ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы СВЕРХЗВУКОВОЕ ИСТЕЧЕНИЕ ГАЗОВ ИЗ СОПЛА. УДАРНАЯ ТРУБА из "Кластеры и малые частицы " Рассмотрим кратко зависимость процесса конденсации пара в струе от / о и Гц. На рис. 5 показано взаимное расположение кривой насыщенного пара (7) и двух изознтроп 2, 4) для разных р ,, Го-Точками А и А помечены исходные состояния газа в резервуаре. Выходя из сопла в вакуум, струя расширяется и охлаждается, а давление в ней падает. В точках В, В, где изоэнтропы пересекают кривую 1, газ превраш ается в насыщенный пар. Затем состояние пара изменяется, следуя так называемым сухим изоэнтропам (3, 5) без образования конденсата, хотя пар становится все более пересыщенным. [c.14] Наконец, в точках D, D достигается критическое состояние, внезапно возникает туман, давление резко падает, приближаясь к кривой 1, а температура повышается за счет выделения теплоты конденсации. Если давление слишком мало, то струя быстро переходит в режим молекулярного течения, причем плотность газа становится недостаточной для продолжения процесса адиабатического расширения. В таком случае не только точки D, D, но и точки В, В оказываются недостижимыми. [c.14] Давно известно, что добавление к конденсирующемуся пару инертного газа-носителя способствует образованию кластеров, уменьшая парциальное давление пара требуемое для появления кластеров заданного размера. Например, примесь к Nj 0,05 мольных долей Ne понижает это давление примерно в 100 раз [42]. [c.15] Идея метода состоит в том, что инертный газ с примесью конденсирующегося пара металла или воды вытекает со сверхзвуковой скоростью через сопло из нагретой камеры в узкую область холодного потока инертного газа. После турбулентного охлаждения струи она выпускается через второе сопло в зону конденсации, из которой выводится уже в виде молекулярного пучка через отверстие сепаратора в вакуум. Быстрое охлаждение производит столь большое пересыщение, что димеры, первоначально присутствующие в струе, выходящей из нагретой камеры, становятся зародышами конденсации. [c.15] Изменяя время пролета струи от зоны охлаждения до отверстия сепаратора, можно отбирать кластеры на разной стадии их роста. Описанным методом удавалось получать частицы Си средним диаметром 2—25 А. На рис. 6 показано типичное распределение по размерам частиц Си средним диаметром 14 А согласно обмеру электронномикроскопических снимков. Полная ширина распределения на высоте половины Ашксимума составляет 5 А. [c.15] Идентификация кластеров малого размера обычно осуществляется с помощью различного рода масс-спектрометров [39, 401 или ионизационного детектора с задерживающим потенциалом [381. [c.15] Исследование процесса конденсации проводили несколькими способами 1) по тепловому излучению, испускаемому раскаленными кластерами (44J 2) по ослаблению света, используя формулу Ми [461 3) по рзлеевскому рассеянию света [471. Комбинируя последние два способа, выражая входящий в формулы комплексный показатель преломления кластера с помощью теории Друде и принимая во внимание размерный эффект, удалось независимо определить средний радиус и плотность частиц РЬ в разные моменты времени после их зарождения при широкой вариации условий, создаваемых ударной волной (область температур 990—1180 К область пересыщений s = = р/рзо = 30 ч- 680, где — давление насыщенного пара [47]). [c.16] Зависимость i от t при i ] 40 мкс показана на рис. 7. В области t 40 МКС скорость роста частиц замедляется, и после t 1 мс достигается максимальное значение Я тах, которое изменяется обратно пропорционально Обе зти закономерности являются следствием уменьшения концентрации атомов. Согласно электронно-микроскопическим снимкам частиц РЬ, осевших на внутренних стенках ударной трубы, их распределение по размерам в типичном случае описывается симметричной гауссовой кривой со средним диаметром 400 А, что свидетельствует о доминирующем росте частиц, за счет адсорбции атомов, а не за счет коагуляции кластеров. Экспериментально установлена также сильная зависимость плотности кластеров iV R) от пересыщения удвоение s увеличивает iV (R) почти на порядок величины. [c.17] Как было показано Кунгом и Бауэром [44], возникающие в ударной трубе кластеры Fe испускают тепловое излучение, цветовая температура которого всегда на 50—150 К выше, чем у окружающего газа. Установление теплового равновесия в газе изучалось с помощью отклонения луча лазера на неоднородностях плотности, создаваемых кластерами Fe [45]. Это отклонение пропорционально градиенту плотности, который в свою очередь пропорционален градиенту температуры и в конечном счете скорости изменения со временем теплосодержания (энтальпии) газовой смеси dhldt. [c.17] Вернуться к основной статье