Дорогие читатели, Нашему шестнадцатилетнему, волонтёрскому и некоммерческому проекту для создания новой, современной версии N-N-N.ru, очень нужно посоветоваться касательно платформы нашего сайта – SYMFONY & DRUPAL 8. Платформа не простая, но обещаем – мы не займём много времени, просто нужна консультационная поддержка квалифицированного разраба. Если вы можете помочь, то связаться с нами можно на страницах Facebook.com здесь и здесь.

Физики смогли понять природу неустойчивостей в плазменном потоке атмосферного давления

Американские физики cмоделировали поведение плазменного потока атмосферного давления и выяснили, какие факторы влияют на возникновение турбулентностей в нем. Полученные данные помогут понять, каким образом можно подавлять или увеличивать возникающие в плазменном потоке нестабильности, и, следовательно, позволят создать более совершенные источники активных форм кислорода и азота, востребованные современной медициной. Научная статья опубликована в журнале Applied Physics Letters.

В последнее время к плазменным установкам атмосферного давления проявляют интерес медицина и биология. Причина тому – образование в плазменном потоке активных форм кислорода и азота, которые могут быть использованы для заживления ран, стерилизации медицинских инструментов, лечения бактериальных инфекций и уничтожения раковых клеток. Однако в плазменных потоках часто возникают турбулентности, делающие поведение плазмы непредсказуемым, а результаты экспериментов невоспроизводимыми. Для эффективного воздействия, например, на болезнетворные бактерии, необходимо произвести определенное количество активных кислорода и азота, а для этого нужна установка, управляя плазменным потоком в которой, можно было бы задавать необходимое количество активных веществ. При этом плазменный поток не должен хаотически меняться.

Amanda Lietz

Устройство генератора плазменной струи и распределение плотности потока. Amanda M. Lietz et al / Appl. Phys. Lett. 111, 114101 (2017)

Для того чтобы узнать, какие факторы приводят к возникновению турбулентностей в плазменном потоке, физики промоделировали поведение плазмы в установке атмосферного давления. Стандартная плазменная установка атмосферного давления представляет собой трубу, заполненную инертным газом (например, гелием). Внутри установки размещается электрод, нагреваемый внешним источником питания. На электрод подаются импульсы напряжения, в результате чего труба частично заполняется плазмой. Поток гелия выводится через узкое отверстие в атмосферу. Активные формы кислорода и азота формируются главным образом в промежуточном слое между потоком гелия и влажным воздухом в результате процессов ионизации. В более ранних исследованиях было обнаружено, что турбулентности в потоке возникают при подаче на электрод каждого импульса напряжения и распространяются со скоростью примерно равной скорости газового потока.

Характеристики плазмы и распределение ионизированных атмосферных газов при выстреле. Amanda M. Lietz et al / Appl. Phys. Lett. 111, 114101 (2017)

Новые исследования показали, что одной из основных причин возникновения турбулентностей является нагрев газа. При подаче отрицательного импульса напряжения с катода начинают вылетать электроны, ионизующие окружающие электрод молекулы газа. Таким образом, у катода формируется относительно плотное облако быстрых электронов, обменивающихся энергией с молекулами газа. Этот обмен энергией приводит к тому, что газ также начинает нагреваться и расширяться. В результате расширения газа вдоль трубы начинает распространяться акустическая волна. Скорость распространения этой волны примерно равна скорости потока гелия в трубе. Попадая в область смешения гелия с воздухом, акустическая волна вызывает возникновение неустойчивостей, в частности колебаний плотности азота. 

Развитие неустойчивостей в плазменной струе. Amanda M. Lietz et al / Appl. Phys. Lett. 111, 114101 (2017)

При исключении всех источников нагревания из рассмотрения, результаты моделирования указали на отсутствие колебаний плотности молекул азота. Что подтвердило предположение ученых о ключевой роли нагревания газа в процессе возникновения турбулентностей. Еще одной причиной возникновения неустойчивостей оказались ионизационные волны. Они, также как и акустические, возникают вблизи поверхности катода и начинают распространяться вдоль трубы только уже не за счет нагревания газа, а за счет процессов ударной ионизации. Внутри трубы ионизационные волны распространяются вдоль стенок, за пределами трубы – вдоль границы раздела гелий-воздух. Увеличение возмущений, возникающих в области смешения газов, при увеличении импульса напряжения связано именно с распространением ионизационных волн.

Ранее мы рассказывали о том, что как физики определили влияние нейтральных атомов на возникновение турбулентностей в плазме и увеличили устойчивость плазмы за счет подавления альфвеновских неустойчивостей, а также о том, каким образом индийские физики получили плазменный «фаербол».

Автор: Александр Войтюк

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 5 (1 vote)
Источник(и):

nplus1.ru