Ученые проанализировали и оптимизировали наборы элементарных процессов в разрядах в аргоне

Ученые проанализировали существующие исходные данные — наборы плазмохимических реакций. Эти наборы необходимы при моделировании различных режимов разрядов постоянного тока — тлеющих и дуговых. Такие газовые разряды используются при синтезе наноструктур, применяющихся в медицине, фармацевтике и химической промышленности. Оказалось, что в тлеющем разряде при моделировании необходимо учитывать достаточно полные наборы плазмохимических процессов с учетом образования высоковозбужденных состояний атома аргона, тогда как в дуговом разряде можно ограничиться редуцированным набором. Полученные данные расширяют представления о газовых разрядах при высоком давлении и позволяют оптимизировать модели при расчетах параметров плазменных установок, используемых на практике. Результаты исследования опубликованы в журнале High Energy Chemistry.

Электрические разряды используются при синтезе наноматериалов, при обработке поверхностей, в биомедицине и химическом анализе. Однако данных о процессах, протекающих во время разрядов при атмосферном давлении, еще недостаточно. В научной литературе можно встретить десятки различных наборов плазмохимических реакций в разрядах в газах. Наиболее изучены на сегодняшний день разряды в аргоне. Однако и в этом случае наборы реакций в разных источниках значительно отличаются. Ученые из Казанского национального исследовательского технического университета имени А. Н. Туполева — КАИ проанализировали существующие наиболее популярные наборы элементарных процессов в плазме аргона. Авторы в рамках численных расчетов, а также аналитического анализа показали, что в случае тлеющего разряда, для которого характерна сильная неравновесность, необходимо учитывать образование высоковозбужденных состояний атома аргона и реакции с их участием. Только в этом случае можно получить результаты, соответствующие экспериментальным данным. В случае же описания дуговых разрядов, когда температура газа становится достаточно высокой и сопоставимой с температурой электронов, можно использовать минимальный набор плазмохимических реакций.

Полученные данные потенциально могут использоваться при разработке плазменных систем на основе газового разряда. Такие системы найдут применение в фармацевтике, химической промышленности и современной микроэлектронике. «Представленные в статье результаты позволят нам оптимизировать наши модели электрических разрядов в аргоне и проводить расчеты реальных плазменных установок в двумерном приближении», — рассказывает Алмаз Сайфутдинов, доктор физико-математических наук, доцент Казанского национального исследовательского технического университета имени А.Н. Туполева — КАИ.

Материал подготовлен при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках федерального проекта «Популяризация науки и технологий».