Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 11
1.1 Введение 11
1.2 Сонолюминесценция 14
1.3 Гидролюминесценция 21
1.4 Использование в технологиях эффектов сонолюминесценции и гидролюминесценции . 33
2. Экспериментальные установки 36
2.1 Экспериментальная установка для исследования гидролюминесценции. 36
2.2 Опытный образец экспериментальной установки. 43
2.3 Экспериментальная установка для исследования многопузырьковой сонолюминесценции . 46
2.4 Установка для изучения однопузырьковой сонолюминесценции. 48
3. Экспериментальные результаты 49
3.1 Спектры гидролюминисценции: определение вращательной и колебательной температуры среды внутри газовой полости. 49
3.2 Экспериментальное исследование фотолюминесценции масла 61
3.3 Экспериментальное исследование поглощающих свойств масла. 69
3.4 Экспериментальное исследование пульсаций в процессах гидролюминесценции . з
3.5 Экспериментальное исследование гамма-излучения в процессах гидролюминесценции. 74
3.6 Электризация жидкости при сонолюминесценции. 78
4. Анализ возможных механизмов гидролюминесценции 82
4.1 О роли электрических процессов в наблюдаемых свойствах гидролюминесценции. 82
4.2 Модель плазменных процессов в газовом пузыре при гидролюминесценции. 90
5. Заключение 95
Литература
- Сонолюминесценция
- Использование в технологиях эффектов сонолюминесценции и гидролюминесценции
- Экспериментальная установка для исследования многопузырьковой сонолюминесценции
- Экспериментальное исследование пульсаций в процессах гидролюминесценции
Введение к работе
Актуальность темы
В настоящее время при разработке ряда научно-технических проблем (в
области звукохимии и альтернативной энергетики) все чаще можно услышать
термин «сонолюминесценция». Сонолюминесценцию можно обнаружить в ряде
патентов, защищающих инновационные методы переработки продуктов
нефтехимии и синтезирования медицинских препаратов. Но, как таковой,
достоверной научно обоснованной теории возникновения сонолюминесценции
нет. Поэтому сонолюминесценция является объектом интенсивных
экспериментальных и теоретических исследований.
Данное явление исследуется уже с 1934 года, когда оно впервые было обнаружено. С того времени был совершен еще ряд существенных открытий, которые должны были внести ясность в определение истинной природы процесса сонолюминесценции. Из наиболее важных достижений можно выделить открытие процессов однопузырьковой сонолюминесценции и процессов гидролюминесценции. Изначально авторами данных открытий предполагалось, что они приблизят их к формулировке теории физических процессов, провоцирующих явление сонолюминисценции, но с определенной долей вероятности можно предположить, что новые процессы хоть и имеют ряд схожих параметров, все же являются обособленными физическими процессами.
Наибольшее количество результатов экспериментальных и теоретических работ указывает, что процессы сонолюминесценции имеют электрическую природу происхождения, но также есть ряд работ, в которых приводятся аргументы в пользу тепловой теории. Определение физической природы процесса сонолюминесценции позволит найти практическое применение данному явлению в широком спектре областей науки и техники.
Цели и задачи исследования.
Главной целью диссертационной работы являлось изучение природы
соно- и гидролюминесценции, для чего необходимо было разработать и создать
экспериментальные установки, позволяющие в лабораторных условиях
реализовать явления сонолюминесценции и гидролюминесценции, с
дальнейшей возможностью проведения серий экспериментов по исследованию данных явлений. Для достижения поставленных целей необходимо:
-
Разработать и создать экспериментальные установки, позволяющие проводить экспериментальное изучения соно- и гидролюминесценции.
-
Разработать методики проведения экспериментов по изучению явлений соно- и гидролюминесценции.
-
Провести анализ полученных экспериментальных данных.
Научная новизна настоящей работы заключается в том, что полученная
серия успешных экспериментов позволяет прояснить механизмы ряда
эффектов, важных для понимания явлений сонолюминесценции и
гидролюминесценции. В частности, изучение полученного спектра излучения
гидролюминесценции и последующее определение колебательных и
вращательных температур позволили провести анализ гидролюминесценции и сделать предположение, что данное явление имеет электрическую теорию возникновения. Также подтверждают данную теорию полученные результаты экспериментов по измерению спектров гамма-излучения и мощности эквивалентной дозы. В области изучения сонолюминесценции подтверждается теория образования двойного электрического слоя на электродах, погруженных в жидкость во время протекания сонолюминесценции.
Практическая ценность результатов работы обусловлена поиском достоверной теории возникновения явления сонолюминесценции. Полученные результаты способствуют глубокому пониманию исследуемых явлений и
создают основу для разработки экспериментально обоснованной теории происхождения явлений сонолюминесценции и гидролюминесценции, что положительно влияет на внедрение данных явлений в технологические процессы и использование экспериментально-теоретических данных для разработки инновационных процессов и продуктов. Актуальность изучения также обусловлена широким использованием диэлектрических трубопроводов при подаче углеводородных и других жидкостей к различным техническим устройствам. В дальнейшем возможно применение данных процессов в химии, в фармацевтической промышленности и при создании эффективных способов обработки поверхностей жидкостями
Достоверность полученных результатов достигается с помощью
применения в экспериментах современной измерительной аппаратуры.
Надежность экспериментальных данных подтверждается анализом
погрешностей, детальной проработкой методик измерения и
воспроизводимостью исследуемых явлений.
Основные положения работы, выносимые на защиту:
-
В спектре гидролюминесценции обнаружены полосы второй положительной и первой отрицательной серии молекулярного азота, что в свою очередь позволило установить колебательную и вращательную температуры области свечения.
-
Никакого достоверного превышения интенсивности гамма-излучения при гидродинамической люминесценции над фоновыми значениями в диапазоне энергий от 60 кэВ до 3 МэВ не обнаружено.
-
Определена частота пульсации свечения гидролюминесценции, которая составила 25 – 27 Гц.
-
Определена природа возникновения сплошной составляющей спектра гидролюминесценции.
-
Проведена оценка напряжённости электрического поля внутри воздушных пузырьков при гидролюминесценции.
-
Обнаружено возникновение разности потенциала при сонолюминесценции между погруженными в жидкость электродами.
Основное содержание диссертации опубликовано в 11 печатных работах, в том числе в 5 статьях в рецензируемых журналах, включенных в список ВАК.
Апробация работы
Вопросы изложенные в диссертации, были доложены на: V Всероссийской
молодежной конференции по фундаментальным и инновационным вопросам
современной физики в Москве, 10-15 ноября 2013г; на XLI международной
Звенигородской конференции по физике плазмы и управляемому
термоядерному синтезу, 10-14 февраля 2014г; на восемнадцатой
международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» в Москве 27-28 февраля 2012г; на двадцатой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» в Москве 27-28 февраля 2014г; Семинаре по физике и химии низкотемпературной плазмы им. Л.С. Поллока, Институт нефте-химического синтеза РАН в Москве 2014 г.
Структура и объём диссертации
Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Текст иллюстрируется 45 рисунками и 7 таблицами, список использованной библиографии составляет 96 позиций. Общий объем диссертации составляет 105 страниц.
Сонолюминесценция
Сонолюминесценция (СЛ) – эмиссия света жидкостью при воздействии на неё ультразвуковыми волнами, возникающая при кавитации пузырей, вызванных звуковыми (ультразвуковыми) колебаниями. Распространение ультразвуковой волны в жидкости сопровождается образованием кавитационных пузырей, которые, в свою очередь, при определенных условиях, начинают испускать свет. Подобное свечение также возможно зафиксировать и при механическом воздействии на жидкость, например, при пропускании жидкости через узкий канал, или при обтекании препятствий. Так как подобные процессы носят гидродинамический характер, во избежание путаницы логично было бы назвать их гидродинамической люминесценцией или гидролюминесценцией (ГЛ) [1].
Гидролюминесценция – эмиссия света жидкостью, возникающая при кавитации пузырей, вызванных гидродинамическими эффектами. Можно условно выделить два физических процесса: СЛ и ГЛ. В научном мире нет однозначной теории возникновения СЛ и ГЛ и однозначной трактовки их природы, так или иначе оба этих процесса имеют две основные теории их возникновения – «тепловую» и «электрическую». В основе «тепловой» теории лежит предположение, что при внешнем воздействии на кавитирующий пузырек внутри него образуются высокие температуры, необходимые для испускания пузырьком излучения. «Электрическая» теория строится на электрических явлениях внутри или около кавитирующего пузырька.
Эффект СЛ был впервые обнаружен в Кельнском университете в 1934 году Френцелем и Шультесом [2], однако свечение было слабым и подробно изучить его не представлялось возможным. В дальнейшем подобные эффекты СЛ и СЛ, открытая Френцелем и Шультесом, приобретут названия многопузырьковой сонолюминесценции (МПСЛ). Большой вклад в изучении физической природы СЛ внесли Гайтан и Крам [3,4]. Им удалось получить однопузырьковую СЛ (ОПСЛ) – одиночный коллапсирующий пузырек, свечение которого было стабильнее и интенсивнее МПСЛ. В 1991 году Барбэр и Патерман [5] разработали акустическую камеру, где стабильно наблюдается ОПСЛ, данный эксперимент позволил более систематические исследования явления СЛ. Благодаря стабильному свечению одиночного пузырька и долговременной пульсации в определенной точке возможно проведение достоверных физических экспериментов, таких как определение с высокой точностью радиуса пузырька и скорости движения его стенки, фиксация с высоким временным разрешением момента и длительности импульса вспышки СЛ. Эффект гидролюминесценции впервые был обнаружен
Константиновым в 1946 году [6]. При плоском обтекании водой твердого тела (круглых цилиндров) в плоском канале наблюдалось свечение позади цилиндров, при сильно развитой гидродинамической кавитации. Позднее в 1964 году Джарман и Тэйлор [7,8] наблюдали свечение в трубе Вентури [7], выполненной из пластика. В качестве рабочей жидкости использовалась вода.
Позднее, в 1966 году, Петерсон и Андерсон [9], использовав трубу Вентури из кварца, также пропустили через нее воду, изучая влияние растворенных газов на интенсивность свечения. Но достоверно определить источник эмиссии света и исследовать его в работах [7,8,9] авторам не удавалось. Причиной тому было то, что свечение появлялось кратковременно в различных точках исследуемого потока. Систематизировать и получить устойчивое излучение света, поддающееся исследованию, удалось группе ученых под руководством Маргулиса в 1990 году [10]. В 2009 году Маргулис и Пильгунов [1] обнаружили возникновение электрического потенциала при протекании диэлектрической жидкости через тонкое проходное отверстие диэлектрического канала. 1.2 Сонолюминесценция
Считается, что эмиссия света происходит после или в момент схлопывания кавитационных пузырьков, поэтому на эффект СЛ большое влияние оказывают температура и давление, а также скорость их изменения. Данный вопрос подробно изучался авторами [11,12]. С ростом температуры жидкости, в которой наблюдается эффект СЛ, происходит увеличение давления газа внутри пузырьков и, как следствие, свечение становится менее интенсивным. В работе [11] была определена температура, при которой регистрация СЛ невозможна, для воды она составляет 65 оС. Однако авторы [12] показали, что СЛ возможно зарегистрировать даже в кипящей воде, при условии, что ультразвуковой (УЗ) генератор будет кратковременно включаться, чтобы исключить дегазацию жидкости. В [12] удалось зафиксировать СЛ при быстром вакуумировании системы – около 15 мм рт.ст., когда теоретически, схлопывание кавитационных пузырьков невозможно.
Использование в технологиях эффектов сонолюминесценции и гидролюминесценции
Возникновение эмиссии света при гидродинамических эффектах (ГЛ), обнаруженное в 1947 г. [6] и в 1990 г. [43], имеет различный характер. Константинов в 1947 году проводил экспериментальное исследование свечения в кавитирующей струе, Колдамасовым в 1990 году обнаружено свечение при течении через диффузор. Также Колдамасовым обнаружено свечение и в кавитирующей струе, но основным объектом изучения оно не являлось [43]. Принципиальным различием открытий Константинова и Колдамасова является природа их возникновения. Теоретически можно провести аналогию с сонолюминесценцией и условно разделить процесс ГЛ на два: интенсивная ГЛ и ГЛ в кавитационной струе (аналогично МПСЛ и ОПСЛ). Интенсивная ГЛ появляется при протекании диэлектрических жидкостей через узкий канал, обычно её можно наблюдать невооруженным глазом. ГЛ в кавитационной струе появляется при обтекании жидкостью препятствий и наблюдается в кавитирующей области после препятствия. В дальнейшем речь пойдет исключительно об интенсивной ГЛ.
Открытым остается вопрос родства явлений СЛ и ГЛ. Например в [10] установлены многие общие закономерности СЛ и ГЛ, где, в частности, проведенные эксперименты по выявлению зависимостей интенсивности свечения от скорости потока и температуры жидкости выявили ряд общих закономерностей, присущих для СЛ (в случае СЛ интенсивность свечения зависит от звукового давления, аналогия со скоростью потока) и ГЛ. Авторы [10] определяли интенсивность свечения многоканальным амплитудным анализатором импульсов АИ-1024-95. График зависимости интенсивности свечения от скорости потока представлен на (рис 1).
Рис.1. Зависимости уровня ГЛ от скорости потока: 1 – вода, 2 – искусственная морская вода (соленость 35%) [10].
В эксперименте использовалась обычная и соленая вода, так как известно, что интенсивность СЛ в соленной воде больше, чем в обычной [44]. Такая же зависимость, только для эффекта ГЛ, наблюдалась авторами [10]. Было также высказано предположение о возможности возникновении D-линий Na в потоке ГЛ (наблюдаемых при СЛ), однако спектры свечения не были получены, и достоверно судить об этом предположении преждевременно. Также было выявлено, что при длительной работе гидродинамического контура, эффективность ГЛ снижается, что, возможно, обусловлено частичной дегазацией жидкостей.
Температурная зависимость уровня сонолюминесценции при гидродинамической кавитации представлена на рис.2. Исследования проводились при скорости обтекания 23—24 м/с. В процессе измерений было установлено, что максимальная интенсивность свечения наблюдалась при минимальной температуре, что, в свою очередь, также было интерпретировано как подтверждающий фактор родства явлений СЛ и ГЛ.
В [10] сделали вывод, что основные исследованные факторы: температура, наличие растворенных солей, скорость потока жидкости (аналог интенсивности ультразвука), – влияют на уровень свечения, возникающего при гидродинамической кавитации, так же как и на CJI при ультразвуковой кавитации.
Вместе с тем рядом авторов проведены эксперименты и теоретические выкладки, которые, напротив, свидетельствуют о различии эффектов СЛ и ГЛ. Например в [45,46] обсуждается механизм ГЛ, существенным образом зависящий от наличия стенок канала и потому принципиально не переносимый на СЛ. В [46] приводятся гидродинамические свойства ГЛ (зависимость возникновения интенсивности свечения от толщины канала и скорости потока (рис.3)), подробно представлена экспериментальная установка и приведено теоретическое обоснование возникновения свечения индустриального масла, прокачиваемого через узкий канал диаметром 1.5 мм. Теоретически было доказано, что в рамках электрогидродинамической модели среды происходит разделение зарядов в тонком электродиффузионном пограничном слое, вследствие чего на границе раздела генерируются сильные электрические поля, достаточные для возникновения автоэлектронной эмиссии из стенки канала и возникновения свечения движущейся через узкий канал жидкости. Было высказано предположение, что это происходит вследствие прилипания электронов к молекулам с положительным электронным родством.
Экспериментальная установка для исследования многопузырьковой сонолюминесценции
В целом, как было сказано ранее, температуры газа подбираются из условия совпадения расчетного и экспериментального спектров с помощью программного обеспечения ReSPECTOR. В данном случае, однако, ситуация несколько осложняется тем обстоятельством, что полосы азота, во-первых, надстроены над сплошным пиком, во вторых, на относительной высоте далеко отстоящих пиков сказывается влияние в различии коэффициентов поглощения на разных длинах волн. Поэтому для определения температуры используются различные фрагменты спектра на разных длинах волн, при этом предполагается, что на таких «кусках» спектра оптические характеристики ослабляющей системы остаются примерно постоянными. Разумеется, определяемые температуры – и колебательная, и вращательная – должны оказаться одинаковыми при рассмотрении различных участков спектра. Результаты такого анализа показаны на рис. 28.
Как видно из рис. 28, различные участки экспериментального спектра хорошо соответствуют расчетному при колебательной температуре Tкол = 4000 К и вращательной температуре Tвр = 300 К. Так как вращательная температура обычно является оценкой сверху газовой температуры (т.е. температуры поступательных степеней свободы), газ можно считать холодным (Tгаз 300 К). Это обстоятельство является принципиально важным для понимания механизма гидролюминесценции. Для наглядности на рис. 29 приведен фрагмент спектра с вращательной температурой 1000 К; при этом колебательная температура для совпадения высоты пиков принимается равной 3000 К.
Видно разительное несовпадение спектров на рис. 29, невязка (см. [48]) при этом отличается от невязки при Tкол = 4000К, Tвр = 300К в 1.5 раза. Ввиду очевидных обстоятельств, (разрешение прибора 2.4 нм и ослабление излучения маслом), обсуждавшихся выше, погрешность определения температур высока и определяется через чувствительность невязки между расчетным и экспериментальным спектром к значению искомых температур. Зная чувствительность невязки относительных интенсивностей по отношению к температуре и значение относительной погрешности спектрометра, которая составляет около 1%, определим погрешность температуры как ,где
Погрешность составила около 10%, что составляет не менее 400 К для колебательной температуры и 30 К для вращательной. Впрочем, даже такая высокая для спектроскопических измерений погрешность не влияет на главный вывод, следующий из столь значительного отрыва температур друг от друга: при гидролюминесценции возбуждение газа имеет существенно нетепловой характер. Следовательно, наши данные свидетельствуют в пользу так называемых «электрических» теорий гидролюминесценции. 3.2 Экспериментальное исследование фотолюминесценции масла
На (рис. 24) приведен сложный спектр свечения ГЛ, состоящий из двух компонент – сплошного и полосатого. Последний представлял собой серии азота, наличие которого подробно объяснено ранее и связано с присутствием воздуха. Во второй конфигурации экспериментальной установки азотные серии в спектре ГЛ не столь ярко выражены. Сплошные спектры интенсивного свечения ГЛ полос азота почти не содержат (причину см. в п. 2.2) и представляют собой названные раннее собственные спектры гидролюминесценции.
Вероятно, следует отдельно указать, что сплошной спектр ГЛ не имеет ничего общего с планковской кривой излучения абсолютно черного тела. Заметим также, что физических оснований для ожидания спектра черного тела в схлопывающемся пузыре немного. Для генерации равновесного излучения необходимо, помимо прочего, наличие оптически толстого слоя, что труднодостижимо в кавернах субмиллиметрового размера. Спектры ГЛ имеют интересную особенность: в различных экспериментах на одном и том же веществе (И-40А) регистрируются разные спектры свечения, в зависимости от того, на какой участок рабочего канала нацелен регистрирующий датчик спектрометра. Наблюдаемый нами максимум в спектре свечения располагался от 370 нм до 440 нм (см. рис. 33–35).
Отметим, что именно подобные максимумы положили начало теориям высоких температур в схлопывающихся кавитирующих пузырьках (например, из закона смещения Вина в данном случае следует температура излучения ). Поэтому определение формы кривой играет весьма важную роль для понимания ГЛ как физического явления. Сведем на одном графике спектр ГЛ (пересчитанный с учетом ослабления оргстеклом, методика пересчета подробно описана далее в гл. 3.3) и теоретически полученный спектр АЧТ (рис. 30). Однозначно, спектры существенно отличаются. Следовательно, очевиден тот факт, что излучение ГЛ не похоже на излучение АЧТ и, соответственно, ГЛ нельзя отнести к тепловому излучению.
Экспериментальное исследование пульсаций в процессах гидролюминесценции
Как было показано в главе 1, одной из возможных причин свечения жидкостей при воздействии на них ультразвуком (СЛ) является причина, указанная Френкелем в работе [73] и связанная с электризация жидкостей. Для реализации этого эффекта, согласно оценкам Френкеля, нужны напряженности электрического поля порядка 600 В/см. Ясно, что значение напряженности электрического поля зависит от механизма электризации жидкостей. Так, теоретические оценки, полученные в работе [75], приводили к существенно более высоким полям, вплоть до 107 В/см. Получение столь высоких электрических полей казалось весьма сомнительным и давало повод для критики электрической природы возбуждения свечения. Тем не менее имеется много сторонников механизма, связанного с электрическим полем, приводящего к возникновению свечения жидкостей.
Поэтому одной из задач данной работы являлось детальное экспериментальное исследование гидродинамической люминесценции. На экспериментальной установке первой конфигурации, подробно описанной в главе 2, нами в масле И-40А был получен спектр ГЛ, состоящий из сплошного спектра и полос азота, второй положительной серии нейтрального азота и первой отрицательной серии ионов азота. Наличие спектральных линий азота связано с поступлением в каверну воздуха из присутствующих в масле воздушных пузырьков. Отметим, что само наличие полос азота в спектре свечения может свидетельствовать в пользу электрического механизма возбуждения свечения гидролюминесценции. Авторы [76], не обнаружившие в своих экспериментах линий ионов азота, посчитали это подтверждением теплового способа возбуждения свечения. Гидролюминесценция, по их мнению, должна возникать за счет нагрева газа внутри пузыря при его интенсивном сжатии. Более детальный анализ полученных нами спектров излучения позволил определить колебательную (4000 К) и вращательную (300 К) температуры газа (см. главу 3). Используем эти значения и полученные в наших экспериментах данные о линиях излучения первой отрицательной серии азота для оценки параметров плазмы в пузырьке. В спектре наиболее хорошо различим переход (0,0) 1–-серии с длиной волны X =391нм, интенсивность свечения на которой составляет обычно несколько процентов от интенсивности излучения на длине волны Л = 337 нм, соответствующей переходу (0,0) 2+-серии.
Для полученных спектров отношение интенсивностей на длине /Г =391 нм к интенсивности на длине Я = 337 нм составило 7%. Используем эти данные для оценки параметров сред в пузыре. Известно [48], что отношение концентрации заряженных молекул п+2 к концентрации нейтральных молекул азота п2 можно представить в виде где I - интенсивность излучения; Те - электронная температура; Еэл энергии электронных термов молекул (знаком «+» всюду отмечены величины, относящиеся к ионам): для ионного терма В2Ъ Е+эл =25461.4
Для нахождения значений статистических весов g, статсумм Z, факторов Франка-Кондона длин волн излучения Я и энергий колебательных термов Екол воспользуемся данными [48] при В общем случае, образующаяся внутри пузыря среда состоит из молекул азота п2 , молекулярных п2 и атомарных п ионов азота, которые образуются в результате ионизации молекул азота п2 и атомов YI электронным ударом в реакции N2+e N+2+2e (10) и электронов уіе , которые образуются внутри пузырька в результате ионизации молекул азота п2 и атомов yi электронным ударом N +e N+ + 2e. (11) При полученной в эксперименте температуре газа в каверне порядка Т = 300 К диссоциация азота не велика п / п2 1, поэтому далее учитываем только молекулярные ионы азота/?2.
Для оценки отношение концентрации заряженных молекул п2 к концентрации нейтральных молекул п2 можно воспользоваться формулой (7). Однако необходимо знать электронную температуру, ответственную за лавинную ионизацию внутри пузырька.
Электронная температура при К п связана с напряженностью электрического поля Е известным соотношением, следующим из уравнения энергии [ 77]. T e=[2e 2/S3k B m e](E/v em)2 (12) Здесь те - масса электрона, em - частота столкновений электронов с молекулами азота, - доля энергии, передаваемой электронами тяжелым частицам, для упругих столкновений 2me el mn2 т - масса иона азота. Соотношение (12) позволяет по известной величине напряженности электрического поля Е определить температуру электронов. Это соотношения удобно записать в более простой и физически понятной форме, если частоту столкновений электронов с молекулами азота представить в виде уel = 8kbTе/ We Чет, где I em – длина свободного пробега электронов при столкновении с частицами газа в каверне ( ионами азота). В этом случае получаем квТе=(2/38) 1/2еЕ1ет. (13) Здесь е Е1ет - энергия, набираемая электронами в поле Е на длине свободного пробега электронов \еп . Для определения температуры электронов воспользуемся балансом их рождения и гибели. В общем случае источник рождения электронов внутри воздушного пузырька за счет ионизации электронным ударом может быть записан в виде: Іе+=кі{Е/П2) П2Пе = УгПе (14) где к,(Е/Р) - коэффициент ионизации, зависящий от отношения Е/ yi2 или Е/р . Ионизация может компенсироваться тремя процессами их гибели Je , J2e_, J3e . Ju - гибель электронов при прилипании их к молекулам кислорода, J2e_- гибель электронов за счет ухода их на стенки пузырька и J3e_ гибель электронов в процессах рекомбинации. При высоких колебательных температурах (4000 К) согласно [78,79], прилипание несущественно, так как полностью компенсируется отлипанием. Диффузионный уход электронов на стенки пузыря также сравнительно невелик. Используя выражение для частоты диффузионного ухода vd = Ц из [80] с коэффициентом амбиполярной диффузии 3.6 см2/с (при давлении 1 атм) и 1/A2=(TT/R)2 , даже для пузырька радиусом R = 10 3 см получаем значение всего лишь vd =3.6-107 С–1 . Большой вклад в гибель электронов вносит рекомбинация, в данном случае - диссоциативная [81], которая происходит по следующим каналам АГ + е = ЛГ + 14.5ЭВАГ + ЛГ = 7у2 + 8.7эВ. (15) Гибель электронов в процессах диссоциативной рекомбинации N =0».r2- (16) При комнатной температуре газа и температуре электронов около 25000 К коэффициент диссоциативной рекомбинации с ионами молекулярного азота составляет /? = 107 см3/с [80]. Это приводит к тому, что гибель электронов в процессах диссоциативной рекомбинации на несколько порядков превышает их гибель в процессе фоторекомбинации и рекомбинации в тройных столкновениях. Компенсировать столь значительную гибель частиц можно ионизацией, частота которой определяется в процессе (8). Используя данные [80], запишем vt=VДApexp(-Bp/ Е) = Рпе, (17) где УД - скорость дрейфа электронов, p - давление, A=15 см–1торр-1 и B=365 В/(см торр) - аппроксимационные коэффициенты из [80]. В экспериментах свечение наблюдается либо внутри узкой части канала, либо на выходе из него. Входное давление в рабочий участок составляет 30 атм, но давление внутри каверны определить затруднительно, однако очевидно, что оно заметно ниже 30 атм и имеет значение порядка атмосферного. Далее при проведении оценок давление в воздушном пузырьке принимается равным 1 атм. Используя это значение давления и измеренную температуру газа можно определить концентрацию молекул азота yi2 .
