Введение к работе
Актуальность темы. Интерес к веществу в диспергированном
состоянии связан прежде всего с тем» что оно играет колоссальную
роль в природе, технике и технологии.' во многих природных
процессах диспергированная фаза является промежуточной стадией или
промежуточным агентом, обеспечивающим протекание процесса.
Колоссальные по объему аэрозольные и пылевые массы рождаются
в результате активной человеческой деятельности. Аэрозоли являются
основой многих технологических процессов. В настоящее время
диспергированная фаза стала интенсивно. изучаемым объектом науки,
что связано не только с их широким распространением,
но с возможностью управления размерами, составом и структурой
частиц, что обеспечивает гибкость характеристик, изменяющихся
в широком диапазоне. Существенно, что наиболее интересные явления
в аэрозолях наблюдаются в условиях воздействия на частицы полей
различной природы, из-за малости размеров частиц массознергообмен
происходит быстро, вследствие чего существенную и зачастую
определяющую роль играют флуктуации различного рода величин,
приводящие к статистическим процессам в аэрозолях. . В интенсивных
полях происходит перестройка структуры частиц или состояния
движения этих частиц, т.е. возникают явления самоорганизации, в
полном соответствии с представлениями синэргетики. именно
эти явления контролируют 'поведение азродисперсных частиц при
воздействии различных полей электромагнитной природы;
принципиально важные вопросы связаны с процессами самоорганизации
для отдельной макроскопической частицы, взаимодействующей
с газом в электромагнитном поле.так, практически не изучены
статистические распределения зарядов по аэрозолям и электрическим
структурам, формирующимся на аэрозольных частицах. Это связано с
отсутствием ' соответствующего теоретического подхода и
экспериментального метода' для измерения электрических и дисперсных
характеристик частиц. Недостаточна информация по
пространственно-временным структурам, возникающим при
взаимодействии макроскопической частицы с газом в различных полях.
цель работы. Настоящая работа посвящена развитию нового научного направления -исследованию явлений самоорганизации при взаимодействии макроскопической частицы с газом в электромагнитном
поле , статистических характеристик этих явлений и условий их возникновения прд действием поля. Научная новизна работы состоит:
1. В обосновании статистического метода исследования
электрической структуры макроскопической частицы,
взаимодействующей с газом в различного рода полях.
2. В определении статистики электрической зарядки аэрозолей
в слабоионизированном газе в различных условиях: в отсутствии
излучательных воздействий на частицы и в постоянном электрическом
поле, при фотоэффекте, в полях радиоактивного облучения.
З.В доказательстве олуктуационной природы электрических моментов частицы в различных полях и обосновании агрегации одноименных ионов на поверхности частицы при больших ионных концентрациях.
4. в разработке экспериментального метода и создании аппаратуры для одновременного экспресс-исследования электрических свойств и дисперсного состава аэрозолей, а также плотностей частиц.
5. В экспериментальном обосновании статистических закономер
ностей электрической зарядки аэрозолей для различных условий.
6. в определении пространственно-временных структурных
изменений состояния жидких и 'твердых частиц при воздействии
электромагнитных полей.
Методическая новизна состоит в использовании методов физики
твердого тела <в частности, методов псевдопотенциала в
модели коллективизации электронов, модели агрегации дефектов в
твердом теле, вязко-упругой модели для исследования
высокочастотных движений жидкости и т.д.) для моделирования явлений самоорганизации для аэрозольной частицы в поле.
На защиту выносятся следующие положения:
1.Теоретически и экспериментально . доказано, что распределение
зарядов по аэрозольным частицам в слабоионизированном газе в
различных внешних полях, воздействующих на газ и частицу,
реализуется через детальное равновесие между связанными между собой
зарядовыми состояниями (с учетом эмиссии зарядов частицей, обмена
ионами с газом и флуктуации ионов в треках ионизирующих частиц).
2. Впервые теоретически рассчитаны статистические распределения
электрических зарядов по макроскопическим частицам,
взаимодействующим со слабоионизированным газом, в постоянном электрическом поле, в условиях эмиссии зарядов с частиц < за счет
Фотоэффекта, ft - и а -распадов), а также в условиях захвата аэрозолей треками ' ионизирующих частиц, что позволяет прогнозировать зарядовую структуру аэрозолей в электромагнитном поле.
3. Экспериментально определены статистические закономерности зарядки аэрозолей в слабоионизированном газе и в коронном электрическом разряде, полностью подтверждающие теоретические расчеты.
4.Теоретически доказано, что электрические моменты на
частицах в ионизированном газе при воздействии различных полей имеют флуктуациокную природу и формирование их при больших ионных концентрациях происходит при одновременном агрегировании одноименных ионов на поверхности частицы, причем формирование дипольного момента макроскопической частицы в слабоионизированном газе под действием внешнего постоянного поля сопровождается возникновением вращения частиц, что согласуется известные из литературы экспериметальные данные.
5. впервые предсказано, что в условиях взаимодействия частиц
атмосферой при воздействии различных полей электромагнитной
природы может происходить ускоренная диффузия аэрозольных частиц. .
е. теоретически ' доказано, что для жидких капель взаимодействующих с окружающей средой в различных полях, имеет место самоорганизация режима колебаний формы, возникающая при достижении и превышении определенного порога возбуждения; твердые частицы Ео внешних полях изменяют свою форму, что получило экспериментальное подтверждение.
7. теоретически обосновано, что взаимодействие когерентного
излучения с примесями, входящими . в состав частиц или атмосферы,
приводит к структурной перестройке частиц.
8. Разработан экспресс-метод измерения распределения
аэрозолей по. размерам, электрическим зарядам и плотностям,
основанный на измерении фракционного состава аэрозолей с
различными электрическими подвнжностями; метод реализован в виде
прибора - универсального ' анализатора аэрозолей , включающего в
себя лазерный анализатор размеров аэрозольных частиц и
электростатические анализаторы подвижностей, изготовлены и
испытаны опытные образцы прибора.
Практическая ценность. На основании проведенных исследований: 1. Предложена методика расчета зарядовой структуры аэрозолей, взаимодействующих с газом в различных полях электромагнитной
3 > .
природы, в том числе в полях ионизирующего излучения.
2- определены условия получения монозаряженных и монодисперсных аэрозолей в электромагнитных полях.
з. Даны рекомендации по выбору параметров внешних полей с целью управления структурой аэрозолей и их подвижностью <при вращательном и поступательном движениях).
. 4. Разработан метод и создана аппаратура для
экспресс-измерений зарядового состояния, дисперсного состава и
Фракционных плотностей аэрозолей, позволяющие проводить
прецизионные научные исследования, связанные с необходимостью измерения указанных параметров частиц, а также осуществлять автоматизированный контроль различных процессов.
Использование результатов работы. Результаты исследований
были использованы при создании автоматизированных систем контроля дисперсного состава аэрозолей применительно к газоочистным си другим) устройствам; прикладные результаты работы и экспериментальные образцы переданы для использования и внедрения в имм АН Казахстана (г.Алма-Ата), вниирт (г.Рига), ИБФ (г.Москва), ВНИИХТ (г. Москва), внииаэс <г. Москва), ияэ АН Белоруси (г.Минск), по "Спецатом" <г.чернобыль).
Апробация результатов работы. Весь материал, изложенный в диссертации, опубликован в печати ев 59 работах). Он неоднократно излагался на различных международных и всесоюзных конференциях: на всесоюзной школе - семинаре "Физика и химия твердого тела" <г. Благовещенск, 1S85); на з-ем Всесоюзном симпозиуме по световому эхо и когерентной "спектроскопии (г.Харьков, 1985); на 7-й всесоюзной конференции по взаимодействию оптического излучения с веществом (г.Ленинград, 1988); на всесоюзной школе-семинаре "Непериодические быстропротекающие явления в окружающей среде" (г.томск, 1Э88); на 4-м . Всесоюзном симпозиуме по атмосферному электричеству (г.Нальчик, 1990г.); на є, 7, 6 и 11 Вавиловских конференциях по нелинейной оптике <г. Новосибирск. 1979, 1981, 19S3 и 1990г.г.); на Европейских аэрозольных конференциях (Цюрих, Швейцария, 1990; Карлсруэ, германия, 1991, Руйсбург, Германия, 1993); на Международном симпозиуме по распространению лазерного излучения в атмосфере (г.Томск, 19Э0); на Всесоюзной конференции по физике аэродисперсных систем (Одесса, 1987, 1983), а также на научных семинарах вниинм. мифи, нифхн им. л.я.карпова, иаэ.
