350 rub
Journal Dynamics of Complex Systems - XXI century №2 for 2009 г.
Article in number:
Exactly Solved Models of Ionization Equilibrium of the Thermic Plasma of Multiply Charged Ions
Keywords: thermic plasma multiply charged ions
Authors:
A. E. DUBINOV
Abstract:
Ionization equilibrium of the multiply charged plasma of simple gases is considered and charge values of the mean ion and the most represented ion are calculated. Here, the Saha-Reiser method was used and the obtained results were compared with the solution of the Saha system of equations. Model gases with given laws of ionization level ordering (linear, logarithmic, and quadratic) were considered. For these gases, exact solutions were obtained for the law of ions distribution with respect to the multiplication factor of ionization and exact formulas for values of the mean ion and the most represented ion charges were derived. It is shown that the ionization equilibrium problem can be solved exactly for any physically reasonable law of ionization levels ordering. The method is generalized for the case of an electronegative gas and for the case of a mixture of chemically not-interacting gases
Pages: 32
References
  1. Эбелинг В., Крафт В., Кремп Д. Теория связанных состояний и ионизационного равновесия в плазме и твердом теле. М.: Мир. 1979.
  2. Никифоров А.Ф., Новиков В.Г., Уваров В.Б. Квантово-статистическое модели высокотемпературной плазмы и методы расчета росселандовых пробегов и уравнений состояния. М.: Физматлит. 2000.
  3. Зельдович Я.Б., Новиков И.Д. Теория тяготения и эволюция звезд. М.: Наука. 1971.
  4. Михалас Д. Звездные атмосферы. Т. 1. М.: Мир. 1982.
  5. Гудзенко Л.И., Яковленко С.И. Плазменные лазеры. М.: Атомиздат. 1978.
  6. Элтон Р. Рентгеновские лазеры. М.: Мир. 1994.
  7. Поляничев А.Н., Фетисов В.С. Ионизация и рекомбинация в многозарядной плазме, нагреваемой лазерным излучением // ПМТФ. 1978.  № 6(112). С. 9-15.
  8. Anders A. Ion charge state distributions of vacuum arc plasmas: the origin of species // Phys. Rev. E. 1997. V. 55. N. 1. P. 969-981.
  9. Бурцев В.А., Калинин Н.В., Лучинский А.В. Электрический взрыв проводников и его применение в электрофизических установках. М.: Энергоатомиздат. 1990.
  10. Beule D., Ebeling W., Förster A. Adiabatic equation of state and ionization equilibrium of dense plasma // Physica A. 1997. V. 241. N. 3-4. P. 719-728.
  11. Burm K.T.A.L., Goedheer W.J., Schram D.C. The isentropic exponent in plasmas// Phys. Plasmas. 1999. V. 6. N. 6.
    P. 2622-2627.
  12. Kotelnikov I., Romé M., Pozzoli R. Ionization adiabat // Phys. Lett. A. 2007. V. 366. N. 4-5. P. 471-473.
  13. Zaghloul M.R., Bourham M.A., Doster J.M. A simple formulation and solution strategy of the Saha equation for ideal and nonideal plasmas // J. Phys. D: Appl. Phys. 2000. V. 33. N. 8. P. 977-984.
  14. Zaghloul M.R. Reduced formulation and efficient algorithm for the determination of equilibrium composition and partition functions of ideal and nonideal complex plasma mixtures // Phys. Rev. E. 2004. V. 69. N. 2. P. 026702-1-7.
  15. Райзер Ю.П. Простой метод оценки степени ионизации и термодинамических функций идеального газа в области многократной ионизации// ЖЭТФ. 1959. Т. 36. № 5. С. 1583-1585.
  16. Hyman H.A. Degree of ionization of a high-temperature plasma // Appl. Phys. Lett. 1974. V. 25. N. 10. P. 553-555.
  17. Карпов В.Я., Фадеев А.П., Шпатаковская Г.В. Расчет уравнения состояния вещества в задачах лазерного термоядерного синтеза // Препринт ИПМ АН СССР им. М.В. Келдыша, № 147. М. 1982.
  18. Liboff R.L., Schenter G.K. Unified equation of state for weakly and strongly coupled laboratory plasma // Phys. Rev. A. 1986. V. 34. N. 4. P. 3217-3220.
  19. Klapisch M., Bar-Shalom A., Oreg J.,Colombant D. Recent developments in atomic physics for the simulation of hot plasmas // Phys. Plasmas. 2001. V. 8. N. 5. P. 1817-1828.
  20. Морозов А.И. Введение в плазмодинамику. М.: Физматлит. 2006.
  21. Герусов А.В., Гинзбург С.Л., Имшеник В.С. Магнитогидродинамический механизм испарения металлического электрода в плазменном фокусе // Физ. плазмы. 1982. Т. 8. № 3. С. 487-501.
  22. Саркисов Г.С., Этлишер Б. Измерение распределения электронной температуры в Z-пинче методом поглощения лазерного излучения // Письма в ЖЭТФ. 1995. Т. 62. № 10. С. 775-782.
  23. Bowen C., Wagon F., Galmiche D. et al.Gold emissivities for hydrocode applications // Phys. Plasmas. 2004. V. 11. N. 10. P. 4641-4648.
  24. Зельдович Я.Б., Райзер Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. М.: Наука. 1966.
  25. Бухаров В.Ф., Власов Ю.В., Демидов В.А. и др. К вопросу о плазменных прерывателях мегаамперных токов микросекундного диапазона // ЖТФ. 2001. Т. 71. № 3. С. 57-68.
  26. Алмазова К.И., Борискин А.С., Боровков В.В. и др. Сильноточный плазменный прерыватель тока с запиткой от взрывомагнитного генератора// ЖТФ. 2003. Т. 73. № 7. С. 125-132.
  27. Vu B.-T. V., Szoke A., Landen O.L. Time-resolved probing of electron thermal transport in plasma produced by femtosecond laser pulses // Phys. Rev. Lett. 1994. V. 72. N. 24. P. 3823-3826.
  28. Bessarab A.V., Garanin S.G., Kirillov G.A.et al. Analysis of the passage of a laser pulse through a hole // Phys. Rev. E. 1996.
    V. 54. N. 5. P. 5612-5616.
  29. Баско М.М. Уравнение состояния металлов в приближении среднего иона // ТВТ. 1985. Т. 23. № 3. С. 483-491.
  30. Физические величины. Справочник / под ред. И.С.Григорьева и Е.З.Мейлихова. М.: Энергоатомиздат. 1991.
  31. Шпатаковская Г.В. Потенциалы ионизации и статистические суммы ионов в квазиклассической модели // Письма в ЖЭТФ. 2007. Т. 86. № 1. С. 11-15.
  32. Анисимов С.И.. Петров Ю.В. Снижение потенциалов ионизации в неидеальной плазме // ЖТФ. 1998. Т. 68. № 6. С. 45-50.
  33. Холодниок М., Клич А., Кубичек М., Марек М. Методы анализа нелинейных динамических моделей. М.: Мир. 1991.
  34. Иродов И.Е. Физика макросистем. Основные законы. М.: Бином. 2004.
  35. Дубинов А.Е., Дубинова И.Д., Сайков С.К.W-функция Ламберта и ее применение в математических задачах физики. Саров: РФЯЦ-ВНИИЭФ, 2006.
  36. Dewan E.M. Generalizations of the Saha equation // Phys. Fluids. 1961. V. 4. N. 6. P. 759-764. (Имеется перевод: ДьюэнЭ.М. Обобщение уравнения Саха // Плазма в магнитном поле и прямое преобразование тепловой энергии в электрическую. Сб. статей. М.: Госатомиздат. 1962. С. 43-53).
  37. Ecker G., Kröll W. Lowering of the ionization energy in a plasma with different temperatures // Phys. Fluids. 1965. V. 8. N. 2. P. 354-357.
  38. van de Sanden M.C.M., Schram P.P.J.M., Peeters A.G. et al. Thermodynamic generalization of the Saha equation for a two-tempera­ture plasma // Phys. Rev. A. 1989. V. 40. N. 9. P. 5273-5276.
  39. Bakshi V. Saha equation for a two-temperature plasma // Phys. Rev. A. 1990. V. 42. N. 4. P. 2460.
  40. van der Mullen J.A.M., Benoy D.A. Fey F.H.A.G. et al. Saha equation for two-temperature plasmas: theories, experimental evidence, and interpretation // Phys. Rev. E. 1994. V. 50. N. 5. P. 3925-3934.
  41. Kichenassamy S., Krikorian R.A. The ionization equation in relativistic gas // J. Phys. A.: Math. Gen. 1983. V. 16. N. 10. P. 2347-2351.
  42. Kichenassamy S., Krikorian R.A. Relativistic generalization of the Einstein-Milne  relations // Phys. Rev. A. 1984. V. 29. N. 3. P. 1552-1553.
  43. Wright T.P., Theimer O.H. Effect of kinetic energy corrections on degree of ionization // Phys. Fluids. 1970. V. 13. N. 6. P. 1641-1642.
  44. Theimer O., Lubowich D.A., Hays J.T. Effects of polarization forces between excited atomic states and point charges of ionization equilibrium in plasmas // Phys. Rev. A. 1981. V. 23. N. 2. P. 908-915.
  45. Molinari V.G., Mostacci D., Rocchi F., Sumini M. Quantum degeneracy corrections to plasma line emission and to Saha equation// Phys. Lett. A. 2003. V. 316. N. 3-4. P. 247-251.
  46. Фортов В.Е., Храпак А.Г., Якубов И.Т. Физика неидеальной плазмы. М.: Физматлит. 2004.
  47. Энциклопедия низкотемпературной плазмы / под ред. В.Е.Фортова. Вводный том. Кн. 1. М.: Наука. 2000.
  48. Латышев С.В. Потенциальные возможности лазерной плазмы как источника отрицательных ионов // ЖТФ. 1997. Т. 67. № 7. С. 117-120.
  49. Чурилов Г.Н., Федоров А.С., Новиков П.В. и др. Основные закономерности и механизмы процесса формирования молекул фуллерена и фуллереновых производных в ионизованном углеродном паре// Препринт ИФ СО РАН им. Л.В. Киренского, № 816Ф. Красноярск. 2002.
  50. Apruzese J.P., Davis J. Radiative properties of puffed-gas mixtures: the case of optically thick plasmas composed of two elements with similar atomic numbers // J. Appl. Phys. 1985.
    V. 57. N. 9. P. 4349-4353.
  51. Тимохин В.М., Сергеев В.Ю, Кутеев Б.В. Исследование выключения разряда в токамаке Т-10 методом инжекции примесных макрочастиц с большим Z// Физ. плазмы. 2001.
    Т. 27. № 3. С. 195-208.