RU2727958C1 - Method of obtaining cloud of charged particles - Google Patents

Method of obtaining cloud of charged particles Download PDF

Info

Publication number
RU2727958C1
RU2727958C1 RU2019121616A RU2019121616A RU2727958C1 RU 2727958 C1 RU2727958 C1 RU 2727958C1 RU 2019121616 A RU2019121616 A RU 2019121616A RU 2019121616 A RU2019121616 A RU 2019121616A RU 2727958 C1 RU2727958 C1 RU 2727958C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
particles
mixture
powder
dielectric
charged particles
Prior art date
Application number
RU2019121616A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Нина Николаевна Скворцова
Владимир Дмитриевич Степахин
Дмитрий Валерьевич Малахов
Леонид Викторович Колик
Евгений Михайлович Кончеков
Екатерина Александровна Образцова
Александр Сергеевич Соколов
Андрей Адольфович Сорокин
Николай Константинович Харчев
Олег Николаевич Шишилов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук" filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук"
Priority to RU2019121616A priority Critical patent/RU2727958C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2727958C1 publication Critical patent/RU2727958C1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H5/00—Direct voltage accelerators; Accelerators using single pulses

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

FIELD: physics.SUBSTANCE: invention relates to means of producing dust ensembles of levitating charged particles with complex chemical composition and non-Gaussian size distribution used, in particular, for simulation of flow of micrometeorites and technogenic particles in simulation material testing. Powder in the form of a mixture of particles of dielectrics and metals of the required size is filled into the reactor and placed in an open reactor on a flat horizontally oriented quartz substrate and generating a microwave radiation pulse which is used to form a discharge in the atmosphere at the location of the mixture with the initiation of the chain chemical reaction.EFFECT: technical result consists in wider field of use and wider range of equipment, providing a cloud of charged particles in form of dust ensembles of levitating charged particles with complex chemical composition and non-Gaussian distribution of size.8 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области микроволновой и плазменной техники и может быть использовано для получения пылевых ансамблей левитирующих заряженных частиц со сложным химическим составом и негауссовским распределением по размерам, используемых, в частности, для моделирования потока микрометеоритов и техногенных частиц при имитационных материаловедческих испытаниях.The invention relates to the field of microwave and plasma technology and can be used to obtain dust ensembles of levitating charged particles with a complex chemical composition and non-Gaussian size distribution, used, in particular, to simulate the flow of micrometeorites and technogenic particles during material science simulation tests.

Известен способ получения заряженных микрочастиц [RU 2551129, С1, Н05Н 5/00, 20.05.2015], согласно которому подают высокое напряжение на бункерный электрод и переменное напряжение резонансной частоты на пьезоизлучатель, что вызывает движение частиц микропорошка в бункерной камере и выброс в полость зарядной камеры, содержащей горизонтальный или вертикальный набор углеродистых нитей, при соприкосновении с острием которых микрочастицы получают заряд и под действием электрического поля покидают зарядную камеру через вертикальные или горизонтальные отверстия, образуя поля заряженных микрочастиц.There is a known method for producing charged microparticles [RU 2551129, C1, H05H 5/00, 20.05.2015], according to which a high voltage is applied to the bunker electrode and an alternating voltage of the resonant frequency to a piezoelectric emitter, which causes the movement of micropowder particles in the bunker chamber and ejection into the charging cavity a chamber containing a horizontal or vertical set of carbon filaments, upon contact with the tip of which the microparticles receive a charge and, under the action of an electric field, leave the charging chamber through vertical or horizontal holes, forming fields of charged microparticles.

Недостатком этого способа является относительно узкая область применения.The disadvantage of this method is its relatively narrow scope.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является способ получения заряженных полевых частиц, [RU 2532688, С1, Н05Н 5/00, 10.11.2014], согласно которому засыпают в бункерную камеру микропорошок через набор игл, при касании которых микрочастицы микропорошка получают заряд и под действием электрического поля, создаваемого положительным потенциалом на зарядном электроде относительно составного внешнего электрода зарядной камеры, вылетают из инжектора, формируя облако заряженных микрочастиц.The closest in technical essence to the proposed one is a method for producing charged field particles, [RU 2532688, C1, H05H 5/00, 11/10/2014], according to which micropowder is poured into the hopper chamber through a set of needles, upon touching which microparticles of micropowder receive a charge and under by the action of an electric field created by a positive potential on the charging electrode relative to the composite external electrode of the charging chamber, they fly out of the injector, forming a cloud of charged microparticles.

Недостатком наиболее близкого по технической сущности к предложенному способа является относительно узкая область применения, поскольку он ограничен получением пучков пылевых микрочастиц малого сечения с фиксированным химическим составом одного типа вещества и с определенным размером и зарядом, поэтому такие пучки обладают узким диапазоном возможных размеров и состава частиц, что усложняет и увеличивает время имитационных материаловедческих испытаний, поскольку возникает необходимость перестройки процесса инжектирования и, при этом, не обеспечивается одновременное воздействие на материалы частицами разного размера и разных типов веществ, что является важным при испытаниях материаловThe disadvantage of the closest in technical essence to the proposed method is a relatively narrow field of application, since it is limited to obtaining beams of dust microparticles of small section with a fixed chemical composition of one type of substance and with a certain size and charge, therefore, such beams have a narrow range of possible sizes and composition of particles. which complicates and increases the time of imitation materials science tests, since it becomes necessary to rebuild the injection process and, at the same time, the simultaneous effect of particles of different sizes and different types of substances on materials is not ensured, which is important when testing materials

Задачей, которая решается в изобретении, является создание способа получения облака заряженных частиц в виде пылевых ансамблей левитирующих заряженных частиц со сложным химическим составом и негауссовским распределением по размерам, используемых, в частности, для моделирования потока микрометеоритов и техногенных частиц при имитационных материаловедческих испытаниях, например, при испытаниях космической техники, работающей в аналогичных условиях. Решение этой задачи позволяет повысить точность и эффективность моделирования.The problem that is solved in the invention is to create a method for obtaining a cloud of charged particles in the form of dust ensembles of levitating charged particles with a complex chemical composition and non-Gaussian size distribution, used, in particular, to simulate the flow of micrometeorites and technogenic particles during imitation material science tests, for example, when testing space technology operating in similar conditions. Solving this problem improves the accuracy and efficiency of modeling.

Требуемый технический результат заключается в расширении области применения и расширение арсенала технических средств, обеспечивающих получение облака заряженных частиц в виде пылевых ансамблей левитирующих заряженных частиц со сложным химическим составом и негауссовским распределением по размерам.The required technical result consists in expanding the scope and expanding the arsenal of technical means that provide a cloud of charged particles in the form of dust ensembles of levitating charged particles with a complex chemical composition and a non-Gaussian size distribution.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что, согласно способу, заключающемся в том, что в реактор засыпают порошок из частиц требуемого размера, согласно способу, используют порошок в виде смеси частиц диэлектриков и металлов требуемого размера и размещают смесь в открытом реакторе на плоской горизонтально ориентированной кварцевой подложке, уплотняют смесь частиц диэлектриков и металлов путем наложения на него горизонтально ориентированной уплотняющей кварцевой пластины с последующим ее снятием и генерируют микроволновый импульс, который используют для формирования разряда в атмосфере в месте размещения смеси с инициацией над ней цепной химической реакции.The problem is solved, and the required technical result is achieved by the fact that, according to the method, which consists in the fact that a powder of particles of the required size is poured into the reactor, according to the method, the powder is used in the form of a mixture of dielectric and metal particles of the required size and the mixture is placed in an open reactor on a flat horizontally oriented quartz substrate, a mixture of dielectric and metal particles is compacted by imposing a horizontally oriented sealing quartz plate on it, followed by its removal, and a microwave pulse is generated, which is used to form a discharge in the atmosphere at the location of the mixture, initiating a chain chemical reaction above it.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, порошок в виде смеси частиц диэлектриков и металлов формируют из частиц с размерами 100-200 мкм.In addition, the required technical result is achieved by the fact that a powder in the form of a mixture of dielectric and metal particles is formed from particles with a size of 100-200 microns.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, слой порошка в виде смеси частиц диэлектриков и металлов формируют толщиной в 1 мм.In addition, the required technical result is achieved in that a layer of powder in the form of a mixture of dielectric and metal particles is formed with a thickness of 1 mm.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, генерируют микроволновый импульс при мощности излучения 200-400 кВт и длительности импульса 1,5-4 10-3 с.In addition, the required technical result is achieved by generating a microwave pulse with a radiation power of 200-400 kW and a pulse duration of 1.5-4 10 -3 s.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, разряд в атмосфере в месте размещения смеси формируют с энергией 1-3 кДж.In addition, the required technical result is achieved in that the discharge in the atmosphere at the location of the mixture is formed with an energy of 1-3 kJ.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, используют порошок в виде смеси частиц диэлектриков (% масс) SiO2(45,91%)+Al2O3(23,68%)+TiO2(0,58%)+FeO(8,06%)+MgO(6,05%)+СаО(15,71%) и металла в виде магния 0,5%.In addition, the required technical result is achieved by using a powder in the form of a mixture of dielectric particles (wt%) SiO 2 (45.91%) + Al 2 O 3 (23.68%) + TiO 2 (0.58%) + FeO (8.06%) + MgO (6.05%) + CaO (15.71%) and metal in the form of magnesium 0.5%.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, используют порошок в виде смеси частиц диэлектриков (% масс) SiO2(45,91%)+Al2O3(23,68%)+TiO2(0,58%)+FeO(8,06%)+MgO(6,05%)+CaO(15,71%) и металла в виде алюминия 1,2%.In addition, the required technical result is achieved by using a powder in the form of a mixture of dielectric particles (wt%) SiO 2 (45.91%) + Al 2 O 3 (23.68%) + TiO 2 (0.58%) + FeO (8.06%) + MgO (6.05%) + CaO (15.71%) and metal in the form of aluminum 1.2%.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, в качестве кварцевой подложки используют кварцевую пластину с толщиной, равной четверти длины волны микроволнового импульса.In addition, the required technical result is achieved in that, as a quartz substrate, a quartz plate with a thickness equal to a quarter of the wavelength of the microwave pulse is used.

На чертеже представлены:The drawing shows:

на фиг. 1 - функциональная схема устройства для получения облака заряженных частиц с использованием предложенного способа, где обозначены: 1 - квазиоптический ответвитель, 2 - квазиоптический тракт, 3 - реактор для создания пылевой плазмы;in fig. 1 is a functional diagram of a device for obtaining a cloud of charged particles using the proposed method, where are indicated: 1 - quasi-optical coupler, 2 - quasi-optical path, 3 - reactor for creating dusty plasma;

на фиг. 2 - кварцевая трубка с осажденными образцами после воздействия микроволновым импульсов на смесь;in fig. 2 - quartz tube with deposited samples after exposure to microwave pulses on the mixture;

на фиг. 3 - схема эксперимента, где 4 - плазменный слой, 5 - газовый слой, 6 - кварцевая подложка для уменьшения отражения микроволнового излучения, 7 - кварцевые боковые стенки реактора, 8 - нижняя кварцевая стенка реактора, 9 - смесь частиц диэлектриков и металлов, 10 - уплотняющая кварцевая пластина;in fig. 3 - scheme of the experiment, where 4 - plasma layer, 5 - gas layer, 6 - quartz substrate to reduce the reflection of microwave radiation, 7 - quartz side walls of the reactor, 8 - lower quartz wall of the reactor, 9 - mixture of particles of dielectrics and metals, 10 - sealing quartz plate;

на фиг. 4 - видеокадры эволюции во времени числа частиц реголита в реакторе при импульсном воздействии СВЧ длительностью 2 мс (указано время после окончания СВЧ импульса, выдержка 0.2 мс).in fig. 4 - video frames of the time evolution of the number of regolith particles in the reactor under a microwave pulse of 2 ms duration (the time after the end of the microwave pulse is indicated, the exposure time is 0.2 ms).

на фиг. 5 - слева микрофотографии осажденного на стенки реактора порошка реголита в двух масштабах: 100 и 10 мкм, справа для фотографии с масштабом 100 мкм представлены распределения частиц по размерам;in fig. 5 - left photomicrographs of the regolith powder deposited on the walls of the reactor in two scales: 100 and 10 microns, on the right, for a photograph with a scale of 100 microns, particle size distributions are shown;

на фиг. 6 - химический состав осажденных частиц.in fig. 6 - chemical composition of precipitated particles.

Реализуется предложенный способ получения облака заряженных частиц следующим образом.The proposed method for obtaining a cloud of charged particles is implemented as follows.

Его реализация иллюстрируется примером проведения эксперимента в устройстве фиг. 1. Способ получения облака заряженных частиц основан на микроволновом пробое и развитии цепных плазмохимических процессов в смеси порошков под воздействием СВЧ излучения мощного импульсного гиротрона. Состав смеси порошков соответствовал составу образцов реголита в лунном грунте (пыли, химический состав которой известен для разных областей Луны, и описан, например, в каталогах [К.П. Флоренский, А.Т. Базилевский, О.В. Николаева, Лунный грунт: свойства и аналоги. М. АН СССР. Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского. 1975; и НАСА: https://curator.jsc.nasa.gov/lunar/samplecatalog/]. Импульсное микроволновое излучение, воздействующее на смесь порошков, обладало энергией 1-3 кДж (мощностью СВЧ 200-400кВт) при длительности импульса 1,5-4*10-3 с. Импульс СВЧ излучения посредством системы медных зеркал, образующих квазиоптический тракт 2, через квазиоптический ответвитель 1 направлялся в специально разработанный плазмохимический реактор 3. Измерение фактической мощности гиротрона осуществляется потоковым калориметром. Измерение поглощенного микроволнового излучения определяется из балансовых СВЧ измерений системой микроволновых детекторов, которые также калибруются при помощи потокового калориметра [Г.В. Укрюков, Д.В. Малахов, Н.Н. Скворцова и др. Инженерная физика. №2. 2017. С. 27-36].Its implementation is illustrated by an example of an experiment in the device of FIG. 1. The method of obtaining a cloud of charged particles is based on microwave breakdown and the development of chain plasma-chemical processes in a mixture of powders under the influence of microwave radiation from a powerful pulsed gyrotron. The composition of the powder mixture corresponded to the composition of the regolith samples in the lunar soil (dust, the chemical composition of which is known for different regions of the Moon, and is described, for example, in the catalogs [KP Florensky, AT Bazilevsky, OV Nikolaeva, Lunar soil : properties and analogs, Moscow Academy of Sciences of the USSR, Vernadsky Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry, 1975; and NASA: https://curator.jsc.nasa.gov/lunar/samplecatalog/] Pulsed microwave radiation, acting on the mixture of powders, had an energy of 1-3 kJ (microwave power 200-400kW) with a pulse duration of 1.5-4 * 10 -3 s. into a specially designed plasma-chemical reactor 3. The actual power of the gyrotron is measured by a flow calorimeter. The measurement of the absorbed microwave radiation is determined from the microwave balance measurements by a system of microwave detectors, which are also calibrated at n with the help of a flow calorimeter [G.V. Ukryukov, D.V. Malakhov, N.N. Skvortsova et al. Engineering Physics. # 2. 2017. S. 27-36].

В реактор для создания пылевой плазмы устанавливались кварцевые трубки (цилиндры) высотой до 50 см (фиг. 2). Эксперименты проводились в атмосфере, верхний край цилиндра открыт.В кварцевой трубке после СВЧ пробоя исходного материала и развития плазмохимических процессов возникает поток заряженных частиц. В дальнейшем частицы осаждаются на стенки кварцевой трубки и могут проанализированы по размерам и по химическому составу.Quartz tubes (cylinders) up to 50 cm in height were installed in the reactor to create a dusty plasma (Fig. 2). The experiments were carried out in the atmosphere, the upper edge of the cylinder is open. In a quartz tube, after microwave breakdown of the initial material and the development of plasma-chemical processes, a flow of charged particles arises. Subsequently, the particles are deposited on the walls of the quartz tube and can be analyzed by size and chemical composition.

Схема эксперимента приведена на фиг. 3. Смесь 9 исходных порошков размещали на нижней кварцевой подложке 8, образуя слой толщиной ~1 мм. Уплотнение исходной смеси производится с помощью специальной уплотняющей кварцевой пластины 10 до подачи микроволнового излучения. Затем верхняя поверхность слоя смеси порошка открывается. Снизу через кварцевые пластины подается микроволновое излучение. При прохождении импульса микроволнового излучения через смесь 9 порошков возникает разряд, в результате чего значительная часть частиц поднимается, образуя плазменный слой 4 и газовый слой 5. Развитие плазмохимических процессов контролировалось визуально при помощи высокоскоростной Fastec Imaging IN250M512 (стрелка I) и низкоскоростной Activecam AC-D1020 (стрелка II) камер, а также трех оптических спектрометров Ava-Spec (стрелки I,II,III), работающих в диапазоне 250-920 нм.The experimental setup is shown in Fig. 3. A mixture of 9 initial powders was placed on the lower quartz substrate 8, forming a layer ~ 1 mm thick. Compaction of the initial mixture is carried out using a special sealing quartz plate 10 prior to microwave radiation. Then the top surface of the powder mixture layer is opened. Microwave radiation is fed from below through quartz plates. When a microwave pulse passes through a mixture of powders 9, a discharge occurs, as a result of which a significant part of the particles rises, forming a plasma layer 4 and a gas layer 5. The development of plasma-chemical processes was monitored visually using a high-speed Fastec Imaging IN250M512 (arrow I) and a low-speed Activecam AC-D1020 (arrow II) cameras, as well as three optical spectrometers Ava-Spec (arrows I, II, III) operating in the range of 250-920 nm.

Эксперименты были проведены в порошках, повторяющий состав разных типов материкового лунного реголита, например, смесь: SiO2(45,91)/Al2O3(23,68)/TiO2(0,58)/FeO(8,06)/MgO(6,05)/CaO(15,71). Часть из одного из окислов (половина или десятая часть, например, MgO или Al2O3) были заменены на соответствующий металл (такое количество сфероидов металла существует в реголите на Луне. Учитывалось также, что в реголите при ударе метеорита может происходить выделение из окислов металла и кислорода. Средний размер частицы в разных пробах лежит в диапазоне 100-200 мкм, распределение соответствует лунному веществу.The experiments were carried out in powders, repeating the composition of different types of continental lunar regolith, for example, a mixture: SiO 2 (45.91) / Al 2 O 3 (23.68) / TiO 2 (0.58) / FeO (8.06) / MgO (6.05) / CaO (15.71). Part of one of the oxides (half or tenth, for example, MgO or Al 2 O 3 ) were replaced by the corresponding metal (such a number of metal spheroids exist in the regolith on the Moon. It was also taken into account that in the regolith, when a meteorite impacts, release from oxides can occur metal and oxygen.The average particle size in different samples lies in the range of 100-200 microns, the distribution corresponds to the lunar matter.

В экспериментах при энергии микроволнового импульса гиротрона 1-3 кДж (мощности СВЧ 200-400 кВт) и длительности импульса 1,5-4 мс регистрируется взрывной процесс, вызванный кулоновским расталкиванием заряженных частиц с поверхности реголита в объем реактора. После взрыва смеси развивались цепные реакции самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Они длятся десятки секунд, в течение которых взвесь пылевых частиц поднимается на десятки сантиметров над поверхностью порошка. Выделяющаяся при этом энергия в сотни раз превышает энергию инициации цепной реакции. На фиг. 4 показана динамика возникновения и левитации облака заряженных частиц над реголитом после выключения гиротрона. Покадровый анализ видеосъемки показывает, как облако из большого числа частиц поднимается в объем реактора над поверхностью реголита, и затем наблюдается в объеме реактора в течение несколько сотен миллисекунд. Частицы от поверхности порошка разлетаются со скоростями порядка нескольких м/с, а максимальное их количество наблюдается через 100-200 мс после выключения СВЧ импульса. Уменьшение наблюдаемого числа частиц в течение этого времени также, как и в спектральных измерениях, частично связано с запылением кварцевой поверхности цилиндра реактора.In experiments with a gyrotron microwave pulse energy of 1-3 kJ (microwave power 200-400 kW) and a pulse duration of 1.5-4 ms, an explosive process is recorded, caused by the Coulomb repulsion of charged particles from the regolith surface into the reactor volume. After the explosion of the mixture, chain reactions of self-propagating high-temperature synthesis developed. They last tens of seconds, during which a suspension of dust particles rises tens of centimeters above the surface of the powder. The energy released in this process is hundreds of times higher than the initiation energy of the chain reaction. FIG. 4 shows the dynamics of the appearance and levitation of a cloud of charged particles over the regolith after the gyrotron is turned off. Frame-by-frame video analysis shows how a cloud of a large number of particles rises into the reactor volume above the regolith surface, and then is observed in the reactor volume for several hundred milliseconds. Particles from the surface of the powder fly away at speeds of the order of several m / s, and their maximum number is observed 100-200 ms after the microwave pulse is turned off. The decrease in the observed number of particles during this time, as well as in spectral measurements, is partly due to the dusting of the quartz surface of the reactor cylinder.

Видеокадры эволюции во времени числа частиц реголита в реакторе представлены на фиг. 4, где использовалось импульсное воздействие СВЧ длительностью 2 мс. На фотографиях указано время после окончания СВЧ импульса, выдержка 0.2 мс.Video frames of the time evolution of the number of regolith particles in the reactor are shown in Fig. 4, where a pulsed microwave action with a duration of 2 ms was used. The photographs show the time after the end of the microwave pulse, exposure 0.2 ms.

На боковые поверхности реактора над смесью осаждаются сфероиды из реголита с диаметрами от 1 до 1000 мкм. На фиг. 5 показаны осажденные частицы (слева) и распределение частиц по линейным размерам, в которой присутствуют большое число частиц с размером около 1 мм (такое негауссовское распределение характерно для лунной пыли).On the lateral surfaces of the reactor above the mixture, spheroids from the regolith with diameters from 1 to 1000 μm are deposited. FIG. 5 shows the deposited particles (left) and the linear particle size distribution, which contains a large number of particles with a size of about 1 mm (such a non-Gaussian distribution is characteristic of lunar dust).

Химический анализ осажденных частиц (фиг. 6) показывает сохранение сложного состава, повторяющего состав исходной смеси порошков.Chemical analysis of the precipitated particles (Fig. 6) shows the retention of a complex composition, repeating the composition of the initial mixture of powders.

В течение СВЧ импульса из-за процесса кулоновского расталкивания частиц происходит выброс вещества из поверхностного слоя, в веществе над порошком после окончания СВЧ развиваются цепные экзотермические реакции, длительность которых превышает импульс СВЧ. В результате в реакторе на высоту до 50 см поднимается ансамбль из медленно движущихся (от 1 до 100 см/с) отрицательно зараженных частиц различных сферических форм с негауссовским распределением по размерам (средний линейный размер от 200 до 300 мкм, с присутствием большой фракции миллиметровых частиц). Ансамбль левитирующих частиц наблюдается в реакторе в течение секунды.During the microwave pulse, due to the process of the Coulomb repulsion of particles, the substance is ejected from the surface layer; in the substance above the powder, after the end of the microwave, chain exothermic reactions develop, the duration of which exceeds the microwave pulse. As a result, an ensemble of slowly moving (from 1 to 100 cm / s) negatively contaminated particles of various spherical shapes with a non-Gaussian size distribution (average linear size from 200 to 300 μm, with the presence of a large fraction of millimeter particles ). An ensemble of levitating particles is observed in the reactor for a second.

Таким образом, благодаря усовершенствованиям известного способа достигается требуемый технический результат, заключающийся в расширении области применения и расширение арсенала технических средств, обеспечивающих получение облака заряженных частиц в виде пылевых ансамблей левитирующих заряженных частиц со сложным химическим составом и негауссовским распределением по размерам.Thus, thanks to the improvements of the known method, the required technical result is achieved, which consists in expanding the scope and expanding the arsenal of technical means that provide a cloud of charged particles in the form of dust ensembles of levitating charged particles with a complex chemical composition and non-Gaussian size distribution.

Claims (8)

1. Способ получения облака заряженных частиц, заключающийся в том, что в реактор засыпают порошок из частиц требуемого размера, отличающийся тем, что используют порошок в виде смеси частиц диэлектриков и металлов требуемого размера и размещают смесь в открытом реакторе на плоской горизонтально ориентированной кварцевой подложке, уплотняют смесь частиц диэлектриков и металлов путем наложения на него горизонтально ориентированной уплотняющей кварцевой пластины с последующим ее снятием и генерируют импульс микроволнового излучения, который используют для формирования разряда в атмосфере в месте размещения смеси с инициацией над ней цепной химической реакции.1. A method of obtaining a cloud of charged particles, which consists in the fact that a powder of particles of the required size is poured into the reactor, characterized in that the powder is used in the form of a mixture of dielectric and metal particles of the required size and the mixture is placed in an open reactor on a flat horizontally oriented quartz substrate, the mixture of dielectric and metal particles is compacted by imposing a horizontally oriented sealing quartz plate on it, followed by its removal, and a microwave radiation pulse is generated, which is used to form a discharge in the atmosphere at the location of the mixture with initiation of a chain chemical reaction above it. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что порошок в виде смеси частиц диэлектриков и металлов формируют из частиц с размерами 100-200 мкм.2. A method according to claim 1, characterized in that the powder in the form of a mixture of dielectric and metal particles is formed from particles with a size of 100-200 microns. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что слой порошка в виде смеси частиц диэлектриков и металлов формируют толщиной в 1 мм.3. The method according to claim 1, characterized in that the layer of powder in the form of a mixture of dielectric and metal particles is formed with a thickness of 1 mm. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что микроволновый импульс, который используют для формирования разряда в атмосфере в месте размещения смеси, генерируют при мощности излучения 200-400 кВт с длительностью 1,5-4 10-3 с.4. The method according to claim 1, characterized in that the microwave pulse, which is used to form a discharge in the atmosphere at the location of the mixture, is generated at a radiation power of 200-400 kW with a duration of 1.5-4 10 -3 s. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что разряд в атмосфере в месте размещения смеси формируют с энергией 1-3 кДж.5. The method according to claim 1, characterized in that the discharge in the atmosphere at the location of the mixture is formed with an energy of 1-3 kJ. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют порошок в виде смеси частиц диэлектриков % масс SiO2(45,91%)+Al2O3(23,68%)+TiO2(0,58%)+FeO(8,06%)+MgO(6,05%)+CaO(15,71%) и металла в виде магния 0,5%.6. The method according to claim 1, characterized in that the powder is used in the form of a mixture of dielectric particles% wt SiO 2 (45.91%) + Al 2 O 3 (23.68%) + TiO 2 (0.58%) + FeO (8.06%) + MgO (6.05%) + CaO (15.71%) and metal in the form of magnesium 0.5%. 7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют порошок в виде смеси частиц диэлектриков % масс SiO2(45,91%)+Al2O3(23,68%) +TiO2(0,58%)+FeO(8,06%)+MgO(6,05%)+CaO(15,71%) и металла в виде алюминия 1,2%.7. The method according to claim 1, characterized in that the powder is used in the form of a mixture of dielectric particles% mass SiO 2 (45.91%) + Al 2 O 3 (23.68%) + TiO 2 (0.58%) + FeO (8.06%) + MgO (6.05%) + CaO (15.71%) and metal in the form of aluminum 1.2%. 8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве кварцевой подложки используют кварцевую пластину с толщиной, равной четверти длины волны излучения микроволнового импульса.8. The method according to claim 1, characterized in that a quartz plate with a thickness equal to a quarter of the wavelength of radiation of a microwave pulse is used as a quartz substrate.
RU2019121616A 2019-07-10 2019-07-10 Method of obtaining cloud of charged particles RU2727958C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019121616A RU2727958C1 (en) 2019-07-10 2019-07-10 Method of obtaining cloud of charged particles

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019121616A RU2727958C1 (en) 2019-07-10 2019-07-10 Method of obtaining cloud of charged particles

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2727958C1 true RU2727958C1 (en) 2020-07-28

Family

ID=72085207

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019121616A RU2727958C1 (en) 2019-07-10 2019-07-10 Method of obtaining cloud of charged particles

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2727958C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120281798A1 (en) * 2011-05-04 2012-11-08 John Robert Thompson Solid-state pulsed power plasma jet injector
RU2532688C1 (en) * 2013-05-07 2014-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) Charged dust particle injector
EP1643001B1 (en) * 2002-09-30 2015-09-02 Institute of Applied Physics RAS High velocity method for deposing diamond films from a gaseous phase in shf discharge plasma and device for carrying out said method
RU2588512C1 (en) * 2015-03-25 2016-06-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Институт химии твердого тела Уральского Отделения Российской Академии наук" Method of producing ultrafine powder of vanadium carbide
RU2614714C1 (en) * 2016-02-02 2017-03-28 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) Production method of elements nanosized powders and its inorganic compounds and device for its implementation
RU2644216C2 (en) * 2016-07-15 2018-02-08 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук (ИОФ РАН) Microwave plasma reactor for obtaining a homogeneous nanocrystalline diamond film

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1643001B1 (en) * 2002-09-30 2015-09-02 Institute of Applied Physics RAS High velocity method for deposing diamond films from a gaseous phase in shf discharge plasma and device for carrying out said method
US20120281798A1 (en) * 2011-05-04 2012-11-08 John Robert Thompson Solid-state pulsed power plasma jet injector
RU2532688C1 (en) * 2013-05-07 2014-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) Charged dust particle injector
RU2588512C1 (en) * 2015-03-25 2016-06-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Институт химии твердого тела Уральского Отделения Российской Академии наук" Method of producing ultrafine powder of vanadium carbide
RU2614714C1 (en) * 2016-02-02 2017-03-28 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) Production method of elements nanosized powders and its inorganic compounds and device for its implementation
RU2644216C2 (en) * 2016-07-15 2018-02-08 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук (ИОФ РАН) Microwave plasma reactor for obtaining a homogeneous nanocrystalline diamond film

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Williams et al. Ignition of fully dense nanocomposite thermite powders by an electric spark
RU2727958C1 (en) Method of obtaining cloud of charged particles
Allum et al. Multi-channel photodissociation and XUV-induced charge transfer dynamics in strong-field-ionized methyl iodide studied with time-resolved recoil-frame covariance imaging
Glotov Combustion of spherical agglomerates of titanium in air. I. Experimental approach
McManus et al. Disentangling sequential and concerted fragmentations of molecular polycations with covariant native frame analysis
Knapek et al. Ekoplasma—Experiments with grid electrodes in microgravity
Kurilenkov et al. Nuclear burning in a compact scheme of inertial electrostatic confinement as imitation of stellar nucleosynthesis. Experiment and PIC modeling
Filatova et al. Study of the process of dust grain discharging in the afterglow of an RF discharge
Larsen et al. Femtosecond photodissociation dynamics of I 2 studied by ion imaging
KR20120022216A (en) Nanopowder separating device using an electrostatic trap in a metal nanopowder manufacturing equipment based on aerosol process
Qi et al. Compressed ultrafast electron diffraction imaging through electronic encoding
Rogachev et al. Microstructural aspects of gasless combustion of mechanically activated mixtures. I. High-speed microvideorecording of the Ni-Al composition
Ischenko et al. Ultrafast transmission electron microscopy
Kerridge et al. Accretionary processes in the early solar system: An experimental approach
Erk et al. Observation of shells in Coulomb explosions of rare-gas clusters
Mao et al. Influence of pulse front steepness on vacuum flashover characteristics
Oleshko et al. Catastrophic processes in dielectrics in irradiation by high-current electron beams
Rohmund et al. Charge transfer collisions between C602+ and C60
Lohmann et al. Size and charge distribution of liquid metal electrospray generated particles
Curcio et al. Resonant interaction between laser and electrons undergoing betatron oscillations in the bubble regime
Xue et al. The origin of granular convection in vertically vibrated particle beds: The differential shear flow field
Polyakov et al. Self-Oscillating Mode of Dusty Plasma and Particles Separation
Suits et al. Imaging in chemical dynamics: The state of the art
Finch et al. Nondissociative low-energy electron attachment to c-C 7 F 14 and C6F6: Intermediate lifetimes
Vladimirov et al. Ordered dusty structures in nuclear-track neon and argon plasmas