Одним из главных принципов уникальной «системы Физтеха», заложенной в основу образования в МФТИ, является тщательный отбор одаренных и склонных к творческой работе представителей молодежи. Абитуриентами Физтеха становятся самые талантливые и высокообразованные выпускники школ всей России и десятков стран мира.

Студенческая жизнь в МФТИ насыщенна и разнообразна. Студенты активно совмещают учебную деятельность с занятиями спортом, участием в культурно-массовых мероприятиях, а также их организации. Администрация института всячески поддерживает инициативу и заботится о благополучии студентов. Так, ведется непрерывная работа по расширению студенческого городка и улучшению быта студентов.

Адрес e-mail:

Представление

"УТВЕРЖДАЮ"

Проректор МФТИ, д.ф.-м.н., проф.

Т.В. Кондранин

"__" 2001 г.

ПРЕДСТАВЛЕНИЕ

кафедры Молекулярной физики Московского физико-технического института на диссертацию Бутина Олега Владимировича Моделирование импульсно-периодического разряда в виде высокоскоростной волны ионизации в гелии и хлоре к защите на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.08 Физика плазмы в диссертационный совет К 212.156.03 при МФТИ.

Присутствовало 10 человек. Слушали доклад о представляемой диссертации.

Постановили: принять следующее заключение по диссертации Бутина О.В. Моделирование импульсно-периодического разряда в виде высокоскоростной волны ионизации в гелии и хлоре.

Актуальность темы исследований. В связи с практическим применением плазмы, очень остро встает вопрос разработки и создания эффективных ее источников. Перспективными для этой цели являются импульсные наносекундные воздействия на газ. Наносекундное питание характеризуется большими приведенными полями в разрядном объеме, преимущественным направлением вкладываемой энергии на возбуждение и ионизацию газа, стабильной пространственной однородностью и низкой температурой тяжелых компонентов образующейся плазмы.

Переход в наносекундный временной диапазон стимулировал изучение быстрых стадий электрического пробоя. Практическим применением таких разрядов могут являться газоразрядные коммутаторы и формирователи импульсов, способные работать при напряжениях в сотни киловольт при времени коммутации порядка наносекунд и менее.

Среди подобных явлений особое внимание всегда уделялось высокоскоростным волнам ионизации (ВВИ), которые могут наблюдаться как в природе (в канале молнии), так и в лабораторных условиях. Наибольший интерес представляют исследования распространения ВВИ в длинных разрядных трубках, окруженных металлическим экраном, поскольку при таком конструктивном исполнении ячейки разряд отличается высокой стабильностью и хорошей воспроизводимостью результатов, а также допускает возможность применения в коаксиальных передающих линиях, источниках света и газовых лазерах.

Изучение высокоскоростных волн ионизации экспериментальными методами наталкивается на значительные технические и методические трудности. Это обусловлено, в первую очередь, короткой длительностью процесса, малыми размерами фронта волны и высокой скоростью его перемещения. Даже при наличии необходимой техники методическое обобщение, сопоставительный анализ и классификация результатов различных экспериментальных исследований оказываются затруднительными. Нередко делаемые на их основе выводы оказываются противоположными. Такую ситуацию можно отчасти объяснить многообразием протекающих при развитии волн ионизации процессов, их конкуренцией и взаимным влиянием.

Отмеченные трудности указывают на огромную важность теоретического изучения высокоскоростных волн ионизации. Разными авторами предлагался ряд аналитических и численных моделей, призванных объяснить отдельные наблюдаемые свойства ВВИ. Однако в силу недостаточности возможностей средств вычислительной техники, численных методов решения задач, ограниченности применимости аналитических выражений, существующие теоретические описания не обладают требуемыми полнотой, универсальностью и точностью.

В настоящее время очень малочисленны экспериментальные данные о зависимости энерговклада в импульсно-периодическом наносекундном разряде от разрядных условий, а теоретическое исследование этого вопроса практически не проводилось. Более того, ряд существующих моделей принципиально не может описать вклад энергии в разрядный объем, а также динамику скорости и затухание амплитуды волны по мере ее продвижения по трубке. Существующие модели ВВИ не затрагивают вопрос согласования подводящей кабельной линии и распределенной нагрузки в виде экранированной разрядной ячейки. Известные теоретические работы рассматривают развитие единичной волны ионизации, распространяющейся по невозмущенному или предварительно равномерно ионизованному газу. При этом без внимания остается практически значимый импульсно-периодический режим разряда с достаточно высокой частотой повторения импульсов, который характеризуется наличием остаточной ионизации в распадающейся плазме.

Одномерный, или, в лучшем случае, полуторамерный (с модельными распределениями основных переменных в радиальном направлении) характер существующих моделей не позволяет точно описывать радиальные электрические поля и токи в ВВИ, особенно в ее фронте, не дает ответа на вопрос распределения избыточного объемного заряда по сечению разрядной трубки, его динамики и экранирования, не учитывает радиальные профили электронной концентрации, дрейфовой скорости, энергии и т. д.

Наконец, имеющиеся в литературе результаты теоретических исследований ВВИ касаются весьма ограниченного перечня газовых сред. В частности, не рассматривался вопрос распространения волн ионизации в галогенных средах, пробой которых затруднен в силу их высокой электроотрицательности. В то же время, такие среды представляют практический интерес как, например, возможный источник излучения, лежащего в ультрафиолетовой области.

Диссертационная работа Бутина О.В. выполнена на кафедре молекулярной физики МФТИ под руководством д.ф.-м.н. Л.М. Василяка и д.ф.-м.н. Н.Н. Кудрявцева.

Научная новизна работы. Разработано полуторамерное описание процесса распространения высокоскоростной волны ионизации в длинной разрядной трубке. Данное описание использует полные уравнения баланса, движения, энергии электронной компоненты, отражает влияние разрядной геометрии, позволяет получать динамику скорости, пространственную эволюцию и затухание ВВИ, энерговклад в разряд, состав образующейся при разряде плазмы.

Предложен способ приближенного учета нестационарности и пространственной неоднородности функции распределения электронов по энергиям (ФРЭЭ) в импульсном наносекундном разряде, позволяющий учесть отклонения спектра электронов от максвелловского без явного включения в модель уравнения Больцмана.

Произведено обобщение полуторамерного описания до аксиально-симметричного двумерного в цилиндрической геометрии. При этом радиальные профильные распределения основных переменных заменены совокупностью соответствующих уравнений, что позволило моделировать реальный двумерный характер волны ионизации. В рамках двумерного описания предложены методы решения двумерных нестационарных нелинейных уравнений в частных производных; в частности, метод прямого вычисления искомой функции на рассматриваемой области.

Предложен метод учета согласования разрядной ячейки как распределенной нагрузки с подводящей кабельной линией. Данный метод позволяет детально описывать подвод энергии к разрядной ячейке и соотносить результаты моделирования электродинамических характеристик ВВИ в ячейке с экспериментальными данными, полученными на основе измерения параметров наносекундного импульса в подводящей кабельной линии.

Развит подход к теоретическому описанию ВВИ, позволяющий моделировать протекание разряда в импульсно-периодическом режиме. Предложенные методика и алгоритм расчетов учитывают кинетику возбужденных и заряженных частиц между импульсами и позволяют получить установление стационарной концентрации возбужденных атомов, молекул и ионов в нескольких последовательно падающих на разрядное устройство импульсах.

Проведено комплексное теоретическое исследование пространственно-временных характеристик ВВИ при варьировании в широких пределах геометрических и электрических параметров разрядного устройства и газового заполнения разрядной трубки.

Степень обоснованности научных результатов и положений. Научные положения и выводы, приводимые автором диссертации, строго обоснованы. Проведено рассмотрение применимости использованных физической и математической модели. Полученные результаты хорошо согласуются с соответствующими экспериментальными данными при всех исследованных условиях.

Научная и практическая ценность. Научная ценность работы заключена в создании комплексной методики описания наносекундного импульсного пробоя в виде ВВИ, позволяющей проводить теоретическое исследование волн ионизации в широком диапазоне условий и получать большой набор макро- и микрохарактеристик данного типа разряда.

Разработанные и примененные в диссертации методы могут быть применены при поиске условий, оптимальных для получения волн пробоя с требуемыми свойствами, при восстановлении параметров ВВИ, которые не были определены экспериментальными методами, при обобщении и сопоставительном анализе экспериментальных работ, проводившихся в различных условиях.

Полученный в работе комплекс пространственно-временных характеристик волн ионизации при варьировании в широком диапазоне нескольких параметров разряда позволил систематизировать информацию о взаимном влиянии друг на друга протекающих во фронте ВВИ и позади него плазменных процессов и позволил выявить ряд эффектов, экспериментальное обнаружение которых без полученных данных могло бы оказаться более затруднительным.

Результаты работы можно рекомендовать к использованию в ОИВТ РАН, РНЦ Курчатовский институт, Энергетическом институте им. Кржижановского, ИОФ РАН, ИХФ РАН, Ленинградском государственном университете, ЛФТИ РАН.

Апробация результатов работы. Основные результаты, изложенные в диссертации, докладывались и обсуждались на VIII-ой и IX конференциях по физике газового разряда (Рязань, 1996, 2000), 13-th European Sectional Conference on the Atomic and Molecular Physics of Ionised Gases (Poprad, 1996), XXXV-ой международной научной студенческой конференции &ldquoСтудент и научно-технический прогресс&rdquo (Новосибирск, 1997), XL-XLII научных конференциях МФТИ (Долгопрудный, 1997-1999), XII-th International Conference on Gas Discharges and Their Applications (Greifswald, 1997), 2-й международной научной конференции &ldquoФизика плазмы и плазменные технологии&rdquo (Минск, 1997), конференции Gas and Chemical Lasers and Intensive Beam Applications (San Jose, 1998), 10-й конференции по физике низкотемпературной плазмы ФНТП-98 (Петрозаводск, 1998), Всероссийской конференции (Махачкала, 1999), 14-th International Symposium on Plasma Chemistry ISPC-14 (Prague, 1999), научных семинарах ОИВТ РАН, ЛИТ при МФТИ (1996-2000).

Результаты достаточно полно отражены в следующих публикациях:

1. Бутин О.В., Василяк Л.М. Образование атомарного хлора в импульсно-периодическом разряде // VIII конф. по физике газового разряда. Тезисы докладов. Рязань, 1996, Ч. 2, с. 38-39.

2. Butin O.V., Vasiljak L.M. Atomic chlorine formation in pulse-periodic discharge // ESCAMPIG-XIII. Poprad, Slovakia. August 27-30, 1996. Europhysics Conference Abstracts. V. 20E. p. 463-464

3. Бутин О.В. Модель распространения высокоскоростной волны ионизации // Мат. XXXV межд. науч. студ. конф. &ldquoСтудент и н.-т. прогресс&rdquo, г. Новосибирск, 22-24 апреля 1997 г., с. 19-20.

4. Boutine O.V., Vasilyak L.M., Kostyuchenko S.V., and Sinkevich O.A. The super - high velocity ionizing wave in long cylinders // Proceedings of XIIth International Conference on Gas Discharges & Their Applications. Greifswald, Germany. 8-12 September 1997, V. 2, p. 637-640.

5. Бутин О.В., Василяк Л.М., Костюченко С.В. Высокоскоростные волны ионизации в импульсном разряде // Материалы 2-й международной научной конференции &ldquoФизика плазмы и плазменные технологии&rdquo, г. Минск, 15-19 сентября 1997, с. 161-164.

6. Бутин О.В. О скорости распространения высокоскоростной волны ионизации вдоль длинных разрядных трубок // Материалы XL научной конференции МФТИ, г. Долгопрудный, 28-29 ноября 1997, вып. 3, с. 49.

7. Бутин О.В. Модель развития пробоя в виде волны ионизации узлов высокого напряжения электрических приборов // Надежность и контроль качества, 1997, № 12, с. 33-36.

8. Boutine O.V., Vasilyak L.M. Use of fast ionization wave for laser pumping // Proceedings SPIE, Gas and Chemical Lasers and Intensive Beam Applications, May 1998, V. 3268, p. 334-341.

9. Бутин О.В., Василяк Л.М. Движение высокоскоростной волны ионизации в разрядной трубке // Докл. ФНТП-98, г. Петрозаводск, 22-27 июня 1998, ч. 2, с. 541-544.

10. Бутин О.В. Об оптимальных условиях для распространения высокоскоростной волны ионизации // XLI научная конференция МФТИ, г. Долгопрудный, 27-28 ноября 1998, ч. 2, с. 126.

11. Бутин О.В., Василяк Л.М. О динамике высокоскоростной волны ионизации в длинных разрядных трубках // Теплофизика высоких температур, 1999, Т. 37, № 2, с. 333-335.

12. Бутин О.В., Василяк Л.М. Влияние параметров разрядного импульса на распространение высокоскоростной волны ионизации // В сб. &ldquoФизическая электроника&rdquo. Материалы Всероссийской конференции (12-15 мая 1999 г.), изд. ДГУ, г. Махачкала, 1999, с. 87-91.

13. Boutine O.V., Vasilyak L.M. Theoretical investigation of chlorine affected by fast ionization wave // Proceedings of ISPC 14, Prague, August 2-6, 1999, V. II, p. 951-954.

14. Бутин О.В., Василяк Л.М. Распространение высокоскоростной волны ионизации в длинных разрядных трубках с предыонизацией // Физика плазмы, 1999, Т. 25, № 8, с. 725-736.

15. Бутин О.В. О возможности пробоя электроотрицательного газа (хлора) высокоскоростной волной ионизации // XLII научная конференция МФТИ, Долгопрудный, 26-27 ноября 1999, ч. 1, с. 4.

16. Бутин О.В., Василяк Л.М. Движение высокоскоростной волны ионизации в разрядной трубке // Известия РАН, Серия Физическая, 1999, Т. 63, № 11, с. 2284-2287.

17. Бутин О.В., Василяк Л.М. О распространении высокоскоростной волны ионизации в газе с высокой электроотрицательностью // Конф. &ldquoФизика газового разряда&rdquo, г. Рязань, июнь 2000 г., ч. 1, с. 70-72.

18. Boutine O.V., Vasilyak L.M. Propagation of fast ionization wave through electronegative gas (chlorine) // Journal of Physics D: Applied Physics, 2000. V. 33, № 7, р. 791-802.

Во всех написанных в соавторстве работах основные результаты, представленные в диссертации получены лично соискателем. За время обучения в МФТИ Бутин О. В. проявил себя зрелым, разносторонне развитым человеком, активно участвовал в общественной жизни МФТИ.

Кафедра рекомендует диссертацию Бутина О. В. &ldquoМоделирование импульсно-периодического разряда в виде высокоскоростной волны ионизации в гелии и хлоре&rdquo на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук в диссертационном совете К 212.156.03 при МФТИ по специальности 01.04.08 &ldquoФизика плазмы&rdquo.

В качестве ведущей организации кафедра рекомендует физический факультет Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова. В качестве официальных оппонентов кафедра рекомендует:

1. Бычкова Владимира Львовича, д.ф.-м.н., Объединенный институт высоких температур РАН (г. Москва)

2. Высикайло Филиппа Ивановича, к.ф.-м.н., Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований (г. Троицк)

Принято на заседании кафедры. Протокол от 20.04.2001.

Зам. зав. кафедрой

молекулярной физики, к.ф.-м.н. В.Е. БРАГИН

Примеры всех документов, направляемых в совет, в формате zip/word Вы можете скачать здесь (15Kb)

Перейти на уровень выше.

Если вы заметили в тексте ошибку, выделите её и нажмите Ctrl+Enter.

© 2001-2016 Московский физико-технический институт
(государственный университет)

Техподдержка сайта

МФТИ в социальных сетях

soc-vk soc-fb soc-tw soc-li soc-li
Яндекс.Метрика