Отзыв ведущей организации (Радиационные эффекты в неравновесной плазме дуговых и тлеющих разрядов)

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образовании «Ухтинский государственный технический университет» УТВКРЖДАЮ и.о. проректора по научной, '"'"иниввационной деятельности и стратегическому развитию —,~'"-~: -"=Д.А. Борейко А~ мая 2018 ОТЗЫВ ведущей организации ФГБОУ ВО «Ухтинский Государственный Технический Университет» на диссертацию Каланова Дмитрия Валерьевича «Радиационные эффекты в неравновесной плазме дуговых и тлеющих разрядов», представленную на соискание ученой степени кандидата физико- математических наук по специальности 01.04;08 — физика плазмы.

Актуальность темы диссертации. Явления переноса излучения являются важным фактором, определяющим свойства неравновесной газоразрядной плазмы, но зачастую их влиянием ошибочно пренебрегается при построении моделей. В связи с этим, развитие методов, позволяющих корректно учитывать эти явления при моделировании различных плазменных объектов, представляется весьма актуальной задачей. Влияние эффектов переноса излучения на неравновесную плазму с резкими градиентами источников возбуждения наглядно демонстрируется на примере плазмы сильноточной свободно горящей дуги, а также при рассмотрении явления контракции положительного столба.

Теоретические исследования дополнены экспериментальным материалом по измерению заселенностей возбужденных атомов. Содержание работы, Работа изложена на 200 страницах и состоит из введения, пяти глав, заключения и двух приложений. Список литературы содержит 218 наименований. Первая глава является обзорной. В ней приводится сводка работ, посвященных развитию и современному состоянию методов решения уравнения Холстейна-Бибермана, моделирования сильноточных дуг, исследований контракции положительного столба.

Ставится вопрос о необходимости учета пленения излучения при моделировании указанных неравновесных плазменных объектов. Также обсуждаются современные методы измерения заселенностей возбужденных атомов по излучению и поглощению спектральных линий от объемного источника плазмы. Вторая глава содержит описание метода решения уравнения переноса излучения Бибермана-Холсте йна, заключающегося в представлении интегрального члена уравнения в виде матрицы — так называемого «матричного метода».

Выполняется сравнение решения задачи с приближенным подходом эффективной вероятности перехода, демонстрируются эффекты учета пространственной неоднородности поглощающих атомов. Помимо анализа вопросов, связанных с матричным методом, разработанным ранее, предлагается новый подход к дискретизации уравнения Бибермана-Холстейна, основанный на трассировке лучей в трехмерной геометрии. Демонстрируются достоинства метода, связанные с возможностью рассмотрения произвольной геометрии источника плазмы и любых коэффициентов поглощения.

Также обсуждаются и ограничения существующих методов. В третьей главе рассматривается вопрос об учете пленения резонансного излучения в рамках столкновительно-радиационной модели сильноточного дугового разряда в аргоне. Показано, что пленение излучения оказывает значительное влияние на такие области сильной неравновесности, как периферия дугового столба. Этот эффект проявляется в виде значительного роста заселенностей резонансных и метастабильных уровней. В то же время, приосевая область не демонстрирует каких-либо значимых отличий. Четвертая глава содержит интересный экспериментальный и методический материал, посвященный пространственно разрешенным измерениям заселенностей возбужденных атомов по излучению и поглощению спектральных линий положительного столба разряда в аргоне. Рассматриваются методические вопросы, связанные с регистрацией потока излучения от объемного источника и учетом поправок на реабсорбцию излучения в спектральной линии.

Для измерений концентраций метастабильных и резонансных атомов, помимо абсорбционного метода с двумя разрядными источниками, используется метод соотношений потоков излучения от линий, идущих с одного верхнего на различные нижние уровни, анализируется применимость данного метода к пространственным измерениям. Пятая глава посвящена исследованию влияния пленения резонансного излучения на контракцию положительного столба тлеющего разряда. Построена самосогласованная гидродинамическая модель столба, учитывающая все основные процессы, приводящие к контракции разряда, а также позволяющая получать непрерывные вольт-амперные характеристики.

Пленение излучения учитывается путем включения интегральных членов переноса в уравнения баланса резонансных атомов. Продемонстрировано, что пленение излучения приводит к заметному уширению светящегося шнура в режиме контракции, но не играет значительной роли в диффузионном режиме. Также показано, что учет пленения приводит к смещению контрагирован ной ветви вольт-амперной характеристики в область более высоких токов, способствуя сглаживанию скачкообразного перехода. Выполнены измерения радиальных распределений метастабильных, резонансных и 2р-атомов аргона по излучению и поглощению спектральных линий, измерения радиальных профилей концентрации электронов по излучению тормозного континуума, а также вольт-амперной характеристики разряда в аргоне при давлении в 42 Торр.

Сравнение экспериментальных данных с расчетными кривыми демонстрирует состоятельность предлагаемой модели. Новизна полученных результатов. Впервые предложен метод расчета пленения излучения в спектральной линии в плазменных объектах произвольной трехмерной конфигурации.

Проанализировано влияние пленения излучения на характеристики таких разрядов, как свободно горящая дуга атмосферного давления в аргоне и контрагированный положительный столб тлеющего разряда. Проанализированы вопросы зависимости аппаратной функции регистрируемого сигнала от положения плоскости фокуса в пределах протяженного источника плазмы и применимости метода соотношений линий к измерению пространственных распределений метастабильных и резонансных атомов. Научная и практическая значимость. Стоит отметить подробное изложение методов учета переноса излучения, как разработанных ранее и примененных в работе, так и предложенного самим диссертантом.

Также достаточно наглядно продемонстрированы роль пленения излучения в формировании пространственных распределений возбужденных атомов при наличии резких пространственных градиентов плотности и удобство включения переноса излучения в более сложные модели газоразрядных объектов. Результаты расчетов для контрагированного разряда проверены путем сопоставления с экспериментом по измерению излучения спектральных линий с высоким пространственным разрешением.

Методические вопросы, связанные с регистрацией излучения от объемного источника, представляют интерес и для исследователей, занимающихся спектроскопической диагностикой газоразрядной плазмы. Результаты, полученные в настоящей работе, могут использоваться и для расчета параметров неравновесной плазмы газовых разрядов других типов, в силу универсальности предлагаемых методов. В свою очередь, разработка наиболее точных моделей газоразрядных объектов является приоритетным направлением для прикладной науки. Так, например, представляет интерес включение переноса излучения в модели плазменных струй атмосферного давления, широко применяющихся в медицине и обработке поверхностей.

Замечания по содержанию диссертации: 1. В параграфе 3.1.2, посвященном учету пленения излучения в столкновительно-радиационной модели дуговой плазмы, приводится оценка эффективной вероятности резонансного перехода. Данная величина зависит от коэффициента поглощения в центре линии и, соответственно, от полуширины линии, которая изменяется по радиусу разряда. Наличие распределений температур и плотностей электронов и нейтральных атомов как входных параметров позволяет более точно рассчитать изменение полуширины по радиусу, чего в работе не проводится. 2. При определении радиальных распределений концентрации электронов в контрагиро ванном положительном столбе по измерению интенсивности тормозного континуума используются профили температуры газа, измеренные для подобной конфигурации разряда в аргоне при приведенном давлении рй.

= 90 Торр см в 1970-х годах. Выполнение измерений температуры газа в конкретно рассматриваемой конфигурации трубки и разряда представляется более корректным подходом. 3. В параграфе 2.3.2, посвященному расчету коэффициентов матрицы переноса излучения по методу трассировки лучей, в интеграле по частоте (формула (2.45) и далее) присутствует опечатка. Пределы интегрирования от 0 до со соответствуют абсолютной частоте перехода г, тогда как в формуле и — Р 0 указана частота Ш = Л~ , определяемая на интервале от — со до со .

Отмеченные замечания не затрагивают основные результаты работы и не снижают высокой оценки диссертационной работы. Научные положения убедительно аргументированы. Работа хорошо иллюстрирована. Подтверждение опубликования основных результатов диссертации в научной печати По теме работы опубликовано 7 статей в журналах, индексируемых ФеЬ оГ Бс(енсе и Ясорпз. Результаты также неоднократно представлялись на различных международных конференциях. Автореферат правильно и полно отражает основное содержание диссертации. Заключение. На основании вышеизложенного считаем, что диссертация Каланова Дмитрия Валерьевича «Радиационные эффекты в неравновесной плазме дуговых и тлеющих разрядов» представляет завершенную научно- квалификационную работу и удовлетворяет требованиям пункта 9 «Положения о порядке присуждения ученых степеней», утвержденного постановлением Правительства Российской Федерации 24 сентября 2013 года № 8, а ее автор заслуживает присуждения степени кандидата физикоматематических наук по специальности 01.04.08 — физика плазмы.

Текст отзыва составил: Заведующий кафедрой физики ИФП УГТУ, профессор, доктор физ.- мат. наук Некучаев Владимир Орович Подпись В.О. Некучаева утверждаю ~~~/' Ученый секретарь ФГБОУ ВО «УГТУ» Тимохова Оксана Михайловна ФГБОУ ВО «Ухтинский государственный технический университет» 1б9300 г. Ухта, респ. Коми, ул. Первомайская 13 Тел. (8216) 77-44-33 Е-пта11: 1п1о®ицШле1 Диссертационная работа Каланова Д.В. обсуждена и одобрена на заседании кафедры физики Ухтинского Государственного Технического университета.

Протокол № 05 от 07.05.2018 г. .