Фундаментальные принципы холодной многофазной неравновесной плазмы и технологии на ее основе

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 21-79-30062

НазваниеФундаментальные принципы холодной многофазной неравновесной плазмы и технологии на ее основе

Руководитель Василяк Леонид Михайлович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук , г Москва

Конкурс №53 - Конкурс 2021 года по мероприятию «Проведение исследований научными лабораториями мирового уровня в рамках реализации приоритетов научно-технологического развития Российской Федерации» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-301 - Электрофизика, электрофизические системы

Ключевые слова Плазменные технологии, электронно-пусковая плазма, вневаккумные технологии, электрический разряд, плазмохимические реакции, ускорение процессов, плазменный катализ, деградационные спектры, аддитивные технолгии,квантовые методы расетов, искусственный интеллект в материаловедении, солнечная энергетика, многофазные системы, численное моделирование, холловские ракетные двигатели ,

Код ГРНТИ29.27.51

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект основан на исследованиях, выполненных в коллективе научной школы В.М.Иевлева – Э.Е.Сона в течение более 50 лет в различных организациях в России и за рубежом: в МФТИ, ОИВТ РАН, КАИ, КФУ, ГНЦ им. М.В.Келдыша, ГРЦ им. В.П. Макеева, Плазменном центре МИТ (США), Каз. ГУ и Каз. ИЯФ. Проект является развитием направлений, созданных и развивающихся в научном коллективе и включает фундаментальные и прикладные исследования в обоснование и создание новых плазменных технологий на основе холодной неравновесной плазмы для контроля и управлениями плазмохимическми реакциями в объеме и для обработки материалов, разработку теории, комплексов программ численного моделирования, создание новых и модернизацию существующих научных стендов и промышленных установок. В проекте будут проведены экспериментальные исследования по использованию электрических разрядов в диспергированных средах для ускорения химических и плазмохимических реакций в двух- и трехфазных средах, использования в системах очистки загрязненных жидкостей и других целей. Предполагается проведение работ по созданию новых типов электрических разрядов для дезинфекции от COVID-19. Будут разработаны новые подходы описания и численного моделирования многофазной гидродинамики ламинарных и турбулентных течений в плазме на основе метода фазовых полей для турбулентных течений применительно к разрядам с жидкими электродами и диспергированными средами. Будут разработаны прикладные и коммерческие программы численного моделирования на кластерах и суперкомпьютерах. Будут разработаны плазменные методы обработки, диагностики и тестирования графитовых и тугоплавких материалов с применениями к высокоскоростным летательным аппаратам с меняющейся аэродинамической формой, будет создан стенд для теплофизических исследований теплообмена в высокоскоростных потоках с числами Маха от 2 до 6, будет развита экспериментальная база с малыми, киловаттного уровня до мощных, мегаваттного уровня плазмотронов, способных создавать температуры до 50 000°К с расширяющимися каналами для создания плазменных струй и их взаимодействия с твердыми и жидкими тугоплавкими и плавящимися поверхностями. Стенды будут оснащены современным оборудованием, включающим оптические спектральные, тепловые, скоростные PIV, LIF и другие измерения. Будет модифицирован экспериментальный стенд и разработаны пакеты программ для холловских плазменных ракетных двигателей, позволяющие решать ключевые физические проблемы для космических приложений. Создание новых устройств в настоящее время невозможно без применения аддитивных технологий, поэтому в данном проекте будет использована экспериментальная база КФУ для создания материалов и изделий, необходимых для разработки технологий и создания макетных и опытных образцов новых плазменных технологий.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Чернышев Т.В., Криворучко Д.Д. On a force balance and role of cathode plasma in Hall Effect Thruster Plasma Sources Science and Technology, https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6595/ac4179/pdf (год публикации - 2021)
10.1088/1361-6595/ac4179

2. Гайсин Ал.Ф., Валиев Р.И., Хафизов А.А., Багаутдинов Л.Н., Гайсин Ф.М., Басыров Р.Ш., Гайсин Аз.Ф. Электрические разряды переменного тока в газожидкостной среде раствора хлорида натрия при атмосферном давлении Теплофизика высоких температур, номер 4, том 59, страницы 634--637 (год публикации - 2021)
10.31857/S0040364421040219

3. Чистолинов А.В., Тюфтяев А.С., Гаджиев М.Х. Напряженность электрического поля в разряде с жидким электролитным катодом в воздухе при атмосферном давлении Прикладная физика, 2021 год, номер 5, страницы 5--10 (год публикации - 2021)
10.51368/1996-0948-2021-5-5-10

4. Гайсин Ал.Ф., Гайсин Ф.М., Желтухин В.С., Сон Э.Е. Высокочастотный разряд со струйным электролитическим электродом Физика плазмы, 2022, том 48, номер 1, стр. 1--8 (год публикации - 2022)
10.31857/S0367292122010061

5. Петряков С.Ю., Мирханов Д.Н., Гайсин Ал.Ф., Басыров Р.Ш., Кашапов Н.Ф. Разряд постоянного тока между металлическим анодом и жидким (неметаллическим) катодом Прикладная механика и техническая физика, 2022. Т. 63, № 5, с. 20-32 (год публикации - 2022)
10.15372/PMTF20220502

6. Коновалов В.П., Сон Э.Е. Аналитическая аппроксимация для уравнения состояния вырожденного электронного газа Теплофизика высоких температур, 2021, том 59, выпуск 6, с. 952–955 (год публикации - 2021)
10.31857/S0040364421060107

7. Кашапов Р.Н., Кашапов Л.Н.,Кашапов Н.Ф., Чебакова В.Ю. Кинетика двухфазных газожидкостных сред в процессах электролиза Теплофизика высоких температур, 2021, том 59, выпуск 6, страницы 869–876 (год публикации - 2021)
10.31857/S0040364421060089

8. Терешонок Д.В., Бабаева Н.Ю., Найдис Г.В., Абрамов А.Г., Угрюмов А.В. Modeling of ionization waves in atmospheric-pressure argon in a long gap IEEE Transactions on Plasma Science, Vol. 50, No. 3, p. 580 (год публикации - 2022)
10.1109/TPS.2022.3147065

9. Хафизов А.А., Валиев Р.И., Багаутдинова Л.Н., Гайсин Аз.Ф., Гайсин Ал.Ф., Гайсин Ф.М., Сон Э.Е., Фахрутдинова И.Т. Электрический разряд переменного тока в однопроцентном растворе хлорида натрия в дистиллированной воде при пониженных давлениях Теплофизика высоких температур, Т. 60, № 4, с. 625-628 (год публикации - 2022)
10.31857/S0040364422020065

10. Савельев А.С. Investigation of gas-droplet flow in presence of electrical discharge Plasma Physics Reports, 2023, том 49, № 5, с. 480–487 (год публикации - 2023)
10.31857/S0367292123600231

11. Коновалов В.П. Деградационный спектр электронов в метане Физика плазмы, 2023, том 49, № 3, с. 296–302 (год публикации - 2023)
10.31857/S0367292122601175

12. Желтухин В.С., Гайсин Ал.Ф., Петряков С.Ю. Механизм пробоя высокочастотного разряда со струйными электролитическими электродами Письма в ЖТФ, Т. 48, № 17, с. 24-27 (год публикации - 2022)
10.21883/PJTF.2022.17.53283.19237

13. Лубин А.А., Якушин Р.В., Ощепков М.С., Ульянова Ю.В., Ботев Д.О., Чистолинов А.В., Подхалюзина Н.Я., Соловьева И.Н., Болдырев В.С. Плазмохимический синтез нитропроизводных аценафтена Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия «Естественные науки», 2023. № 4, с. 123-140 (год публикации - 2023)
10.18698/1812-3368-2023-4-123-140

14. Салеева Л., Кашапов Р., Шакирзянов Ф., Кузнецов Е., Кашапов Л., Смирнова В., Кашапов Н., Салеева Г., Саченков О., Салеев Р. The effect of surface processing on the shear strength of cobalt-chromium dental alloy and ceramics Materials, Vol. 15, P. 2987 (год публикации - 2022)
10.3390/ma15092987

15. Александров Н.Л., Базелян Э.М., Пономарев А.А., Стариковский А.Ю. Kinetics of charged species in non-equilibrium plasma in water vapor- and hydrocarbon-containing gaseous mixtures Journal of Physics D: Applied Physics, Vol. 55, P. 383002 (год публикации - 2022)
10.1088/1361-6463/ac7d7c

16. Косенков Д.В., Сагадеев В.В., Кашапов Н.Ф. Тепловое излучение ряда жидких металлов Теплофизика высоких температур, 2022, том 60, выпуск 6, 855–859 (год публикации - 2023)
10.31857/S0040364422060114

17. Омар А.А., Кашапов Н.Ф., Лучкин А.Г., Амор А.А., Амар А.А. Effect of cooling system design on the heat dissipation of the magnetron sensitive components with rectangular target during sputtering by Ar+ Results in Engineering, Vol. 16, P. 100696 (год публикации - 2022)
10.1016/j.rineng.2022.100696

18. Омар А.А., Лучкин А.Г., Омар М.Р.А., Кашапов Н.Ф. The Effect Magnet Design on Controlling the Target Erosion Profile for DC Magnetron with the Rectangular Target Plasma Chemistry and Plasma Processing, online-first (год публикации - 2022)
10.1007/s11090-022-10283-x

19. Антипов С.Н., Гаджиев М.Х., Терешонок Д.В., Горбатов С.А., Иванов И.А., Тихонов В.Н., Тихонов А.В., Абрамов А.Г., Угрюмов А.В. Генерация плазменных струй умеренной температуры на основе поперечного СВЧ-разряда в волноводе Прикладная физика, 2022, № 6, 5-12 (год публикации - 2022)
10.51368/1996-0948-2022-6-5-11

20. Терешонок Д.В., Чернышев Т.В. Двухчленное приближение и метод Монте-Карло: сравнение на примере электронов в аргоне Вестник Дагестанского Государственного Университета. Серия 1. Естественные науки, 2022. Том 37. Вып. 4, 42-52 (год публикации - 2022)
10.21779/2542-0321-2022-37-4-42–52

21. Панов В.А., Абрамов А.Г., Угрюмов А.В. Прямая плазмохимическая конверсия метана в метанол (обзор) Успехи прикладной физики, Т. 10, № 6, С. 534-576 (год публикации - 2022)
10.51368/2307-4469-2022-10-6-534-576

22. Антипов С.Н., Гаджиев М.Х., Саргсян М.А., Терешонок Д.В., Тюфтяев А.С., Юсупов Д.И., Чистолинов А.В., Абрамов А.Г., Угрюмов А.В. Interelectrode microwave glow discharge in atmospheric-pressure argon flow Physica Scripta, Vol. 98, No. 2, p. 025604 (год публикации - 2023)
10.1088/1402-4896/acae65

23. Пономарев А.А., Александров Н.Л. Monte Carlo simulation of ion kinetics in nitrogen and oxygen plasmas under non-uniform electric field conditions Physics of Plasmas, Vol. 30, No. 5, p. 053505 (год публикации - 2023)
10.1063/5.0146533

24. Панов В.А., Куликов Ю.М., Ветчинин С.П., Печеркин В.Я., Василяк Л.М. Oil-water interface dynamics and electrical breakdown in pulsed electric field Plasma Sources Science and Technology, Vol. 32, No. 9, p. 095020 (год публикации - 2023)
10.1088/1361-6595/acfabe

25. Панов В.А., Савельев А.С., Печеркин В.Я., Василяк Л.М., Куликов Ю.М. Деформация диэлектрической капли в воде под действием микросекундных импульсов тока Прикладная физика, 2023, № 4, с. 87–94 (год публикации - 2023)
10.51368/1996-0948-2023-4-87-94

26. Савельев А.С. Formation of a Spray of Conducting Liquid under High Voltage and Electrical Discharge Plasma Plasma Physics Reports, Vol. 49, No. 11, p. 1414–1423 (год публикации - 2023)
10.1134/S1063780X23601414

27. Панов В.А., Куликов Ю.М., Печеркин В.Я., Василяк Л.М., Савельев А.С. Электрогидродинамические течения в системе вода-масло в неоднородном импульсном электрическом поле Прикладная физика, 2023, № 6, с. 5–10 (год публикации - 2023)
10.51368/1996-0948-2023-6-5-10

28. Каюмов Р.Р., Купутдинова А.И., Мирханов Д.Н., Гайсин Ал.Ф. Электрический разряд между металлическим катодом и жидким (неметаллическим) анодом Физика плазмы, 2024, том 50, № 1, с. 102–109 (год публикации - 2024)
10.31857/S0367292124010096

29. Долуденко А.Н., Куликов Ю.М., Савельев А.С. Хаотизация течения под действием объемной силы Компьютерные исследования и моделирование, 2024 Т. 16 № 4 С. 883–912 (год публикации - 2024)
10.20537/2076-7633-2024-16-4-883-912

30. Долуденко А.Н., Куликов Ю.М., Панов В.А., Савельев А.С., Терешонок Д.В. Развитие неустойчивости границы раздела вода-масло в вертикальном электрическом поле Компьютерные исследования и моделирование, 2024 Т. 16 № 3 С. 633–645 (год публикации - 2024)
10.20537/2076-7633-2024-16-3-633-645

31. Муслимов А.Э., Антипов С.Н., Гаджиев М.Х., Каневский В.М. Synthesis ZrON Films with Raman-Enhancement Properties Using Microwave Plasma Metals, Vol. 13, No. 12, p. 1927 (год публикации - 2023)
10.3390/met13121927

32. Терешонок Д.В., Чернышев Т.В., Абрамов А.Г., Угрюмов А.В. The comparison of two-term Boltzmann approximation and Monte-Carlo solutions for e+Ar plasma Physica Scripta, Vol. 98, No. 5, p. 055602 (год публикации - 2023)
10.1088/1402-4896/acc61c

33. Лубин А.А., Чистолинов А.В., Якушин Р.В. Study of functionalization processes of aromatic compounds in a plasma-chemical reactor of continuous action under conditions of hetero-phase fluctuations High Energy Chemistry, Vol. 57, Suppl. 1, p. S109–S114 (год публикации - 2023)
10.1134/S0018143923070251

34. Антипов С.Н., Чепелев В.М., Гаджиев М.Х., Абрамов А.Г., Угрюмов А.В. Some Techniques for Diagnostics of the Cold Plasma Jet Generated on the Base of the Atmospheric-Pressure Microwave Discharge Plasma Physics Reports, Vol. 49, No. 5, p. 559–562 (год публикации - 2023)
10.1134/S1063780X23600299

35. Васильева Т.М. Beam-Plasma reactors for functional gradient materials production High Temperature Material Processes, Vol. 27, No. 4, p. 15–23 (год публикации - 2023)
10.1615/hightempmatproc.2022046770

36. Антипов С.Н., Гаджиев М.Х., Ильичев М.В., Тюфтяев А.С., Чепелев В.М., Юсупов Д.И. Особенности режимов возбуждения и структуры межэлектродного сверхвысокочастотного разряда атмосферного давления в аргоне Журнал технической физики, 2024, Т. 94, № 10, с. 1659–1664 DOI 10.61011/JTF.2024.10.58858.260-23 (год публикации - 2024)
10.61011/JTF.2024.10.58858.260-23

37. Чистолинов А.В., Якушин Р.В., Лубин А.А., Угрюмов А.В. Исследование эмиссионного спектра молекулярного азота в разряде с жидким электролитным анодом Прикладная физика (год публикации - 2024)

38. Савельев А.С., Угрюмов А.В. Формирование распыла жидкости в присутствии барьерного разряда Прикладная физика, 2024, № 4, с. 5–13 DOI 10.51368/1996-0948-2024-4-5-13 (год публикации - 2024)
10.51368/1996-0948-2024-4-5-13

39. Чистолинов А.В., Якушин Р.В., Лубин А.А., Перфильева А.В. Study of the Transfer of Alcohols from Aqueous Solutions into the Gas Phase by the Action of Liquid Cathode Discharge High Energy Chemistry, 2024, Vol. 58, Suppl. 2, pp. S119–S124 DOI 10.1134/S0018143924700723 (год публикации - 2024)
0.1134/S0018143924700723

40. Васильева Т., Никольская Е., Васильев М., Моллаева М., Чиркина М., Сокол М., Яббаров Н., Шикова Т., Абрамов А., Угрюмов А. Applicability of Electron-Beam and Hybrid Plasmas for Polyethylene Terephthalate Processing to Obtain Hydrophilic and Biocompatible Surfaces Polymers, 2024, Vol. 16, No. 2, p. 172, DOI 10.3390/polym16020172 (год публикации - 2024)
10.3390/polym16020172

41. Пономарев А.А., Александров Н.Л. Monte Carlo simulation of O2- ion transport and rate properties in noble gases with O2 addition Physics of Plasmas, 2024, Vol. 31, No. 4, 043517 DOI 10.1063/5.0204171 (год публикации - 2024)
10.1063/5.0204171

42. Гаджиев М.Х., Муслимов А.Е., Юсупов Д.И., Ильичев М.В., Куликов Ю.М., Чистолинов А.В., Веневцев И.Д., Волчков И.С., Каневский В.М., Тюфтяев А.С. Gas-Thermal Spraying Synthesis of β-Ga2O3 Luminescent Ceramics Materials, 2024, V. 17, p. 6078 DOI 10.3390/ma17246078 (год публикации - 2024)
10.3390/ma17246078

43. Терешонок Д.В., Чернышев Т.В., Абрамов А.Г., Угрюмов А.В. Two-term Boltzmann approximation versus Monte-Carlo simulation: effect of magnetic field Physica Scripta, 2024, Vol. 99, No. 6, 065603 DOI 10.1088/1402-4896/ad42e7 (год публикации - 2024)
10.1088/1402-4896/ad42e7

44. Кочетов И.В., Александров Н.Л. Kinetic Coefficients of Electrons in Weakly Ionized Plasma of Mixtures of Air with Water Vapor in a Strong Electric Field Plasma Physics Reports, 2024, Vol. 50, No. 5, p. 619 DOI 10.1134/S1063780X24600476 (год публикации - 2024)
10.1134/S1063780X24600476

45. Бельгибаев Э.Р., Семенов М.Н., Каюмов Р.Р., Гайсин Аз.Ф., Гайсин Ал.Ф. Плазменно-жидкостная сварка пластин из электротехнической стали Металловедение и термическая обработка металлов, 2024, № 7, с. 62–68 DOI 10.30906/mitom.2024.7.62-68 (год публикации - 2024)
10.30906/mitom.2024.7.62-68

46. Чистолинов А.В., Якушин Р.В., Лубин А.А., Перфильева А.В. Исследование эмиссионного спектра второй положительной системы молекулярного азота в разряде с жидким электролитным катодом Прикладная физика, 2024, № 4, с. 5–13 DOI 10.51368/1996-0948-2024-4-5-13 (год публикации - 2024)
10.51368/1996-0948-2024-4-5-13

47. Багаутдинова Л.Н., Бельгибаев Э.Р., Гайсин Ал.Ф., Гайсин Ф.М., Гайсин Аз.Ф., Семенов М.Н., Купутдинова А.И., Фахрутдинова И.Т. Электрические азряды в электролитно-пузырьковой среде раствора сульфата аммония в водопроводной воде при атмосферном давлении Теплофизика высоких температур, 2024, Т. 62, № 3, с. 474–476 DOI 10.31857/S0040364424030162 (год публикации - 2024)
10.31857/S0040364424030162

48. Лубин А.А., Якушин Р.В., Чистолинов А.В., Перфильева А.В., Осинова Е.С., Беспятых Я.А., Шанский Я.Д. Study of the Effect of Electrodeless Radiofrequency Discharge Treatment on Oxygen-Containing Aliphatic Compounds High Energy Chemistry, 2024, Vol. 58, Suppl. 2, pp. S165–S169 DOI 10.1134/S0018143924700814 (год публикации - 2024)
10.1134/S0018143924700814

Публикации

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
1.1. Разработан способ обработки жидкости в виде распыляемой струи помощью гибридной электронно-пучковой и ВЧ-плазмы для целей плазмохимической конверсии. Достигнута конверсия водных растворов перекиси водорода и этилового спирта в диолы, альдегиды, сложные и простые эфиры, метанол, а также в продукты присоединения метильных групп и изомеризации углеродного скелета. 1.2. Для задач плазмохимической конверсии под действием электронного пучка проведены 0D расчеты нестационарной неравновесной функции распределения электронов проведены для газовой смеси при нормальных условиях - давлении 1 атм и температуре 290 К, содержащей молекулярный азот N2, молекулярный кислород O2, метан CH4 и газообразную воду H2O при произвольных концентрациях комнонент для определения скоростей наработки радикал и активных частиц. Вычислены доли потерь энергии электронов на ионизацию, диссоциацию и возбуждение различных уровней молекул данной технологической газовой смеси, а также определены скорости начальных плазмохимических процессов с участием электронов в смеси при воздействии внешнего ионизатора с энергией первичных электронов ~ 1 кэВ. Основной энерговклад деградационного спектра электронов в газе приходится на процессы ионизации молекул (~50%) и возбуждение их внутренних уровней – электронных, колебательных и вращательных (~48%), а роль упругих столкновений и прилипания электронов к молекулам не существенна. 1.3. С помощью собственных 0D кодов, основанных на двух принципиально разных подходах решения нестационарного кинетического уравнения Больцмана, а именно на стохастическом (Монте-Карло) и детерминистическом (двучленное приближение, полученное в результате разложения по полиномам Лежандра), найдена функция распределения энергии электронов в локальном приближении (пространственно-однородный случай) в скрещенных электрических и магнитных полях в смесях с разным соотношением воды (H2O) и метана (CH4). Для взаимной верификации двух подходов выполнено сравнение и получено удовлетворительное совпадение изотропной части ФРЭЭ для следующих соотношений H2O:CH4=0.1:0.9, H2O:CH4=0.5:0.5, H2O:CH4=0.9:0.1 в электрическом поле с приведенной напряженностью E/N=200 Тд. Также для этих же соотношений H2O и CH4 получены ФРЭЭ в скрещенных электрических и магнитных полях со следующими значениями E/N=50, 200, 1000 Тд и H=0, 1, 10 Тл. Отдельно был выполнен анализ для смесей в отсутствии магнитного поля. После того как были найдены ФРЭЭ выполнялось интегрирование по соответствующему сечению с целью нахождения как транспортных (дрейфовая скорость и коэффициент продольной диффузии), так и кинетических (коэффициент Таунсенда для прилипания) параметров электронов в исследуемых смесях. Для всех этих параметров обнаружено немонотонное поведение в зависимости от соотношения H2O и СH4. При этом значения исследуемых величин в некотором диапазоне E/N для смесей с определенной концентрацией CH4 либо больше (дрейфовая скорость и коэффициент Таунсенда для прилипания) либо меньше (коэффициент поперечной диффузии) этих же параметров в чистом метане или парах воды. Данные эффекты объясняются поведением сечений как эффективных упругих (отвечают за дрейф и диффузию), так и неупругих процессов (коэффициент прилипания). Это дает возможность выбирать нужный состав смеси с целью получения необходимого эффекта, который определяться тем или иным процессом (дрейфом, диффузией, прилипанием и т.д.) с соответствующим коэффициентом. 1.4. Проведены расчётно-теореретические исследования распространения электронного пучка в неоднорождном поле плотности фоновых компонент. В основу расчёта была положена разрабатываемая автором библиотека _ltplib, позволяющая конструировать кинетические задачи на основе PiC+MCC-подходов (Particles in Cell + Monte Carlo Collisions). Код библиотеки был существенно доработан для возможности учёта произвольной смеси компонент, типа реакций и анизотропного рассеяния. В результате были получены 2D-axial решения (пространственные распределения концентрации электронов, частот реакций и эФРЭ) при варьировании энергии пучка. Показано, что наложение слабого магнитного поля существенно уменьшает уход пучковых электронов на стенки, вследствие этого, увеличивается как глубина проникновения пучка, так и концентрация вторичных электронов в осевой области. 2. Для теоретического обоснования использования плазмохимической технологии синтеза метанола и углеводородов строения С5-С7 из природного и попутного нефтяного газа были собраны базы данных по кинетическим процессам в чистом метане и его смесей с окислителями – кислородом и углекислым газом. Проведен анализ влияния состава реагирующей смеси, давления и температуры газа, а также мощности разряда и времени пребывания газовой смеси в реакционной зоне на эффективность наработки метанола. Показано, что для умеренных значений мощности имеет место линейная зависимость выхода метанола от энерговклада в разряд. При высоких энерговкладах эта зависимость становится более слабой вследствие декомпозиции метанола в обратных реакциях. Исследование конверсии метана в смесях с разным содержанием окислителя показало, что выход метанола падает с увеличением мольной доли кислорода или углекислого газа. В исследуемом диапазоне состава смесей метана с кислородом наработка метанола была наибольшей в смеси CH4/O2=95/5. Получены зависимости выхода метанола в зависимости от расхода газа, определяющего время пребывания газовой смеси в разрядной зоне, а также от давления (в диапазоне 1-7600 Torr). Исследована также зависимость выхода метанола от температуры (в диапазоне 300-2000К). 3. В результате выполнения проекта разработаны следующие перспективные направления использования плазменных технологий. Применение электронно-пучковой плазмы для модификация и функционализация полимерных материалов, формирование на их поверхностях сложных градиентов химического состава и свойств, в том числе био-совместимых материалов. Плазменно-жидкостная сварка металлических изделий, обработка поверхностей изделий аддитивного производства, а также рециклинг изделий 3D печати в металлический порошок для их повторного применения на установках с электрическим разрядом в двухфазных газожидкостных средах. Применение СВЧ-плазмотронов для модификации поверхности из сталей, сплавов и полупроводниковых материалов перед операциями азотирования, очистки или травления, для создания новых дисперсно-упрочненных (наполненные) композиционных материалов. Способ активации жидкости для целей дезинфекции и плазмохимической конверсии в спрей-разряде. Применение плазмотронов постоянного тока в задачах с высокими температурами и потоками высокоэнтальпийного газа вплоть до сверхзвуковых по обработке материалов и их тепловых испытаний. Изготовление пресс-форм аддитивным способом для производства деталей методом литья по выплавляемым моделям.

Публикации

Возможность практического использования результатов
В результате выполнения проекта разработаны следующие перспективные направления использования плазменных технологий. Применение электронно-пучковой плазмы для модификация и функционализация полимерных материалов, формирование на их поверхностях сложных градиентов химического состава и свойств, в том числе био-совместимых материалов, а также плазмо-химической конверсии углеовдородных газов в жидкие продукты с добавленной стоимостью. Плазменно-жидкостная сварка металлических изделий, обработка поверхностей изделий аддитивного производства, а также рециклинг изделий 3D печати в металлический порошок для их повторного применения на установках с электрическим разрядом в двухфазных газожидкостных средах. Применение СВЧ-плазмотронов для модификации поверхности из сталей, сплавов и полупроводниковых материалов перед операциями азотирования, очистки или травления, для создания новых дисперсно-упрочненных (наполненные) композиционных материалов. Способ активации жидкости для целей дезинфекции и плазмохимической конверсии в спрей-разряде. Применение плазмотронов постоянного тока в задачах с высокими температурами и потоками высокоэнтальпийного газа вплоть до сверхзвуковых по обработке материалов и их тепловых испытаний. Изготовление пресс-форм аддитивным способом для производства деталей методом литья по выплавляемым моделям.