Ученый впервые описал различные режимы образования плазмы в атмосферных условиях

22 сентября 2022
24

Сотрудник Казанского национального исследовательского технического университета имени А. Н. Туполева (Казань) математически описал переход от тлеющего разряда к дуговому в газах при атмосферном давлении. Оказалось, что этот процесс зависит от условий охлаждения электродов и их температуры. Так, в норме при протекании тока и образовании плазмы в условиях атмосферного давления окружающая среда, в частности газ, сильно нагревается — до нескольких тысяч градусов Цельсия. Это приводит к тому, что поверхности электродов также нагреваются и начинают влиять на разряд. Например, на катоде может «включиться» дополнительный механизм поддержания разряда — термоэлектронная эмиссия.

Автор работы показал, что, искусственно контролируя температуру электродов, например, охлаждая их различными способами, можно добиться различных режимов разрядов, а следовательно, и свойств плазмы. В частности, исследователь нашел условия, при которых формировался дуговой разряд, который вблизи катода имел диффузную, то есть в виде распыленного пятна, или, наоборот, сжатую до точки форму. Фактически было показано, что этими двумя режимами можно управлять. Необходимо отметить, что результаты математического моделирования были подтверждены как собственными экспериментальными измерениями, так и существующими в научной литературе данными. Таким образом, представленная модель будет надежным инструментом для прогнозирования свойств плазмы при атмосферном давлении.

«Исследование показало, что на практике можно создавать плазму со строго контролируемыми и уникальными свойствами. Она будет полезна при создании миниатюрных детекторов для анализа химического состава вещества, в задачах, связанных с обработкой поверхностей, в том числе биологических тканей. Кроме того, некоторые свойства плазмы могут быть перспективными для синтеза наноразмерных алмазов, используемых в фотонике. Сейчас мы проводим исследования с различными вариантами газовых сред, в том числе с инертными газами, содержащими примеси углеводородов. Кроме того, мы разрабатываем модели, описывающие, как влияет испарение материала электродов, в частности, графита, на характеристики плазмы», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Алмаз Сайфутдинов, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры общей физики Казанского национального исследовательского технического университета имени А. Н. Туполева.