анализ влияния примесного водорода на кинетику процессов в неравновесной и нестационарной плазме инертных газов и определение условий, при которых это влияние несущественно. Экспериментальная проверка результатов такого анализа в короткоимпульсной пучковой плазме.

Если шестидесятые-семидесятые годы XX века отмечены выдающимися достижениями в области теоретического и экспериментального изучения физики низкотемпературной плазмы, то последняя четверть ушедшего века - это время стремительного развития наукоемких плазменных технологий, опирающегося на живой опыт и накопленные знания предшественников. Создание высокоэффективных мощных и сверхмощных генераторов низкотемпературной плазмы открыло дорогу таким важнейшим промышленным технологиям, как плазмохимическое получение связанного азота и ацетилена, плазменная экстрактивная металлургия, плазменная обработка поверхностей металлов, плазменные технологии получения высококачественных порошкообразных материалов, термохимическая конверсия химически опасных веществ и многие другие [63, 64]. Большой прогресс достигнут и в области плазменных источников света: создание и промышленное внедрение микроволновых ламп на основе серы с уникальными цветовыми характеристиками и эффективностью [65], успехи в освоении излучателей на основе кластерной плазмы [66] и др.

В большинстве упомянутых применений плазмы помимо очевидного преимущества плазменных технологий, заключающегося в их высокой удельной производительности (высокие температуры Т и скорости протекания реакций к ~ ехр ( - Ес/Т), где Еа - энергия активизации), реализуется возможность высокоэффективных селективных плазменных превращений. Прогрессу в исследовании неравновесных плазмохимических систем, как ключевой проблеме прикладной плазмохимии, способствовали выдающиеся работы школы Льва Соломоновича Полака [67-70]. В настоящее время эти проблемы являются стержневыми на таких Международных форумах, как Конференции по явлениям в ионизованных газах, Конгрессы по плазмохимии, газовому разряду. Первая часть работы посвящена экспериментальному исследованию высокоэнтальпийных потоков плазмы аргона и азота, создаваемых в разработанных в ОИВТ РАН плазмотронах, уже нашедших интересные и эффективные применения [ 71,72 ]. Важнейшее место в этом исследовании принадлежит количественной спектроскопии плазмы.

В современных мощных плазмотронах, к которым относится и исследуемый нами, осуществляется прокачка больших количеств газа через канал с электрической дугой [73, 74]; при этом может реализоваться, в зависимости от условий, как ламинарный, так и турбулентный режим течения плазмы [73, 75]. Моделирование течения электродуговой плазмы, особенно в коротких каналах сложной геометрии, нуждается в привлечении экспериментальной информации.

В плазмотроне исследуемого типа нет установившегося участка течения, для которого выполнены численные расчеты течения плазмы в цилиндрических протяженных каналах [73,75]. Совместный учет в расчетных моделях таких важных факторов, как расширение канала, наличие тангенциальной составляющей скорости стабилизирующего газового потока, протекание тока на анод поперек этого потока, как нам известно, не осуществлялся. Поэтому одной из задач настоящего исследования является анализ характера течения плазмы и ее энергообмена со стабилизирующим ее вихревым газовым потоком и холодной стенкой канала, являющегося одновременно анодом дуги.

Благодаря компьютеризации научных исследований появилась возможность существенно повысить скорость сбора и обработки спектроскопической информации. Использование таких систем для исследования стационарных плазменных источников атмосферного давления с температурой 20 - 30 кК позволило расширить наши представления о плазме аргона и азота в этой не очень хорошо экспериментально изученной температурной области, соответствующей началу двукратной ионизации аргона и азота.

Для удобства изложения работа разделенаа на 2 части и 8 глав. В Главе I описывается созданная автором с коллегами [43, 76] комплексная экспериментальная установка, включающая в свой состав несколько типов исследовательских плазмотронов, автоматизированную систему сбора спектральных данных, позволяющую с высоким пространственным и спектральным разрешением исследовать высокоэнтальпийные плазменные струи аргона и азота, а также системы скоростной визуализации плазмы и калориметрирования основных элементов плазмотрона [46, 48].

Использование математизированных систем статистической обработки больших массивов спектроскопической информации позволяет значительно повысить точность получаемых результатов. Глава II содержит описание программы SPECMCD.10G для компьютерного анализа спектроскопической информации. Она включает в себя программный анализ контуров спектральных линий. Развитые в главе методы позволяют анализировать спектральные характеристики сложных мультиплетов с переналоженными линиями, прежде недоступными для спектроскопических применений. Она содержит также описание программ получения пространственных распределений параметров плазмы.

В III главе выполнен анализ состояний плазмы Аг и N2 в исследуемых сильноточных разрядах: термодинамическое состояние и состав плазмы, механизмы отклонения от равновесия, роль излучения в энергетическом балансе. В ней рассмотрены, в частности, такие важнейшие вопросы, как механизм объемной ионизации переходного слоя «плазма - стенка анода» и выполнимость условий ЛТР в области энерговклада дуги.

В главе IV выполнен анализ энергетического распределения возбужденных частиц ( атомов и ионов разной кратности ) с целью определения электронной температуры плазмы, а также предложены и обоснованы точные и надежные методы определения электронных параметров сильноионизованной плазмы, опирающиеся на статистическую обработку массивов спектроскопических данных. Здесь же приводятся результаты измерения радиальных распределений параметров в различных зонах высокоэнтальпийной плазменной струи.

Анализу возможностей сильноточной дуги с вихревой стабилизацией как высококачественного измерительного объекта посвящена глава V. В ней экспериментально устанавливается высокая стабильность и воспроизводимость ее излучательных и иных характеристик. В ее заключении приводятся фрагменты создаваемой базы данных по спектральной излучательной способности, а также вероятностям переходов Ak¡ и константам Штарковского уширения wd сотен линий атомов, ионов и двукратных ионов аргона и азота.

II часть диссертации посвящена особенностям и неравновесным свойствам молекулярной плазмы и плазмы с молекулярными добавками. В главе VI рассмотрены особенности молекулярных проявлений в спектрах излучения высокоэнтальпийных потоков азотной плазмы. Детально проанализированы спектры излучения N2 и N2+, проведено моделирование электронно-колебательно—вращательных спектров 1" системы иона N2+, с целью определения вращательной и колебательной температуры азотной плазмы. Исследованы аномалии в спектре излучения иона N2+ в зоне энерговклада.

В Главе VII проанализирована кинетика рождения и гибели основных активных частиц в исследуемой плазме и установлен характер неравновесности в релаксирующей плазме азота, обеспечивающей ее высокую плазмохимическую активность.

В Главе VIII выполнен анализ влияния малой примеси водорода на параметры неравновесной плазмы инертных газов для случая большого отрыва электронной температуры от газовой и установлены границы применимости метода «водородного термометра» в плазме с холодным инертным газом.

Заключение диссертации по теме «Физика плазмы», Чиннов, Валерий Федорович

Выводы по главе VIII

В главе показано, что в неравновесной неизотермической (Та <0,1 эВ < Те ) плазме инертных газов примесь водорода тем значительнее влияет на ее параметры, чем меньше концентрация электронов.

Минимальное влияние реализуется в области больших пе и N, максимальное - в области либо малых N, либо больших N и малых n с. В диапазоне значений пе = 10 14 - 10 18 см "3, N = 10 18 -3 • 10 21 см "3 предельная величина примеси Н2 , не возмущающая аргоновую плазму, определяется условиями (20), (21) и меняется от 0,03 до 3 %.

Влияние водорода ослабевает в ряду инертных газов. Особенно слабо оно в Хе. Исключением является Аг, более чувствительный к примеси Н2 , чем Не, Ne, Кг ( в 1 - 3 раза) и Хе ( в 3 -10 раз ).

Раньше всего на водород реагируют возбужденные частицы, что и определяет критерии его влияния на плазму инертных газов. Взаимодействия с ионами и электронами в некоторых случаях столь же эффективны ( главным образом для Ne и Не ).

Процессы взаимодействия молекулярного водорода с частицами плазмы приводят к образованию ионов RnH4", HVh ( n = 1, 2 ), молекул

Заключение

В главах 1-УП диссертации представлены результаты экспериментального исследования плазмы аргона и азота, создаваемой в плазмотронах постоянного тока с острийным катодом и расширяющимся водоохлаждаемым каналом - анодом. Давление - близкое к атмосферному, ток дуги - 150-500 А, подача газа в прикатодную область - с тангенциальной закруткой при расходе 1-6 г/с, входное отверстие анода (сопла) - 3-6 мм, самоустанавливающаяся длина дуги - 20-35 мм. Важнейшими особенностями генераторов плазмы с вихревой стабилизацией и расширяющимся каналом являются обеспечение высоких расходных характеристик, эффективность нагрева рабочей среды и малость тепловых потерь в водоохлаждаемую поверхность анода [92]. Эти особенности исследуемых плазмотронов обеспечили получение стационарных плазменных состояний с удельными энерговкладами до 100 л кВт/см .

В процессе выполнения работы получены следующие научные результаты.

1. Создан автоматизированный комплекс для проведения калориметрических, спектральных и скоростных визуальных исследований движущейся плазмы атомарных и молекулярных газов. Для осуществления спектральной диагностики плазмы в различных ее областях (прикатодная область максимальных удельных энерговкладов - 75-100 о кВт/см , область столба дуги, прианодная область и зона релаксации) была создана компьютеризированная система регистрации спектров излучения плазмы, состоящая из двух независимых подсистем на основе монохроматора МДР-41 и спектрографа ДФС-452. Диапазон спектральных исследований 220-1050 нм, спектральное разрешение около 0,01 нм, аппаратная функция регистрирующих систем - 0,025 нм, время усреднения регистрируемых спектров - 1 с. Обработка спектров осуществлялась с помощью разработанной системы программ SPECMCD.10G, выполняющей основные процедуры спектральной диагностики : определение абсолютных значений интенсивности спектральных линий, континуума, молекулярных полос; анализ контуров спектральных линий , в том числе переналоженных и переэкспонированных; преобразование Абеля для получения пространственных распределений интенсивностей излучения пространственно неоднородных объектов.

2. Выполнен комплекс спектральных исследований плазмы Аг и N2 в различных зонах сильноточных (I < 500 А) плазмотронов с расширяющимися каналами и вихревой стабилизацией потока, электронная температура в зоне энерговыделения которых достигает 35000 К. Исследован спектральный состав излучения плазмы Аг и N2 и установлены величины потоков излучения из плазмы.

3. Выполненный анализ термодинамического состояния плазмы Аг и N2 показывает, что в зоне энерговклада выполняются условия ЧЛТР, и применимы методы определения температуры электронов по абсолютным и относительным интенсивностям спектральный линий. В исследуемой плазме были зарегистрированы и проанализированы линии атомов, одно- и двукратно заряженных ионов Аг и N, а в зоне релаксации плазмы азота - и линии атомов меди, в том числе соответствующие переходам из автоионизационных состояний. Для каждой из исследуемых областей плазмы были выбраны группы наиболее надежно регистрируемых и исследованных прежде линий Arl, Aril, ArlII, NI, N11, NUI и Cul. Выявленная из фойгтовских контуров этих линий штарковская составляющая обеспечивала надежное определение концентрации электронов ne, а совокупные данные по заселенности возбужденных состояний атомов, ионов и двукратных ионов позволили несколькими способами с точностью не менее 10% определить электронную температуру Те.

4. С помощью процедуры Абелевского преобразования были получены радиальные распределения электронных параметров плазмы.

Спектроскопически определено изменение вдоль струи осевых значений концентрации и температуры электронов, и температуры тяжелых частиц. Выполненное, в дополнение к спектральным измерениям, калориметрирование основных элементов плазмотрона (катод, секционированный анод, выходной канал) позволило получить картину изменения таких параметров плазмы аргона и азота , как среднемассовые значения температуры тяжелых частиц, энтальпии и скорости плазмы. Установлены оптимальные параметры ( ток дуги и расход рабочего газа) плазмотронов данного класса для обеспечения максимального к.п.д и максимальной среднемассовой температуры аргоновой и азотной плазмы.

5. Наибольшее внимание в исследовании было уделено области электродуговой плазмы, прилегающей к катоду и удаленной от него на 3-5 мм. Высокоскоростная визуализация и анализ результатов обработки многочисленных спектров излучения плазмы свидетельствуют о высокой гидродинамической стабильности плазмы в этой зоне и воспроизводимости ее геометрических и спектральных характеристик. Благодаря рекордно высоким (для стационарных электродуговых плазмотронов) энерговкладам, генерируемая в этой области плазма характеризуется осевыми значениями электронных температур 25-35 кК, что обеспечивает ей чрезвычайно богатый спектр линейчатого излучения, представленный многими сотнями линий атомов, одно- и двукратно заряженных ионов. В работе установлены абсолютные значения интенсивностей излучения этих трех классов спектральных линий, спектральной интенсивности непрерывного излучения в интервале 2201050 нм, а также величины полных потерь энергии за счет выхода излучения из сильноионизованной плазмы Аг и Ы2.

6. Данные по излучению спектральных линий одно- и двукратно заряженных ионов аргона и азота легли в основу уникальной по представительности картины распределения излучающих частиц по энергиям их возбуждения. Показано наличие квазибольцмановского распределения с единой электронной температурой как возбужденных однократных ионов, так и возбужденных двукратных ионов, охватывающих диапазон изменения энергий возбуждения более 10 эВ в обеих группах ионов. Эти полученные впервые данные предоставляют надежную экспериментальную основу для дальнейшего развития методов ударно-радиационной кинетики неравновесной плазмы, в частности фундаментальной теории Бибермана-Воробьева-Якубова, применительно к сильноионизованной пространственно неоднородной плазме с преобладанием однократно и двукратно заряженных ионов. Отметим, что эта плазма представляет особый интерес как переходное состояние к многократно ионизованным высокотемпературным плазмам. В наших экспериментальных планах намечено продвижение в область более высоких температур, кратностей ионизации и скоростей плазмы. 7. Сопоставительный анализ полученных значений вероятностей переходов и констант квадратичного Штарк - эффекта для сотен линий одно- и двукратно ионизованного аргона и азота указывает на хорошую ( в пределах 20-30 % ) согласованность этих данных с наиболее достоверными результатами современных зарубежных исследований. В итоге получены статистически достоверные данные о штарковской ширине многих сотен линий Aril и N11. Применительно к азоту благодаря системе SPECMCD.100, разрешающей контуры переналоженных линий, получены новые данные по константам квадратичного Штарк-эффекта для многих десятков линий N11 и N111 в УФ - области спектра 220 - 360 нм.

8. Предложен механизм замыкания сильноточной дуги на анод в расширяющемся канале, позволивший объяснить экспериментально наблюдаемое ламинарное течение плазмы и диффузный характер токоотбора. Проводимость пристеночного слоя газа обеспечивается большой плотностью мощности потока ВУФ - излучения, генерируемого сильноионизованным ядром плазменного шнура и фотоионизирующего этот слой. Предложенный механизм, подтверждаемый совокупностью экспериментально установленных фактов и выполненных оценок, может служить основой для моделирования сложных процессов энергообмена в прианодной области плазмотронов с самоустанавливающейся длиной дуги и расширяющимся каналом.

9. Экспериментально исследованы особенности молекулярного излучения периферийных областей азотной плазмы в зоне энерговклада. Для объяснения установленных экспериментально возмущений спектра излучения молекулярного иона азота в диапазоне, соответствующем переходу (0-0) 1" системы, привлечен процесс перезарядки возбужденных ионов на молекулах азота.

10. Для зоны релаксации плазмы азота выполнено моделирование электронно-колебательно-вращательных спектров 1" системы иона на переходах (0-0) и (0-1) и определены вращательная Тг и колебательная 1\ температуры азотной плазмы. Полученные таким образом температуры в пределах погрешностей находятся в соответствии с независимо измеренной электронной температурой, что свидетельствует об изотермичности (Те ~ Тг ~ Т\, ~ Та) плазмы азота атмосферного давления в зоне релаксации .

11. В результате измерений параметров плазмы и анализа протекающих в ней процессов установлены следующие важнейшие свойства релаксирующей движущейся азотной плазмы:

- плазма переохлаждена, и концентрация пеэксп ~ 1016 см"3 много выше ее равновесных (по Те) значений пе°(Те) « пеэксп; квазинейтральность плазмы обеспечивается главным образом атомарными ионами пс~ [ГчГ4] » р^2+];

- вследствие медленной рекомбинации атомов и большой скорости (100200 м/с) плазменного потока плазма остается преимущественно атомарной: 1017-1018 см"3» [N2] ~ 1016 см"3;

- благодаря высокой температуре плазмы Те ^ Та ^ 7000 К и ее сверхравновесной степени диссоциации в ней присутствуют весьма

2D 16 3 значительные концентрации метастабильных атомов [N ] ~ 1010 см и [N2p] ~ 1015 см"3.

Высокая температура и концентрация активных частиц (электронов, атомарных ионов и метастабильных атомов) исследованной плазменной струи способствуют эффективному протеканию таких плазмохимических процессов, как азотирование стали при воздействии такой струи на упрочняемую поверхность.

Таким образом, проведенное в главах I-VII исследование вносит вклад в понимание особенностей работы перспективного источника высокоэнтальпийной плазмы, обеспечивающих ему ряд важных преимуществ, таких, как малая самоустанавливающаяся длина дуги, ламинарность генерируемого высокоэнтальпийного потока плазмы, малые потери тепла в охлаждающие стенки и, как следствие, высокие к.п.д и уникальные удельные характеристики оЕ2 > 110 кВт/см3, IE > 2 0 кВт/см, 1/d >150 А/мм.

12. В главе VIII для сильно неравновесной и нестационарной плазмы инертных газов с холодной тяжелой компонентой (Та < 0,1 эВ < Те ) и наличием эксимерных частиц проведен анализ изменения ее параметров при добавлении малой примеси водорода. На основе рассмотрения кинетических процессов взаимодействия частиц получены критерии применимости для диагностики такой плазмы метода «водородного термометра». Показано, что основными возмущающими плазму инертных газов процессами являются взаимодействия молекул и атомов водорода с возбужденными атомами и эксимерами инертного газа.

Список литературы диссертационного исследования доктор физико-математических наук Чиннов, Валерий Федорович, 2002 год

1. J.Newton. New theory of light and colours. Philosophical Transactions, London, 1672.

2. H.Lipson. The Great Experiments in Physics. Edinbburg, England, 1968.

3. Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона, т.VII, С-Петербург, 1892, с.47.

4. Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона, T.XXXVIa, С-Петербург, 1902, с.685.

5. Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона, t.XXXI, С-Петербург, 1900, с.156.

6. Д.И.Менделеев. Естественная система элементов и применение ее к указанию свойств некоторых элементов. Журнал Русск.Хим.Обгцества,1862, в.2.

7. N.Bohr. Phil.Mag., v.26, 1913,ppl-25, 476-502, 857-875.

8. E.Rutherford. . Phil.Mag., v.21, 1911, p.669.

9. Ельяшевич M.A. Атомная и молекулярная спектроскопия. M., Физматгиз, 1962.

10. Ю.Фриш С.Э. Оптические спектры атомов. М. Л., Физматгиз, 1963.

11. П.Собельман И.И. Введение в теорию атомных спектров. М., Физматгиз, 1964.

12. Вайнштейн Л.А.,Собельман И.И., Юков Е.А. Возбуждение атомов и уширение спектральных линий. М., Наука, 1979. 320 с.

13. Герцберг Г. Спектры и строение двухатомных молекул. М., Изд.иностр.лит. 1949. 404 е.; Герцберг Г. Электронные спектры и строение многоатомных молекул. М., Мир. 1969. 772с.

14. М.Капцов Н.А. Электрические явления в газах и вакууме. М., Гостехиздат, 1950.

15. Л. Леб. Основные процессы электрических разрядов в газах. М. Л., Гостехиздат, 1950.

16. Collected works of Irwing Langmuir. N-Y., Pergamon Press, 1961, vv 1-5.

17. Грановский В.Л. Электрический ток в газе. М. Гостехиздат, 1952.

18. А. Энгель. Ионизованные газы. М., Физматгиз, 1959.

19. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М., Наука, 1987.

20. С. Браун. Элементарные процессы в плазме газового разряда. М., Атомиздат, 1961.

21. Грановский В.J1. Электрический ток в газе (установившийся ток). М., Наука, 1971.

22. Атомные и молекулярные процессы. П/р Д. Бейтса. М., Мир, 1964.

23. JI. Спитцер. Физика полностью ионизованного газа. М., Мир, 1965.

24. Зельдович Я.Б., Райзер Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. Изд. 2-е. М., Наука, 1966.

25. Смирнов Б.М. Ионы и возбужденные атомы в плазме. М., Атомиздат, 1974.

26. Арцимович JI.A., Сагдеев Р.З. Физика плазмы для физиков. М., Атомиздат, 1979.

27. Физика и техника низкотемпературной плазмы. П/р C.B. Дресвина. М., Атомиздат, 1972.

28. Биберман JI.M., Воробьев B.C., Якубов И.Т. Кинетика неравновесной низкотемпературной плазмы. М., Наука, 1982.

29. А.Митчел, М. Земанский. Резонансное излучение и возбужденные атомы. М., ОНТИ, 1937. 246 с.

30. С.Чандрасекхар. Перенос лучистой энергии. М., Изд. иностр. Лит., 1953.

31. Соболев В.В. Перенос лучистой энергии в атмосферах звезд и планет. М., 1956.

32. Биберман Л.М. ЖЭТФ.17,416 (1947); 19,584 (1949).

33. T.Holstein. Phys.Rev.,72,1212 (1947); 82, 1159 (1951).

34. Чиннов В.Ф. Electricity from MHD. Vienna, 1966, v 2, Sm 74 / 216.

35. Батенин B.M., Чиннов В.Ф. Теплофизика высоких температур, 6, № 6, 1968, с.981.

36. Батенин В.М., Чиннов В.Ф. ЖТЭФ, 1971, т.61, вып.1 (7), с.56.

37. Батенин В.М., Зродников B.C., ЧинновВ.Ф. Физика плазмы. 1976, т. 2, № 5, с. 831.

38. Батенин В.М., Белевцев A.A., Чиннов В.Ф. и др. Физика плазмы. 1977, т.3,№6, с.1363.

39. Пятницкий JI.H., Живописцев B.C., Чиннов В.Ф. и др. ДАН СССР, сер. физ., 1976, т.230,с.1092.

40. Амиров А.Х., Коршунов О.В., Чиннов В.Ф. ТВТ, 1989, т.27, №4, с.625.

41. А.Н. Amirov, O.V. Korshunov, V.F. Chinnov. J. Phys. B: At. Mol. Phys. 27,1994.P.1753.

42. V.F. Chinnov, E.H. Isakaev, A.V. Zobnin. XXIII ICPIG, Proceeding of Conference, v. 2, p.94 , Toulouse, France, 1997.

43. Зобнин A.B., Исакаев Э.Х., Чиннов В.Ф. ТВТ, 1998. Т.36, №5, С.804.

44. А.А. Belevtsev, V.F. Chinnov, E.H. Isakaev. Progress in Plazma Processes. Proceeding of TPP-Conference, S-Pet, 1998, Begell Inc., N-Y, 1999, pp. 387-396.

45. V.F.Chinnov, E.Kh.Isakaev, A.V.Markin. Implementation of Data Securing and Processing Automated Systems in Electric Arc Plasma Spectroscopy. XXIV ICPIG (Warsaw, Poland) 11-16 July 1999, Vol II, pp 17-18

46. Белевцев A.A., Исакаев Э.Х., Маркин A.B., Хаймин В.А., Чиннов В.Ф.// ТВТ. 2000. Т.38, №5, с.693-700.

47. Исакаев Э.Х., Маркин A.B., Хаймин B.A., Чиннов В.Ф. Приборы и техника эксперимента. 2001, т.44, вып.1,с.1-7.

48. Финкельнбург В., Меккер Г. Электрические дуги и термическая плазма. М., Изд-во иностр. Лит. 1961. 372 с.

49. Методы исследования плазмы./ Под ред. В.Лохте-Хольтгревена, М., Мир, 1971. 552 с.

50. Асиновский Э.И., Кириллин А.В., Низовский В. Л. Стабилизированные электрические дуги и их применение в теплофизическом эксперименте. М., Наука. 1992. 264 с.

51. Смирнов Б.М. Ионы и возбужденные атомы. М.: Атомиздат, 1974. 456 с.

52. Смирнов Б.М. Атомные столкновения и элементарные процессы в плазме. М.: Атомиздат, 1968.363 с.

53. Грим Г. Спектроскопия плазмы. М., Атомиздат, 1969. 452 с.

54. Грим Г. Уширение спектральных линий в плазме. М., Мир, 1978. 492 с.

55. Пеннер С. С. Количественная молекулярная спектроскопия и излучательная способность газов. Пер. с англ. М. Мир. 1963. 493 с.

56. Оптическая пирометрия плазмы. Сборник статей. Пер. с англ. М. Мир. 1960. 438 с.

57. Лазерная и когерентная спектроскопия. П/р.Дж.Стейфельда. М.: Мир, 1982. 632 с.

58. Лазерная спектроскопия атомов и молекул. П/р. Г.Вальтера. М.: Мир, 1979. 432 с.

59. Словецкий Д.И. Механизмы химических реакций в неравновесной плазме. М., Наука, 1980. 312 с.

60. Диагностика плазмы. П/ред.Р.Хаддлстоуна и С.Леонарда. М.Мир.1967. 515 с.

61. Э.Х.Исакаев, Р.Р.Григорьянц, Н.О.Спектор, А.С.Тюфтяев. ТВТ. 1994, т.32, №4,с.627.

62. Низкотемпературная плазма. ТТ. 1-17. Новосибирск : Наука. 1990-1997.

63. Энциклопедия низкотемпературной плазмы. П/р. В.Е.Фортова. Вводный том. ТТ 1-4. М.: Наука, 2000.

64. Ж. Светотехника: № за 1998 и 1999 гг

65. Смирнов Б.М. Процессы в плазме и газах с участием кластеров.// УФН. T.167.№l i.e. 1169.

66. Кинетика и термодинамика химических реакций в низкотемпературной плазме/ Под ред. Л.С. Полака. М.: Наука, 1965. 254 с.

67. Очерки физики и химии низкотемпературной плазмы . / Под ред. Л.С. Полака. М.: Наука, 1971. 434 с.

68. Полак Л.С., Овсянников А.А., Словецкий Д.И., Вурзель Ф.Б. Теоретическая и прикладная плазмохимия. М.: Наука, 1975. 304 с.

69. Полак Л.С. Неравновесная химическая кинетика и ее применение. М.: Наука, 1979. 230 с.

70. Isakaev E.Kh., Tuyftyaev A.S., Plasmatron as a cutting tool, Progress in plasma processing of materials 1999, 5th European Conference on Thermal

71. Plasma Processes, StPetersburg, 12-17 july 1998, Ed. P.Faushais and J. Amouroux, pp. 393-398.

72. Низкотемпературная плазма. Под ред. Энгелыпта B.C., Урюкова Б.А. Т.1. Теория столба электрической дуги. Новосибирск.: Наука, 1990. 376 с.

73. Низкотемпературная плазма. Под ред. Жукова М.Ф., Засыпкина И.М. Т. 17. Электродуговые генераторы термической плазмы. Новосибирск.: Наука, 1990. 711 с.

74. Артемов В.И., Левитан Ю.С., Синкевич О.А. Неустойчивости и турбулентность в низкотемпературной плазме. Москва, Издательство Московского энергетического института. 1994, 402 С.

75. Зобнин А.В., Исакаев Э. X., Чиннов В. Ф. Спектр излучения плазмы сильноточного разряда в плазмотроне с расширяющимся каналом. Препринт ИВТАН № 1-405. М.: 1997.

76. Излучательные свойства твердых материалов. Справочник. Под ред.А.Е.Шейндлина. М., Энергия , 1974.

77. Light Sourses. Spectral Irradiance Data. Oriel Corporation. USA. 1999.

78. KONJEVIC N. and ROBERTS J.R., A Critical Review of the Stark Widths and Shifts of Spectral lines from Non-Hydrogenic Atoms// Journal of Physical and Chemical Reference Data, V.5, No.2 (1976) P.209-257.

79. KONJEVIC N. and Wiese W.L, Experimental Stark Widths and Shifts for Non- Hydrogenic Spectral Lines of Ionized Atoms // Journal of Physical and Chemical Reference Data,., V.5, No.2 (1976) P.259-308.

80. KONJEVIC N. and Wiese W.L., Experimental Stark Widths and Shifts for Spectral Lines of Neutral and Ionized Atoms // Journal of Physical and Chemical Reference Data, v. 19, No.6 (1990) p. 1307-1385

81. Pellerin S., Musiol K., Chapelle J. Measurement of Atomic Parameters of singly Ionized Argon Lines. I. Experimental Procedure. // JQSRT, v.51, No.3 (1997) p.349-358.

82. Pellerin S., Musiol K., Dzierzega K., Chapelle J. Measurement of Atomic Parameters of singly Ionized Argon Lines. II. Transition Probabilities. // JQSRT, v.57, No.3 (1997) p.359-376.

83. Pellerin S., Musiol K., Chapelle J. Measurement of Atomic Parameters of Singly Ionized Argon Lines. III. Stark Broadening Parameters // JQSRT, v.57, No.3 (1997) p.377-391.

84. Mar S., Perez C., Gonzalez V.R., Gigosos M. A., del Val J. A., de la Rosa I. and Aparicio J. A. Experimental transition probabilities in N11 lines.// A&AS. -2000,-v. 144.-pp. 509-515.

85. Blagojevic В., Popovic M., Konjevic N. and Dimitrijevic M. Plasma broadening and shifting along the isoelectronic sequence of boron.// Phys. Rev. E. -1996. -v.54. -No. 1. -pp.743-756.

86. Wiese W. L., Smith M. W., Glennon B.M. Atomic Transition Probabilities. V. INSRDS-NBS 4.USA.1966.88. . Wiese W. L., Smith M. W., Miles B.M. . Atomic Transition Probabilities. V. IINSRDS-NBS 22.USA. 1969.

87. Vujnovic V., Wiese W. L. A Critical Compilation of Atomic Transition Probabilities for Singly Ionized Argon.// Journal of Physical and Chemical Reference Data,, V.21, No.5 (1992) P.919-939.

88. Стриганов A.P., Свентицкий H.C. Таблицы спектральных линий. М., Атомиздат. 1966. 900 с.

89. Жуков М.Ф., Коротеев А.С., Урюков Б.А. Прикладная динамика термической плазмы. Новосибирск, Наука. 1975. 298 с.

90. Жуков М.Ф., Смоляков В.Я., Урюков Б.А. Электродуговые нагреватели газа ( плазмотроны ). М. Наука, 1973. 232 с.

91. Чиннов В.Ф. О роли ВУФ- излучения в прианодной области сильноточных плазмотронов с расширяющимся анодным каналом. // ТВТ. 2002. Т. 40, №4. с.360.

92. Асиновский Э.И., Дроханова Е.В., Кириллин А.В., Лагарьков А.Н. Экспериментальное и теоретическое исследование коэффициента теплопроводности и полного излучения плазмы азота.// ТВТ. Т.5.№5.1967. С.739

93. Hermann W., Schade Е. Transportfunctionen von Stickstoff bis 26000 К. Transport Properties of Nitrogen up to 26000 K. // Zeitschrift fur Physik. B.233. H.4. 1970. P.333.

94. Hermann W., Schade E. Radiative Energy Balance in Cylindrical Nitrogen Arcs.// JQSRT. . 1972. V.12. №9. P. 1257.

95. Taylor R.D., Ali A.W. Absorption Properties of a High Temperature Nitrogen Plasma.// JQSRT. 1987. V.38. №1. P.29.

96. A.A. Белевцев, Э.Х. Исакаев, A.B. Маркин, В.Ф. Чиннов. Спектроскопический анализ пространственных распределений параметров плазмы в высокоэнтальпийных потоках аргона и азота. // ТВТ.2002. Т. 40, №1, с.26.

97. Макаров В.Н. Определение механизма физико-химических процессов в высокотемпературном воздухе. //ПМТФ, 1996, т.37,№2, с.69-82.

98. Александров В.В., Глотов Е.П., Данилычев В.А. и др. К теории несамостоятельных объемных разрядов в молекулярных и благородных газах.// Труды ФИАН. Т. 142. М. 1987. С.46.

99. Evans D.L., Tankin R.S. Measurement of Emission and Absorption of Radiation by an Argon Plasma.//Phys.Fluids, 1967 v. 10, No6, p. 1137-1144.

100. Devoto R.S. Transport Coefficients of Partially Ionized Argon// Phys.Fluids/ 1967. V.10, No2, p.354-364.

101. Калиткин H.H., Кузьмина Л.В., Рогов B.C. Расчет термодинамических функций и транспортных коэффициентов плазмы. -М., 1972. 112 с.

102. Панасенко Н.Л., Севастьяненко В.Г. Сб. Исследования процессов в плазменных нагревательных устройствах. -Минск, ИТМО, 1986. С.3-12.

103. Kannapan D., Bose Т.К. Transport properties of a two temperature argon plasma. Phys.Fluids.- 1977. V20, N10, p.1668-1673.

104. Донской A.B., Клубникин B.C., Салангин А.А. Двухтемпературное моделирование аргоновой плазмы в канале. ЖТФ. 1985, т.55, вып.11, с.2124-2128,

105. Муленко И.А., Олейникова Е.Н., Соловей В.Б., Хомкин А.Л. Широкодиапазонная модель смеси для неидеальных газов и плазмы сложного состава с химическими реакциями. ТВТ. 2001, т.39, №1, с. 13-25

106. Нойбергер А. Состав, электропроводность и суммарное излучение азотной плазмы. РТК. 1975, т.13, №1, с.3-5.

107. Биберман Л.М.,Норман Г.Э. //УФН. 1967.Т.91. Вып.2. С. 193.

108. Fowler R.H., Milne Е.А. Mon. Not. R. Astron. Soc. 83, 499 (1923).

109. Bartels H., Larens A.W. Naturwissenschaften. Bd.37, H. 1, 164 (1950).

110. Aparicio J. A., Gigosos M. A., Gonzalez V.R., Perez C. de la Rosa and Mar S. Measurement of Stark broadening and shift of singly ionized Ar lines// J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. -1998. -v.31. -pp. 1029-1048.

111. Aparicio J. A., Gigosos M. A. and Mar S. Transition probability measurement an Aril plasma// J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. -1997. -v.30. -pp. 3141-3157.

112. NIST Atomic Spectra Database Lines Data (http://physics.nist.gov/ cgi-bin/ AtData/mainasd)

113. Животов B.K., Русанов В. Д., Фридман А. А. Диагностика неравновесной химически активной плазмы. -М: Энергоатомиздат, 1985. 216с.

114. A.A. Belevtsev, V.F. Chinnov, E.Kh. Isakaev, A.V. Markin, T.F.Tazikova. Determination of Aril and N11 Transition Probabilities Using Excited State Populations in Highly Ionized Plasmas. Proceedings of 25 ICPIG,Nagoya, Japan, 2001, pp.343-344.

115. А.В.Маркин. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗЛУЧАТЕЛЬНЫХ СВОЙСТВ И ПАРАМЕТРОВ СИЛЬНОИОНИЗОВАННОЙ ПЛАЗМЫ АРГОНА И АЗОТА АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ. Диссерт.на соиск. учен. ст. канд. техн. наук. М. МЭИ. 2002. Научн. рук. к.ф.-м.н., доц. Чиннов В. Ф.

116. Belevtsev, А.А., Chinnov V.F., Grigor'yants R.R., Isakaev E.Kh. and Markin A.V. Study of high enthalpy plasma flows.// Annals of New York Academy of Sciences, 1999. V.891. P.360.

117. A.A. Belevtsev, V.F. Chinnov, E.Kh. Isakaev, P.P. Ivanov, Highly ionized atmospheric pressure argon and nitrogen plasmas, Proc. of the XIII Int. Conf. on Gas Discharges and their Applications, Glasgow, UK, Sept.3-8, 2000, pp. 609612.

118. Jos J.M. Revised Transport Properties of High Temperatures Air and their Components. AVCO TR.,Nov. 1967.

119. A. Lofthus and P.H. Krupenie. The Spectrum of Molecular Nitrogen.// J. Chem & Phys. Ref. Data,V.6,No 1,pp.113-307,1977.

120. Laudenslager J.B., W.T.Huntress Jr., M.T.Bowers. J. Chem. Phys. V.61,Noll, 1974, p.4600.

121. B.H. Очкин, С.Ю. Савинов, H.H. Соболев. Механизмы формирования распределений электронно-возбуждённых молекул по колебательно-вращательным уровням в газовом разряде. Труды ФИАН. 1985 г. Том 157, стр. 6-85.

122. А.Е. Беликов, А.И. Седельников, Г.И. Сухинин, Р.Г. Шарафутдинов.2 +

123. Вращательные переходы при ионизации азота в состояние N 2 (В Ей , и'=0) электронным ударом. Институт теплофизики СО АН СССР, 1986г. ПРЕПРИНТ 149-86.

124. F. Michaud, ud, F. RoP. Davies, A-D. Nguyen, Appl. Opt. 35 (1996), 2867-2873.

125. F. Michaud, F. Roux, S. P. Davies, A-D. Nguyen, С. O. Laux, J. Molec. Spectrosc. 203 (2000), 1-8.

126. С. O. Laux, R.J.Gessman, C.H.Kruger, F.Roux, F. Michaud, S. P. Davies. JQSRT. 2000. V.68. P.473.

127. Киселевский Л.И., Шиманович В.Д. Оптика и спектроскопия. Выпуск 24, с.266, 1968.

128. Ландау Л.Д, Лифшиц Е.М. Статистическая физика. М. Наука. 1964.

129. К. A. Dick, W. Benesch, Н. М. Crosswhite, S. С. Tilford, R. A. Gottscho, R. W. Field, J. Molec. Spectrosc. 69 (1978), 95-108.

130. L. Klynning, P. Pages, Phys. Scripta 25 (1982), 543-560.

131. Ландау Л.Д, Лифшиц Е.М. Квантовая механика: Нерелятивистская теория. М.:Наука, 1974. 752 с.

132. Мнацаканян А.Х., Найдис Г.В. Процессы образования и гибели заряженных частиц в азотно-кислородной плазме. В сб.Химия плазмы, Вып. 14, М., Энергоатомиздат, 1987, с.227-255.

133. Кривоносова О.Э., Лосев С.А., НаливайкоВ.П. и др. Рекомендуемые данные о константах скорости химических реакций между молекулами, состоящими из атомов N и О. Там же, с.3-31.

134. C.Park. Assessment of two-temperature kinetic model for ionizing air. J.Thermophysics. V.3, No.3, 1989, p.233-245.

135. Дэшман С. Научные основы вакуумной техники . М., из д.Иностр. лит. 1961, 995 с.

136. Морозов А.Н. Водород и азот в стали. М., Металлургия, 1968, 232с.

137. В.Дембовский. Плазменная металлургия. М., Металлургия, 1981. 280 с.

138. Азотирование и карбонитрование. Пер.с нем. под ред.А.В.Супова. М., Металлургия. 1990, 280 с.

139. Паристый И.Л., Троицкий А.А., Исакаев Э.Х., Филиппов Г.А., Яблонский А.Э. Плазменное упрочнение колесных пар на Московской железной дороге, «Локомотив», № 3,1999 г.

140. Ivanov P.P., Isakaev E.Kh., Izotov V.I., Filippov G.A.,

141. Tyuftyaev A.S., An effective method of surface hardening of railway wheels, "Steel", No 1,2000, pp. 63-66.

142. Теория и технология азотирования. /Лахтин Ю.М., Коган Я.Д., Шпис Г.-И., Бемер З.-М . М., Металлургия, 1991, 320 с.

143. Коршунов О.В., Чиннов В.Ф.// ТВТ. 1992. Т.30. №4. С.654.

144. Эксимерные лазеры. П/р.Роудса. М.: Мир. 1981.

145. Смирнов Б.М. Комплексные ионы. М.: Наука, 1983.

146. Drawin H.W.// Z.Phis. 1956. V. 146. P. 295.

147. Колесников В.Н. // Тр. ФИАН. 1964. Т.ЗО

148. Асиновский Э.И., Батенин В.М. // ТВТ. 1965. Т. 3. № 4. С. 530

149. Коротеев A.C., Ломовцев М.Л., Мякин Л.П. // В кн.: Генераторы плазменных струй и сильноточные дуги. М.: Наука, 1973. С.20.

150. Полак Л.С, Словецкий Д.И. //ТВТ. 1974. Т.12. № 5.С. 921.

151. Ломаев М.И., Панченко А.Н., Тарасенко В.Ф. // Квантовая электроника. 1987. Т.14.№ 5.С.993.

152. Зуев B.C., Канаев A.B.,Михеев Л.Д. // Квантовая электроника. 1987. Т. 15.С.1670.

153. Moller T.,Beland М., Zimmerer G. // Chem. Phis.Lett. 1987.V. 136.N 6. Р.551.

154. Theodorakopoulos G., Farantos S.C., Buenker R.J.,Peyerimhoff S.D. // J Phys. В.: At. Mol. Phys. 1984. V. 17. N 8. P. 1453.

155. Гудзенко Л.И., Яковленко С.И. Плазменные лазеры. М.: Атомиздат, 1978.

156. Godart J.,Puech V. // Chem. Phys. 1980. V. 46. N 1. Р. 23.

157. Ketterle W., Dodhy A., Walther H. // Chem. Phis. Lett. 1986.V. 129.N 1 P. 76.

158. Lipson R.H.// Chem. Phys. Lett. 1986. V. 129/ N 1. P. 82.

159. Lishawa C.R., Feldstein J.W.,Atewart T.N. et al. // J. Chem. Phys. 1985. V. 83. N 1. P. 133.

160. Jonhs J.W.C.// J. Mol. Spectr. 1970. V. 36. P. 488.

161. Vance R.L., Gallup G.A.II J.Chem. Phys. 1980. V.73. N 2.P. 894.

162. Батенин B.M., Коршунов O.B., Чиннов В.Ф.// ТВТ. 1986.Т.24. № 1.С.9.

163. Батенин В.М., Коршунов О.В., Чиннов В.Ф. // ТВТ. 1986. Т. 24. № 2.С.218.

164. Елецкий A.B., Смирнов Б.М. // УФН. 1982. Т. 136. Вып.1.С.25.

165. Бионди М.А. Электронно-ионная рекомбинация в газовых лазерах. В кн.: Газовые лазеры ( под ред. И. Мак-Даниэля и У. Нигэна ).М.: Мир, 1986. С. 216.

166. Rakshit A.B., Warneck Р. // J.Chem. Phys. 1981. V. 74. N 5. Р. 4832.

167. Liao C.-L., Xu R.,Nourbakhoh S. et al.// J. Chem.Phys.l990.V.93.N 7.P.4832.

168. Гринченко Б.И., Чиннов В.Ф. // Физика плазмы. 1981.Т.7.№ 4.С.852.

169. Карлашов A.B.,Коршунов O.B. //ТВТ.1981.Т.19.№ 4.С.709.

170. Смирнов Б.М. //УФН. 1983.Т. 139 № 1.С.53.

171. Колоколов Н.Б.,КудрявцевА.А.//Химия плазмы. Вып.5.М: Энергоатомиздат. 1989. С. 127.

172. Allison W.,Sheldon J.W.,Muschlitz Jr.//J.Phys. B:At.Mol. Phys. 1981. V. 14. P.4587.

173. Van Hemert M.C.,Dohmann H.,Peyerimhoff S.D.// Chem.Phys. 1986. V. 11 O.N 1.P.55.

174. Батенин B.M., Коршунов О.В.,Чиннов В.Ф. // ТВТ.1989.Т.27.27.№ 4.С. 625.

175. Бычков B.JL,Елецкий A.B.,Смирнов Б.М. // В кн.: Химия плазмы. Вып. 10. М.: Энергия.1983.С.155.

176. Коршунов О.В. Формирование параметров неравновесной пучковой плазмы инертных газов. Дисс. на соискание уч. ст. канд. физ.-мат. наук. Научн. рук. В.Ф.Чиннов. М.: ИВТАН. 1987. 202С.

177. Amirov A.Kh., Batenin V.M.,Korshunov O.V.,Chinnov V.F. In: Contr. papers 2 ICPIG XIX,Beograd.l989.P.294.

178. Амиров A.X.,Коршунов О.В.,Чиннов В.Ф. Спектры излучения и кинетика слабоионизированных инертных газов. Препринт № 1-319.М.: ИВТАН. 1991.С.51.

179. Millet P., Birot H. et al. //J.Chem. Phys.l978.V.69.N 1.P.92.

180. Амиров A.X.,Коршунов О.В.,Чиннов В.Ф. //ТВТ.1991.Т.29. № 5. С.847.

181. Амиров А.Х.,Коршунов О.В.,Чиннов В.Ф. //ТВТ.1991.Т.29. № 6. С. 1066

182. Bowering N., Bruce M.R.,Keto J.W.//J. Chem. Phys. 1986. V.84. N.2.P.709.