Іонізаційна рівновага в низькотемпературній плазмі з нанорозмірними порошинками
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe66.4.303Ключові слова:
запилена плазма, поверхнева iонiзацiя, термоемiсiяАнотація
Дослiджено iонiзацiйнi механiзми в низькотемпературнiй термiчнiй плазмi, яка мiстить атоми лужних металiв як iонiзуючий компонент, та нанорозмiрнi пиловi порошинки. У такiй плазмi електрони захоплюються пиловими порошинками, оскiльки робота виходу порошинок залежить вiд їх розмiрiв, а iнтенсивнiсть адсорбцiї електронiв перевищує iнтенсивнiсть термоелектронної емiсiї для порошинок малого розмiру. Вiдповiдно, збiльшення концентрацiї порошинок приводить до зменшення iнтенсивностi об’ємної iонiзацiї i рекомбiнацiї, так як вони залежать вiд концентрацiї електронiв. При цьому зростає роль поверхневих процесiв у балансi iонiзацiї плазми, оскiльки збiльшується загальна поверхня порошинок. Запропоновано наближенi методи розрахунку для низької i високої концентрацiї пилових порошинок. Вказано критерiї для використання наближених розрахункiв.
Посилання
M. Mitchner, C.H. Kruger. Partially Ionized Gases (Wiley, 1973) [ISBN: 978-0471611721].
H.F. Calcote, R.N. Pease. Electrical properties of fl ames. Burner fl ames in longitudinal electric fi elds. Ind. Eng. Chem. 43, 2726 (1951).
https://doi.org/10.1021/ie50504a032
T.M. Sugden, B.A. Thrush. A cavity resonator method for electron concentration in fl ames. Nature 168, 703 (1951).
https://doi.org/10.1038/168703a0
K.E. Shuler, J. Weber. A microwave investigation of the ionization of hydrogen-oxygen and acetylene-oxygen flames. J. Chem. Phys. 22, 491 (1954).
https://doi.org/10.1063/1.1740095
H. Einbinder. Generalized equation for the ionization of solid particles. J. Chem. Phys. 26, 948 (1957).
https://doi.org/10.1063/1.1743440
A.A. Arshinov, A.K. Musin. Thermionic emission from carbon particles. Soviet Physics Doklady 3, 99 (1958).
A.A. Arshinov, A.K. Musin. Equilibrium ionization of particles. Soviet Physics Doklady 3, 588 (1958).
E.G. Gibson. Ionization phenomena in a gas-particles plasma. Phys. Fluids 9, 2389 (1966).
https://doi.org/10.1063/1.1761630
M.S. Sodha, P.K. Kaw. Field emission from negatively charged solid particles. J. Phys. D: Appl. Phys. 1, 1303 (1968).
https://doi.org/10.1088/0022-3727/1/10/310
D.I. Zhukhovitskii, A.G. Khrapak, I.T. Yakubov. Ionization equilibrium in a highly nonideal plasma containing a condensed dispersed phase. Teplofiz. Vys. Temp. 22, 833 (1984) [High Temp. 22, 643 (1985)].
I.T. Yakubov, A.G. Khrapak. Thermophysical and electrophysical properties of low-temperature plasma with condensed disperse phase. In: Soviet Technology Reviews/Section B, Thermal Physics Reviews. Edited by A.E. Sceindlin, V.E. Fortov (Harwood Academic Pablishers, 1989), Vol. 2, P. 269 [ISBN: 3-7186-4909-8].
J. Goree. Charging of particles in plasma. Plasma Sources Sci. Technol. 3, 400 (1994).
https://doi.org/10.1088/0963-0252/3/3/025
P.K. Shukla, A.A. Mamun. Introduction to Dusty Plasma Physics (Institute of Physics, Bristol, 2002) [ISBN: 978-0750306539].
https://doi.org/10.1887/075030653X
V.E. Fortov, A.G. Khrapak, S.A. Khrapak, V.I. Molotkov, O.F. Petrov. Dusty plasmas. Phys. Uspekhi 47, 447 (2004).
https://doi.org/10.1070/PU2004v047n05ABEH001689
M.S. Sodha, S.K. Mishra. Validity of Saha's equation of thermal ionization for negatively charged spherical particles in complex plasmas in thermal equilibrium. Phys. Plasmas 18, 044502 (2011).
https://doi.org/10.1063/1.3578347
S.J. Desch, N.J. Turner. High-temperature ionization in protoplanetary disks. Astrophys. J. 811, 156 (2015).
https://doi.org/10.1088/0004-637X/811/2/156
V.I. Vishnyakov, S.V. Kozytsyi, A.A. Ennan. Change of ionization mechanism in the welding fume plasma from gas metal arc welding. Aerosol Sci. Engin. 3, 49 (2019).
https://doi.org/10.1007/s41810-019-00043-4
V.I. Vishnyakov, S.V. Kozytsyi, A.A. Ennan. Features of nucleation in welding fumes from gas metal arc welding. J. Aerosol Sci. 137, 105439 (2019).
https://doi.org/10.1016/j.jaerosci.2019.105439
V.I. Vishnyakov, S.A. Kiro, M.V. Oprya, O.D. Chursina, A.A. Ennan. Numerical and experimental study of the fume chemical composition in gas metal arc welding. Aerosol Sci. Engin. 2, 109 (2018).
https://doi.org/10.1007/s41810-018-0028-2
V.I. Vishnyakov, S.A. Kiro, M.V. Oprya, A.A. Ennan. Effect of shielding gas temperature on the welding fune particle formation: Theoretical model. J. Aerosol Sci. 124, 112 (2018).
https://doi.org/10.1016/j.jaerosci.2018.07.006
M.J. Dresser. The Saha-Langmuir equation and its application. J. Appl. Phys. 39, 338 (1968).
https://doi.org/10.1063/1.1655755
B.M. Smirnov. Processes in plasma and gases involving clusters. Phys. Uspekhi 40, 1117 (1997).
https://doi.org/10.1070/PU1997v040n11ABEH000305
V.I. Vishnyakov. Probe in the thermal collision plasma. Phys. Plasmas 14, 013502 (2007).
https://doi.org/10.1063/1.2426917
V.E. Fortov, I.T. Yakubov. The Physics of Non-Ideal Plasma (World Scientifi c, 2000) [ISBN: 978-0891166047].
V.I. Vishnyakov. Thermo-emission (dust-electron) plasmas: Theory of neutralizing charges. Phys. Rev. E 74, 036404 (2006).
https://doi.org/10.1103/PhysRevE.74.036404
V.I. Vishnyakov. Charging of dust in thermal collisional plasmas. Phys. Rev. E 85, 026402 (2012).
https://doi.org/10.1103/PhysRevE.85.026402
V.I. Vishnyakov. Homogeneous nucleation in thermal dust-electron plasmas. Phys. Rev. E 78, 056406 (2008).
https://doi.org/10.1103/PhysRevE.78.056406
V.I. Vishnyakov, S.A. Kiro, A.A. Ennan. Heterogeneous ion-induced nucleation in thermal dusty plasmas. J. Phys. D: Appl. Phys. 44, 215201 (2011).
https://doi.org/10.1088/0022-3727/44/21/215201
V.I. Vishnyakov, S.A. Kiro, A.A. Ennan. Formation of primary particles in welding fume. J. Aerosol Sci. 58, 9 (2013).
https://doi.org/10.1016/j.jaerosci.2012.12.003
V.I. Vishnyakov, S.A. Kiro, A.A. Ennan. Bimodal size distribution of primary particles in the plasma of welding fume: Coalescence of nuclei. J. Aerosol Sci. 67, 13 (2014). https://doi.org/10.1016/j.jaerosci.2013.09.007
V.I. Vishnyakov, G.S. Dragan, V.M. Evtuhov. Nonlinear Poisson-Boltzmann equation in spherical symmetry. Phys. Rev. E 76, 036402 (2007). https://doi.org/10.1103/PhysRevE.76.036402
V.I. Vishnyakov, S.A. Kiro, M.V. Oprya, O.I. Shvets, A.A. Ennan. Nonequilibrium ionization of welding fume plasmas; Eff ect of potassium additional agent on the particle formation. J. Aerosol Sci. 113, 178 (2017). https://doi.org/10.1016/j.jaerosci.2017.08.004
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
