Научный руководитель: Курбанисмаилов Вали Сулейманович, к.ф.-м.н.
Соавторы: Кадиева Патимат Гамидовна

В данной работе путем численного моделирования исследована релаксация плазмы СОР в гелии высокого давления. При моделировании процессов релаксации плазмы решалась система дифференциальных уравнений кинетики для следующих компонент плазмы: атомов в основном и в возбужденном состояниях с n=2 и n=3,4; электронов; молекулярных ионов и эксимерных молекул совместно с уравнением теплового баланса для температуры электронов.

Анализ результатов численного моделирования показал, что время релаксации для концентрации электронов составляет несколько микросекунд (см. рис.1). Чем выше давление газа, тем меньше время релаксации плазмы, обусловленная ростом рекомбинационных процессов при увеличении давления. Анализ временных зависимостей n_e(t) показывает, что начальные концентрации электронов плазмы, создаваемые при двух значениях импульса напряжения 7 кВ и 15 кВ (p=1300 Тор= const) составляет соответственно 3,8Ч 10¹³ см^-3 и 3,4Ч 10¹⁴ см^-3. При данных внешних полях релаксация плазмы до значений электронных концентраций n_{e >} 10¹¹см^-3 происходит одновременно за время t > (1,2-1,3)Ч 10^-6с. Таким образом, при рассмотренных начальных условиях время релаксации электронной плотности n_e не зависит от начального значения n_e, а зависит от давления газа. Чем выше давление газа, тем соответствующее время оказывается меньше.

Зависимость концентрации молекулярных ионов от времени n_mi(t) имеет характерный максимум, приходящийся на времена > 10^-7 с (см. рис.2). Образование молекулярных ионов Не₂⁺ происходит преимущественно в процессе конверсии Не+2НеR Не₂⁺+Не. С ростом давления газа концентрация молекулярных ионов гелия также увеличивается и во времени повторяет характерную зависимость n_e(t). Гибель молекулярных ионов гелия Не₂⁺ происходит в процессах диссоциативной рекомбинации. Результаты моделирования показывают, что данный процесс является доминирующим рекомбинационным процессом.

Так как, температура электронов вначале релаксации составляет Т_е > 1,5-1,8 эВ [2], то расчеты показывают, что существенную роль в заселении данного блока уровней с n=3,4 играют процессы диссоциативной рекомбинации, и повторяет характерную зависимость n_mi(t). Наблюдаемый максимум обусловлен именно этим процессом.

Заселенность возбужденного уровня Не^*(n=2) со временем является падающей. Возможно, на начальных стадиях релаксации плазмы, уровень n=2 опустошается за счет процесса ступенчатого электронного возбуждения на вышележащие уровни, а также за счет процессов ассоциации по схеме Не^*(n=2) +2НеR Не₂^*+Не. Этот процесс приводит к эффективной наработке в плазме эксимерных молекул Не₂^*. Такие молекулы являются эффективными резервуарами для энерговклада.

Зависимость концентрации эксимерных молекул от времени на начальном этапе релаксации плазмы является падающей, а затем возрастает и выходит на максимум через время t > (6-8)Ч 10^-7 с. Наблюдаемую зависимость можно объяснить тем, что на начальном этапе релаксации плазмы происходит разрушение молекул Не₂^* в процессе ассоциативной ионизации. Однако по мере спада электронной температуры скорость последней уменьшается, что соответственно приводит к образованию наблюдаемого максимума.