Отзыв ведущей организации (Моделирование газовых разрядов постоянного тока с нелокальной ионизацией)

«УТВЕРЖДАЮ» фрйтцрр~аучной работе -' 'В отзыв ведущей организации ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого» на диссертацию Елисеева Степана Ивановича «Моделирование газовых разрядов постоянного тока с нелокальной ионизацией», представленную на соискание ученой степени кандидата физикоматематических наук по специальности 01.04.08 — физика плазмы Актуальность.

Отличительной особенностью тлеющего разряда постоянного тока является нелокальный характер электронного спектра в прикатодных плазменных областях, обуславливающий его слоистую структуру. Ионизация здесь определяется группой быстрых электронов, эмитированных с поверхности катода или родившихся вблизи него и ускоренных до значительных энергий в катодном падении потенциала.

Корректный учет подобной ионизации невозможен в рамках классического гидродинамического подхода, поэтому его использование для описания разрядов постоянного тока приводит к значительным количественным и качественным расхождениям с данными эксперимента, Тлеющие разряда лежат в основе множества современных плазменных технологий, и для их оптимизации, а также для поиска новых применений разряда, необходимо иметь возможность проведения предварительных оценок параметров газоразрядных устройств. В этом смысле задача формулировки корректных физических моделей разрядов постоянного тока различных конфигураций, способных давать надежные количественные оценки параметров разряда, является актуальной.

Решению данной задачи посвящена работа С. И. Елисеева. Работа изложена на 172 страницах и состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 146 наименований, и приложения. Диссертация содержит 39 рисунков и 2 таблицы. В главе 1 представлен обзор экспериментальных исследований прикатодной области тлеющего разряда и основных подходов к моделированию тлеющих разрядов постоянного тока„сформулированы основные факты и свойства разряда, которые должны учитываться прн построении достоверных модели разряда.

В главе 2 представлена формулировка разрабатываемого в работе простого гибридного подхода. Подход основан на разбиении электронов разряда на две группы — быстрых и медленных. Для описания ионов и медленных электронов используются уравнения непрерывности в дрейфово- диффузионном приближении. В случае быстрых электронов предполагается„ что их концентрации пренебрежимо малы, а свой основной вклад в параметры разряда они вносят через нонизацию, которая имеет нелокальный характер 1не связана со значениями электрического поля в данной точке).

Скорость обусловленной быстрыми электронами ионизации определяется в зависимости от параметров катодного слоя, и задается в виде аналитического выражения в уравнениях непрерывности для ионов и медленных электронов. Представлен ряд результатов расчетов тлеющего разряда постоянного тока в плоскопараллельной конфигурации электродов, демонстрирующих способность разработанного подхода воспроизводить основные свойства разряда.

В главе 3 сформулировано уравнения баланса энергии медленных электронов. При формулировке использовались следующие предположения. Во-первых, в уравнении пренебрегается нагревом медленных электронов в поле, причем во всем разрядном промежутке, как в слое, так и в квазинейтральной плазме. Во-вторых, утверждается, что доминирующими членами в уравнении будут потери на упругие столкновения с нейтральными атомами и нагрев в результате кулоновских столкновений с вторичными электронами, который был определен как произведение источника нелокальной ионизации на эффективную энергию, привносимую вторичным электроном в ансамбль медленных, для определения которой предложена эмпирическая формула. Сформулированное уравнение баланса энергии было встроено в разработанную модель.

Было проведено сопоставление расчетов с имеющимися в литературе экспериментальными данными о параметрах короткого тлеющего разряда. Сопоставление вольт-амперных характеристик и концентраций и температур электронов в плазме показало удовлетворительное согласие.

В главе 4 представлены результаты использования сформулированного подхода для моделирования разряда постоянного тока с сетчатым анодом. Было проведено исследование роли ионов, приходящих из плазмы, в поддержании такого разряда, также рассмотрена возможность использования разряда с сетчатым анодом для создания поглощающего плазменного покрытия. Новизна полученных результатов. Сформулирована модель тлеющего разряда постоянного тока, учитываю1цая нелокальный характер ионизации и позволяющая получать простые надежные качественные оценки его параметров. Предложена формулировка уравнения баланса энергии медленных электронов, которая может быть использована в различных вариантах гибридных схем расчета параметров тлеющего разряда постоянного тока.

Впервые сформулирована самосогласованная модель разряда с сетчатым анодом, а также проведена оценка эффективности поглощения электромагнитных волн плазмой такого разряда. Научиаи и практическая значимость. Сформулированный в работе подход может использоваться для расчета параметров газ оразрядных устройств, основанных на разряде постоянного тока, а также использующих пучки электронов для создания плазмы.

В частности, предложенная в работе модель разряда с сетчатым электродом и полученные с ее помощью предварительные результаты могут использоваться для создания экспериментальной установки и прототипов устройств, создающих поглощающие плазменные покрытия. Подтверждение опубликованных основных результатов диссертацнп в научной печати. По материалам диссертации опубликовано !О статей в рекомендованных ВАК журналах и представлено 9 докладов на всероссийских и международных конференциях. Результаты диссертации и основные положения, выносимые на защиту„полностью представлены в опубликованных автором работах. Соответствие автореферата основным положениям диссертации. Автореферат диссертации правильно и полно отражает ее содержание, актуальность темы исследования, новизну и значимость полученных результатов, содержит все основные положения и выводы.

Замечании по содержанию диссертационной работы: !. На стр.88 утверждается, что быстрыми электронами в уравнении Пуассона можно пренебречь, поскольку их концентрация значительно меньше, чем медленных. Однако в правой части этого уравнения стоит разность концентраций положительных и отрицательных зарядов, которая мала и может быть сравнима с концентрацией быстрых электронов.

Поэтому данное положение требует более детального обоснования. 2. На рис.!8 приведены данные расчета температуры электронов, которая достигает 30 эВ. При такой температуре будет значительная ионизация тепловыми (медленными) электронами„ которая не учитывается в модели. Текст отзыва составил: Профессор кафедры физики плазмы Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого, д, ф.-м.н., е-гпа11: а, 5, яп|тпоч~~фпта11.гы А. С. Смирнов Заведующий кафедры физики плазмы Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого, профессор, д. ф.-м.н,, В.

А. Рожанский 3. В главе 4 при моделировании разряда как поглотителя радиоволн не обсуждается влияние газового потока на параметры плазмы, которое может быть существенным, Рекомендации по использованию результатов и выводов." Результаты диссертации могут быть использованы при разработке плазменных технологических устройств для производства элементов микроэлектроники и разработке плазменных «покрытий» поглощающих электромагнитное излучение. Заключение о соответствии диссертации критериям, установленным положением о порядке присуждения ученой степени: На основании вышеизложенного считаем, что диссертация Елисеева Степана Ивановича «Моделирование газовых разрядов постоянного тока с нелокальной ионизацией» соответствует требованиям Положения о присуждении ученых степеней, а ее автор заслуживает присуждения ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.08— физика плазмы.

Диссертационная работа Елисеева С. И, обсуждена и одобрена на заседании кафедры физики плазмы Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого. Протокол № 2 от 5 февраля 2013 года. .