РАСЧЁТ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ ВИСМУТА
Вернуться к обычному виду

РАСЧЁТ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ ВИСМУТА


16.03.2022

Докладчик(и):  Апфельбаум Евгений Михайлович (ОИВТ РАН), к.ф.-м.н.
Дата, время проведения:  16.03.2022, начало в 14.00
Адрес:  ул. Красноказарменная 17А, ком. 508 (5 этаж)


Уравнения состояния и электронные коэффициенты переноса необходимы для решения самых разных фундаментальных и прикладных задач физики плазмы, возникающих в процессах электровзрыва проводников или взаимодействия излучения или потоков частиц с веществом. Несмотря на сложности, которые возникают при проведении как экспериментов при высоких температурах, так и соответствующих им расчётов, в настоящий момент времени накоплено сравнительно много информации по этим свойствам для различных веществ при температуре выше 5 кК, что для металлов и полупроводников включает область низкотемпературной плазмы. Свидетельством тому являются обзоры [1-3], появившиеся недавно. Висмут, однако, стоит особняком среди остальных металлов, так как для этого элемента данные по теплофизическим свойствам в диапазоне температур T~10-100 кК и плотностях < 1 г/см^3 практически отсутствуют.

Висмут обладает достаточно низкой температурой плавления Тm = 544.7 K, что обуславливает большое число измерений и расчётов для жидкого состояния, т. е. при T > Тm и плотностях вблизи линии плавления (при комнатной температуре плотность твёрдого Bi равна 9.79 г/м^3, а плотность жидкого Bi при Т = Тm составляет 10.05 г/см^3 , т. е. наблюдается "обратное" плавление). Это позволяет построить достаточно точные уравнения состояния [4] и даже оценить положение критической точки (~4 kK) [5]. При более высоких Т уже более 60 лет проводятся ударно-волновые измерения [6], но они в большинстве своём, изучают сжатые состояния (в которых плотность больше, чем при нормальных условиях). При использовании пористых образцов можно попасть в область разряжения вплоть до значений плотности ~ 1/3 от нормального значения [7], но таких работ существенно меньше и в них не измеряется температура. Современные первопринципные расчёты как уравнений состояния, так и электронных коэффициентов переноса так же ориентируются на области, соответствующие условиям ударно-волнового сжатия [2,3]. Таким образом, при сравнительно низких плотностях данные по рассматриваемым теплофизическим свойствам для Bi отсутствуют. Поэтому целью настоящей работы было рассмотреть именно эту область: T~ 10-100 kK, плотность < 9.79 г/см^3.

Ранее нами была разработана модель расчёта теплофизических свойств низкотемпературной частично ионизованной плазмы (с нейтральной компонентой) в указанной выше области. Она построена на химическом подходе в приближении времени релаксации и с успехом применялась к ряду металлов и полупроводников, cм. [8,9] и ссылки в этих работах. В настоящем исследовании она использовалась для аналогичных расчётов в плазме Bi. Сравнение с данными [7], которые находятся в рамках этой области, показало хорошее согласие между нашим расчётом и экспериментом.

Литература.

[1]. Clerouin J., Noiret P. et. al., Phys. Plasmas, (2012) V. 19, 082702.

[2]. Grabowski P. E., Hansen S. B. et. al., HEDP, (2020) V. 37, 100905.

[3]. Militzer B., Gonzalez-Caltado F. et. al., Phys, Rev. E, (2021) V. 103, 013203.

[4]. Su C. et al, Physica B, (2017) V. 524, P. 154.

[5]. Апфельбаум Е. М., ТВТ, (2021) Т. 56, С. 507.

[6]. Al'tshuller L. V. et. al., Sov. Phys. JETP, (1958) V. 24, P. 614.

[7]. Glushak B. L. et. al., Sov. Phys. JETP, (1989) V. 69, P.729.

[8]. Apfelbaum E. M., Phys. Plasmas, (2020) V. 27, 042706.

[9]. Apfelbaum E. M., Contrib. Plasma Phys, (2021) V. 27, 042706.

Возврат к списку


РАСЧЁТ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ ВИСМУТА