БП_отзыв вед.орг (Уровневые полуэмпирические столкновительно - излучательные модели в оптической диагностике неравновесных газовых разрядов)

УТВЕРЖДАЮДиректор Федерального государственногобюджетного учреждения науки Институтобщей физики им. А.М. ПрохороваРоссийской академии наукАкадемик РАН____________________ И.А. Щербаков"" марта 2016 г.ОТЗЫВВедущей организации Федерального государственного бюджетного учреждения наукиИнститут общей физики им.

А.М. Прохорова РАН на работу Шахатова В.А.«Уровневые полуэмпирические столкновительно-излучательные модели для оптическойдиагностикинеравновесныхгазовыхразрядов»,представленнуювкачестведиссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук поспециальности 01.04.08 – физика плазмыПрименение газовых разрядов для решения фундаментальных и прикладных задач внеравновесной плазмохимии обуславливает развитие математических моделей и оптическихметодов диагностики низкотемпературной плазмы. В настоящее время, с прогрессом,достигнутым в разработке активных методов диагностики плазмы с использованием лазеров(методылазерно-индуцированнойфлюоресценции,спектроскопиикогерентногоантистоксова рассеяния света, абсорбционной лазерной спектроскопии и т.д.), существенновырос интерес к построению уровневых столкновительно-излучательных моделей газовыхразрядов в нульмерном приближении для интерпретации и обработки спектральныхизмерений.

Методы лазерной спектроскопии, во-первых, позволяют исследовать кинетикучастиц (молекул, атомов и их ионов) в основном и возбужденных состояниях с детализациейпо квантовым уровням с удовлетворительным временным и пространственным разрешением.Во - вторых, по мере углубления знаний о физико-химических процессах в плазме, всеочевидней становятся недостатки упрощенных уровневых моделей (например, корональногоприближения), которые, в сочетании с классическими пассивными методами эмиссионной иабсорбционной спектроскопии, до сих пор широко применяются для диагностики плазмы без1должного обоснования.

Многими авторами, при применении подобных моделей, отмечаютсятрудности теоретического воспроизведения результатов спектральных измерений. Этосвидетельствует о том, что механизмы физико-химических процессов, обуславливающиеобразование и гибель частиц на квантовых уровнях в пределах одного электронногосостояния, выбранного для диагностики параметров плазмы, могут быть намного сложнее,чем представленные в корональном приближении и являются не до конца изученными. Онимогут различаться при переходе от одного уровня к другому в пределах отдельногоэлектронного состояния и изменяться в процессе временной эволюции параметров плазмы. В- третьих, уровневые столкновительно - излучательные модели плазмы в нульмерномприближении являются неизбежным этапом в построении согласованных физических иматематических моделей газовых разрядов более высокой размерности.

Они являютсядальнейшим развитием уровневых упрощенных моделей, а также столкновительноизлучательных моделей газовых разрядов в нульмерном приближении, в которыхнеравновесныестолкновительно-излучательныепроцессыописываютсявтерминахсуммарных концентраций частиц по электронным состояниям без разрешения по квантовымуровням. Последнее ограничивает применение моделей для интерпретации и обработкирезультатов спектральных измерений. Развитие уровневых столкновительно-излучательныхмоделей газовых разрядов имеет принципиальное значение, как с точки зренияфундаментальных основ теории неравновесной плазмохимии, так и с точки зрения еёпрактическогоиспользования.Оноявляетсянеобходимымэтапомпереходаотэмпирического метода проб и ошибок к модельным методам оптимизации неравновесныхплазмохимических процессов.

Суммируя вышесказанное, можно заключить, что, внастоящее время, выбранная тема диссертации, посвященной развитию уровневыхстолкновительно-излучательных моделей для оптической диагностики газовых разрядов,является актуальной.Судя по автореферату и содержанию диссертации, цель диссертационной работыШахатова Вячеслава Анатольевича состоит в построении уровневых полуэмпирическихстолкновительно-излучательныхнизкотемпературнойплазмымоделейвнульмерномазотной,водороднойприближениииихититановойприменениюдляисследований разрядов постоянного тока, ВЧ и СВЧ разрядов, импульсного тлеющегоразряда и лазерно - индуцированной плазмы, которые широко используются вплазмохимических технологиях.Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и списка цитируемойлитературы, содержащего 2024 наименований. Объем работы - 593 страницы, 261 рисунок и227 таблиц. В заключение каждой главы сформулированы основные результаты.

Структура исодержание работы отражает поэтапное решение задач, позволяющее достичь поставленнойв диссертации цели.Во введении автором обоснована актуальность темы исследований, сформулированацель работы, перечислены задачи, решенные в диссертации, и представлена структурадиссертации.В каждой из глав диссертации проводятся описание исследований, позволяющихполучить новые результаты.Первая глава диссертации посвящена развитию экспериментальных и теоретическихметодовисследованийпоступательнойтемпературы,функцийраспределенияповращательным и колебательным уровням молекулы азота в основном состоянии в азотнойнизкотемпературной плазме. Проведен обзор литературных данных по исследованиямкинетики электронов и колебательно-возбужденных молекул азота в основном состоянии вгазовых разрядах.

Разработаны составляющие уровневой модели - вычислительные модулидля самосогласованного определения функции распределения электронов по энергии иконцентраций частиц в возбужденных состояниях, расчетов и обработки спектров КАРС,программные модули для баз данных столкновительно - излучательных характеристикпроцессов и макро - и микро - параметров плазмы.

Выполнены теоретические исследованиякинетики колебательно-возбужденных молекул азота в основном состоянии и динамикинагрева газа в импульсном тлеющем разряде и разрядах постоянного тока в азоте.Результаты расчетов сравниваются с большим массивом экспериментальных данных,полученных в диссертации и другими авторами.Весьма существенным аспектом диссертационной работы является явный учетпостроенных уровневых сечений неупругих столкновений электронов с возбужденнымичастицами плазмы при решении кинетического уравнения для функции распределенияэлектронов по энергии.

Это позволяет улучшить согласие между расчетом и измерениямифункции распределения электронов по энергиям в газовых разрядах. Внимания заслуживаютрезультаты определения коэффициентов скорости ассоциативной ионизации с участиематомов азота в метастабильных состояниях и уровневых коэффициентов колебательноколебательного энергообмена между молекулами азота в послесвечении импульсноготлеющего разряда. Приведено объяснение разброса рассчитанных и измеренных значенийуровневых коэффициентов скоростей колебательно-колебательного энергообмена междумолекулами азота, доступных в литературе.3Методами спектроскопии когерентного антистоксова рассеяния света (КАРС),оптическойинтерферометриииэмиссионнойспектроскопииисследованастепеньпоступательно - колебательной неравновесности в тлеющем и контрагированном разрядахпостоянного тока, в ВЧ разряде и импульсном тлеющем разряде в азоте.Несомненный интерес вызывает предложенный соискателем полуэмпирическийподход, упрощающий описание теплопроводности, процессов гетерогенной дезактивациивнутренней энергии возбужденных частиц на поверхности реактора, обладающегоаксиальной или сферической симметрией.

Подход является дальнейшим развитием методравнодоступнойповерхноститеплопроводности,интерферометриидиффузииииосновываетсяиэмиссионнойнарезультатовсочетанииизмеренийспектроскопиирезультатовметодамипространственныхтеорииоптическойраспределенийконцентраций электронов, частиц и поступательной температуры по сечению разрядныхкамер, выполненных в диссертации и другими авторами.Особый практический интерес вызывает предложенный автором метод обработкиспектров КАРС, записанных широкополосным способом, в случае заметного отклоненияфункции распределения по колебательным уровням молекул азота от распределенийБольцмана и Тринора. С помощью данного подхода получены новые сведения о степенипоступательно-колебательной неравновесности в безэлектродном ВЧ - разряде индуктивноемкостного типа.Втораяглавапосвященаразвитиюоднойизсоставляющихуровневойполуэмпирической столкновительно-излучательнй модели азотной низкотемпературнойплазмы - вычислительного модуля для обработки и модели расчета эмиссионных спектровгазовых разрядов.