Спецкурс предназначен для студентов и аспирантов, специализирующихся в области химии плазмы (газовой электрохимии). Предполагается предварительное знакомство слушателей с курсами общей физики и физической химии, читаемыми для студентов химического факультета МГУ. Объем спецкурса - 24 часа.

1. Понятие плазмы, представление о ее составе и характерных свойствах. Классификация различных видов плазмы. Особенности низкотемпературной ("холодной") плазмы.
2. Роль электронов в энергетическом балансе низкотемпературной плазмы. Решение задачи двух тел для случая столкновения электрона с тяжелой частицей (атомом, молекулой, ионом).
3. Типы газовых разрядов: таунсендовский, тлеющий, коронный, барьерный (в частности, поверхностный), искровой, дуговой, импульсный, высокочастотный (ВЧ), сверхвысокочастотный (СВЧ). Условия их возникновения (существования), основные свойства: пространственная неоднородность, нестационарность, неравновесность (соотношение средних энергий электронов и тяжелых частиц).
4. Обзор современных промышленных применений газовых разрядов: химический синтез (в частности, синтез озона), очистка газовых выбросов, обработка поверхности, техника высоких напряжений, генерация излучения. Перспективы развития химии низкотемпературной плазмы.

1. Вольт-амперная характеристика таунсендовского разряда. Условия электрического пробоя газового промежутка между двумя металлическими электродами. Кривые Пашена. Пример задачи о выборе пути развития разряда.
2. Теория Таунсенда. Представление об "электронном рое" (ансамбле электронов). Дрейфовая скорость электронов. Ионизация. 1-ый коэффициент Таунсенда. Понятие приведенной напряженности электрического поля (Е/Р и E/N). Электронная лавина. Дрейф положительных ионов. Катодная эмиссия и 2-ой коэффициент Таунсенда. Условия электрического пробоя газового промежутка между двумя металлическими электродами (по Таунсенду) и объяснение поведения кривых Пашена.
3. Особенности электрического разряда в электроотрицательных газах. Коэффициент прилипания электронов и обобщенный коэффициент Таунсенда. Дрейф и разрушение отрицательных ионов.
4. Тлеющий разряд: структура, баланс заряженных частиц (электронов и ионов), баланс энергии, вольт-амперная характеристика. Представление о явлении контракции.
5. Искровой разряд. Понятия ионизационной волны и стримера. Лавинно-стримерный переход. Примеры возникновения стримеров, их характерные свойства. Возможные механизмы возникновения "затравочных" электронов.

1. Элементы теории рассеяния. Эксперименты с электронными и молекулярными пучками. Дифференциальное и полное сечение рассеяния (упругого, неупругого, с химической реакцией). Связь между сечениями, детальными и кинетическими константами скоростей элементарных процессов (химических реакций). Соотношения между коэффициентами Таунсенда и константами скоростей соответствующих элементарных реакций.
2. Элементарные процессы с участием электронов, типичные для условий слабоионизованной плазмы: упругое рассеяние, образование одноатомных частиц (атомов и ионов) в электронно-возбужденных состояниях и многоатомных - во вращательно-колебательно-электронно-возбужденных состояниях; ионизация и прилипание электронов, диссоциация молекул и диссоциативное прилипание, электрон-ионная рекомбинация. Представление о характере зависимостей сечений указанных процессов от энергии, а также об особенностях зависимостей констант скоростей соответствующих реакций от приведенной напряженности электрического поля.
3. Кинетическое уравнение Больцмана. Дрейфовые члены для случаев однородной и неоднородной плазмы. Структура интеграла столкновений. Особенности решения уравнения Больцмана при описании распределения электронов в слабоионизованной плазме. Характерные времена установления функции распределения электронов по энергиям в слабоионизованной плазме при атмосферном давлении. Принцип локального равновесия.
4. Средняя длина пробега электронов, их средняя энергия. Зависимость указанных параметров от плотности газа и от напряженности электрического поля. Объяснение инвариантности характеристик плазмы, являющихся однозначными функциями параметра E/N. Диффузия электронов, их подвижность и характеристическая энергия.
5. Влияние химического состава газовой смеси на свойства электронов в низкотемпературной слабоионизованной плазме. Простейшие полуэмпирические модели взаимодействия электронов с тяжелыми частицами для случая многокомпонентной газовой смеси.

1. Элементарные процессы с участием ионов: перезарядка, рекомбинация, образование комплексных ионов, ионизация Пеннинга.
2. Возможные каналы релаксации электронно-колебательно-вращательного возбуждения молекул и молекулярных ионов. Особенности кинетики химических реакций с их участием.
3. Образование реакционно-способных частиц: радикалов, термически неустойчивых продуктов, химически активных соединений.
4. Представление об общей кинетической картине химических процессов в плазме. Соотношение концентраций основных компонентов плазмы и скоростей различных реакций взаимодействия между ними.

1. Пространственно-временная структура барьерного разряда: единичный микроразряд и серия. Вольт-амперная и вольт-кулоновская характеристики. Методы определения мощности озонатора.
2. Три основных стадии процессов, протекающих в межэлектродном промежутке озонатора (временная шкала 10-12 - 10-3 секунд). Представление о пространственно-временной структуре и о механизме развития единичного микроразряда.
3. Основные химические реакции, определяющие кинетику образования и разложения озона в барьерном разряде (для кислорода и для воздуха). Вид решения прямой кинетической задачи.
4. Электрическая теория озонаторов. Вид кинетических кривых для кислорода и для воздуха. Энергетический выход (энергозатраты) и стационарная концентрация озона. Температурная зависимость кинетики.
5. Промышленный синтез озона. Общая характеристика промышленных генераторов озона: геометрия и электрофизические параметры разрядной ячейки; свойства источника питания; система охлаждения. Общая характеристика процесса: концентрация, производительность, энергозатраты. Примеры оптимального выбора этих параметров для различных озонных технологий.

1. Синтез эксимерных соединений в импульсном и барьерном разрядах. Представление о механизме и кинетике процесса генерации излучения.
2. Очистка дымовых газов от окислов азота в импульсной короне (аммиачный метод). Принципиальная схема технологии.
3. Синтез ацетилена из метана в дуговом разряде. Механизм и кинетика процесса (сопоставление с методом окислительного пиролиза).
4. Перспективы использования низкотемпературной плазмы для осуществления синтезов различных органических веществ: анализ основных преимуществ и недостатков.

1. Eliasson B., Kogelschatz U. Nonequilibrium Volume Plasma Chemical Processing. IEEE Transactions on Plasma Sceince, 1991, vol.19, No.6, pp.1063-1077.
2. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М., "Наука", 1987.
3. Самойлович В.Г., Гибалов В.И., Козлов К.В. Физическая химия барьерного разряда. - М: Изд. МГУ, 1989.

1. Ретер Г. Электронные лавины и пробой в газах: Пер. с англ./ под ред. Комелькова В.С. - М., "Мир", 1968.
2. Хаксли Л., Кромптон Р. Диффузия и дрейф электронов в газах: Пер. с англ./ под ред. Иванова А.А. - М., "Мир", 1977.
3. Мик Д., Крэгс Д. Электрический пробой в газах: Пер. с англ./ под ред. Комелькова В.С. - М., ИЛ, 1960.

1. Смирнов Б.М. Ионы и возбужденные атомы в плазме. - М., "Наука", 1974.
2. Смит К., Томсон Р. Численное моделирование газовых лазеров. - М., ИЛ, 1981.

1. Лунин В.В., Попович М.П., Ткаченко С.Н. Физическая химия озона. - М: Изд. МГУ, 1998.
2. Kogelschatz U. Advanced ozone generation. - In "Process Technologies for Water Treatment", Edited by Stucki S., New York & London: Plenum, 1988, pp.87-120.
3. Филиппов Ю.В., Вобликова В.А., Пантелеев В.И. Электросинтез озона. - М: Изд. МГУ, 1987.

1. Eliasson B., Egli W., Kogelschatz U. Modelling of dielectric barrier discharge chemistry. Pure & Appl. Chem., 1994, v.66, No. 6, pp. 1275-1286.
2. Еремин Е.Н. Основы химической кинетики. - М., Изд. "Высшая школа", 1976.
3. Андреев Д.Н. Органический синтез в электрических разрядах. - М-Л: Изд. АН СССР, 1953.

Получить файл в формате MS Word 97 for Windows