Введение к работе
Актуальность темы: В современной физической газодинамике все более важное место занимают методы математического моделирования. Однако, для того чтобы расчеты на ЭВМ соответствовали реальности, в используемые математические модели необходимо заложить надежные данные о свойствах изучаемых газовых сред (сечениях элементарных процессов, коэффициентов переноса и т. д.).
В ряде технических приложений (гиперзвуковые обтекания аппаратов, транспортировка пучков направленной энергии в газовых средах и т. д. ) приходится иметь дело с высокими температурами и неравновесно протекающими процессами. В этом случае надежные количественные данные о свойствах газов, как правило, отсутствуют из-за
сложности ( а часто и из-за невозможности ) получения их из прямых экспериментальных исследований и не менее сложных квантовохимичес-ких расчетов.
С точки зрения кинетической теории газов эта неопределенность в конечном итоге сводится к недостаточному знанию потенциалов и сечений взаимодействия между атом-молекулярными частицами, составляющими изучаемые газовые среды.
Поэтому важное место в решении данной проблемы занимают эксперименты, позволяющие восстанавливать потенциал взаимодействия.
В данной работе представлены результаты экспериментального изучения рассеяния быстрых (Е"1кэВ) атомных и молекулярных пучков на газовой мишени и интерпретация этих экспериментов методом математического моделирования. Целью рассматриваемой работы было определение эмпирических короткодействующих сферически-симметричных
потенциалов взаимодействия в области энергий 0.1+ЮэВ. Короткодействующая часть потенциала представляет особый интерес в связи с тем, что эта область соответствует поведению вещества в условиях высоких температур (" десятков тысяч градусов) и давлений (" Мбар),где прямое изучение теплофизических свойств затруднено и необходимо полагаться на их вычисления, «'сходней информацией для этих вычислений и является потенциалы межмолекулярного взаимодействия.
Получение эмпирических потенциалов с достаточной точностью (10+20 %) требует проведения с одной стороны сложных автоматизированных экспериментов, с другой стороны, использования современных ЭВМ и математического моделирования для обработки и интерпретации данных. В работе представлен замкнутый цикл исследований от измерений до построения математической модели, имитирующей условия эксперимента и математического аппарата для интерпретации полученных данных.
Цели работы:
-
Развитие методов экспериментального определения короткодействующих потенциалов межмолекулярного взаимодействия на основе экспериментов с быстрыми молекулярными пучками.
-
Проведение и интерпретация экспериментов по рассеянию быстрых молекулярных пучков на малые углы для определения короткодействующих сферически-симметричных потенциалов межмолекулярного взаимодействия.
-
Разработка программных комплексов для интерпретации экспериментов по рассеянию.
-
Разработка программного комплекса для расчета интегралов столк-
новений.
-
Обоснование возможности использования эффективных потенциалов взаимодействия, получаемых из экспериментов по рассеянию быстрых пучков на малые углы, для систем с несколькими потенциальными кривыми при расчете коэффициентов переноса.
-
Интерпретация особенностей на дифференциальных сечениях и спектрах энергетических потерь при высокоэнергетическом рассеянии атом-молекулярных систем.
Научная новизна.
Разработан новый подход к экспериментальному определению более точных потенциалов межмолекулярного взаимодействия с помощью метода быстрых молекулярных пучков, основанный на совместном использовании абсолютных интегральных сечений рассеяния, измеренных с широкой аперктурой детектора, и относительных дифференциальных сечениях рассеяния.
На основании этого получены новые более точные потенциалы взаимодействия для ряда систем атомов и молекул.
С помощью метода математического моделирования показано, что эффективные потенциалы взаимодействия, получаемые из экспериментов по рассеянию, для систем с несколькими потенциальными кривыми могут быть использованы при расчете коэффициентов переноса.
Проведена интерпретация особенностей на дифференциальных сечениях и спектрах энергетических потерь при высокоэнергетическом рассеянии на примере системы Не -^.
Практическая ценность
Развитая методика для восстановления короткодействующих сферически-симметричных потенциалов взаимодействий может быть использована при проведении серий измерений для ряда газовых систем. Использование совместной обработки абсолютных интегральных сечений и относительных дифференциальных сечений позволяет повысить точность восстанавливаемых потенциалов взаимСДєЯстБия до 10-20 %.
Найденные короткодействующие потенциалы были использованы для построения уравнений состояния ряда газов при мегабарных давлениях, соответствующих поведению вещества в условиях, недоступных для прямых экспериментальных исследований.
Продемонстрированная возможность применения эффективных потенциалов взаимодействия .получаемых из экспериментов по рассеянию быстрых пучков на малые углы, для' расчета коэффициентов переноса (интегралов столкновений) систем с несколькими потенциальными кривыми, свидетельствует о целесообразности экспериментов с целью получения эффективных потенциалов.
Предложенная интерпретация особенностей на дифференциальных сечениях рассеяния и спектрах энергетических потерь при высоко-энергетичном рассеянии открывает дорогу для тщательных совместных измерений дифференциального рассеяния и времяпролетных спектров энергетических потерь.
На защиту выносятся следующие положения:
1.Метод высокоточного определения эмпирических короткодей-
ствующих потенциалов.
2. Эмпирические потенциалы для систем Не-Не , Ne-Ne,Xe-Xe, N2-N2,He-N2,CO-CO,Н2-Н2.
-
Комплексы программ для решения прямых и обратных задач рассеяния и расчета интегралов столкновений.
-
Результаты вычислительного эксперимента , обосновывающие возможность использования эффективных потенциалов взаимодействия для расчета коэффициентов переноса систем с несколькими потенциальными кривыми.
-
Совместная интерпретация результатов дифференциальных сечений рассеяния и времяпролетных спектров при рассеянии атом-молекулярных систем.
Аппробация работы.
Результаты работы были представлены в докладах на IX Всесоюзной конференции по физике электронных и атомных столкновений (октябрь 1984г, г. Рига), на VII Всесоюзной конференции по динамике разреженных газов ( 1985г, Москва), на XI Международной конференции МАРИВД (июнь 1987г, Киев), на Краевом совещании по механике реагирующих сред (февраль 1988г. Красноярск), на X Всесоюзной конференции по динамике разреженных газов (июнь 198Эг, Москва ), на X Школе по моделям механики сплошной среды (июнь 1989г, Хабаровск),на 1,11,1II,IV Всесоюзных совещаниях по физико-химическим свойствам вещества ( 1985г., Барнаул, 1987г., Челябинск, 1988 г., Ужгород, 1990г., Иркутск) .Они обсуждались на семинарах ИКИ АН СССР, ИПМ АН СССР, ИХФ АН СССР, ИПМ им. М.В.Келдыша АН СССР, ИНЭПХФ АН СССР.
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ, I работа находится в печати . Основные результаты изложены в 6 работах, список которых приведен в конце автореферата.
Объем и структура работы.
Диссертация состоит из Введения, четырех глав основного текста, Заключения; содержит /М страниц, в том числе іЧ> рисунков, jt таблицы Список литературы насчитывает '^-^-наименований.
