Использование метода молекулярно-пучковой масс-спектрометрии для исследования процесса рассеяния частиц кластированного газового потока

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

Метод молекулярно-пучковой масс-спектрометрии (МПМС) адаптирован на газодинамическом стенде ЛЭМПУС-2 для исследования процесса рассеяния частиц свободномолекулярного газового потока на частицах фонового окружения. Проведена верификация использованной методики в неконденсирующихся потоках, результаты измерения эффективных сечений рассеяния атомов аргона и молекул азота сопоставлены с известными литературными данными. Исследован процесс рассеяния атомов и малых кластеров (олигомеров) аргона на находящемся в фоновом пространстве диоксиде углерода при различных средних размерах кластеров, образующихся в потоке ⟨N⟩. При ⟨N⟩ ≈ 48 полученные значения сечений рассеяния для атомов, димеров и тримеров аргона составили 39, 17 и 6 Å2 соответственно. Установлено, что с ростом среднего размера кластеров в потоке эффективное сечение рассеяния атомов аргона уменьшается. Обсуждаются причины возникновения обнаруженного эффекта, а также особенности использования МПМС для исследования сверхзвуковых кластированных потоков.

全文:

受限制的访问

作者简介

Е. Деринг

Новосибирский национальный исследовательский государственный университет

编辑信件的主要联系方式.
Email: e.dering@g.nsu.ru
俄罗斯联邦, 630090, Новосибирск, ул. Пирогова, 2

К. Дубровин

Новосибирский национальный исследовательский государственный университет

Email: e.dering@g.nsu.ru
俄罗斯联邦, 630090, Новосибирск, ул. Пирогова, 2

А. Зарвин

Новосибирский национальный исследовательский государственный университет

Email: e.dering@g.nsu.ru
俄罗斯联邦, 630090, Новосибирск, ул. Пирогова, 2

В. Каляда

Новосибирский национальный исследовательский государственный университет

Email: e.dering@g.nsu.ru
俄罗斯联邦, 630090, Новосибирск, ул. Пирогова, 2

В. Художитков

Новосибирский национальный исследовательский государственный университет

Email: e.dering@g.nsu.ru
俄罗斯联邦, 630090, Новосибирск, ул. Пирогова, 2

参考

  1. Lazarev A.V., Semenov T.A., Belega E.D., Gordienko V.M. // J. Supercrit. Fluids. 2022. V. 187. P. 105631. https://doi.org/10.1016/j.supflu.2022.105631
  2. Ganeva M., Kashtanov P.V., Smirnov B.M., Hippler R. // Vacuum. 2014. V. 110. P. 140. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2014.08.019
  3. Haberland H. Clusters of atoms and molecules: theory, experiment, and clusters of atoms. Berlin: Springer, 2013. 422. https://doi.org/10.1007/978-3-642-84329-7
  4. Johnston R.L. Atomic and molecular clusters. CRC Press. 2002.
  5. Popok V.N. // Mater. Sci. Engin.: R: Reports. 2011. V. 72. № 7–8. P. 137. https://doi.org/10.1016/j.mser.2011.03.001
  6. Rao B.K., Khanna S.N., Jena P. // J. Cluster Science. 1999. V. 10. P. 477. https://doi.org/10.1023/A:1021948806958
  7. Yamada I., Matsuo J., Toyoda N., Aoki T., Seki T. // Current Opinion in Solid State and Materials Science. 2015. V. 19. № 1. P. 12. https://doi.org/10.1016/j.cossms.2014.11.002
  8. Hagena O.F. // Rev. Sci. Instrum. 1992. V. 63. № 4. P. 23749. https://doi.org/10.1063/1.1142933
  9. Dubrovin K.A. Zarvin A.E., Kalyada V.V., Yaskin A.S., Dering E.D. // Vacuum. 2023. P. 112652. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2023.112652
  10. Zarvin A.E., Khudozhitkov V.E., Kalyada V.V. // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2018. V. 387. № 1. P. 012086. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/ 387/1/012086/meta
  11. Кисляков Н.И., Ребров А.К., Шарафутдинов Р.Г. // ПМТФ. 1975. № 2. С. 42.
  12. Зарвин А.Е., Яскин А.С., Каляда В.В., Ездин Б.С. // Письма в ЖТФ. 2015. Т. 41. № 22. С. 74.
  13. Рамзей Н. Молекулярные пучки. Москва: ИЛ. 1960.
  14. Леонас В. Б. // УФН. 1964. Т. 82. № 2. С. 287.
  15. Калинин А.П., Родионова И.П., Родионов И.Д // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2007. № 5. С. 135.
  16. http://www.chemphys.edu.ru/pdf/2007-07-27-001.pdf
  17. Zarvin A.E., Kalyada V.V., Madirbaev V.Zh., Korobeishchikov N.G., Khodakov M.D., Yaskin A.S., Khudozhitkov V.E., Gimelshein S.F. // IEEE Transactions on Plasma Science. 2017. V. 45. № 5. P. 819. https://doi.org/10.1109/TPS.2017.2682901 https://opf.nsu.ru/ru
  18. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. Т. 1. Москва: Наука. 1991.
  19. Rothe E.W., Neynaber R.H. // J. Chem. Phys. 1965. V. 43. № 11. P. 41779. https://doi.org/10.1063/1.1696664
  20. Van Deursen A., Reuss J. // Int. J. Mass Spectr. Ion Phys. 1973. V. 11. № 5. P. 483. https://doi.org/10.1016/0020-7381(73)80077-4
  21. Fedor J., Poterya V., Pysanenko S. Franik M. // J. Chem. Phys. 2011. V. 135. № 10. P. 104305. https://doi.org/10.1063/1.3633474
  22. Phelps A.V. // J. Phys. Chem. Ref. Data. 1991. V. 20. № 3. P. 557. https://doi.org/10.1063/1.555889
  23. Rothe E.W. Marino L.L., Neynaber R.H., Rol P.K., Trujillo S.M. // Phys. Rev. 1962. V. 126. № 2. P. 598.
  24. Nenner T., Tien H., Fenn J.B. // J. Chem. Phys. 1975. V. 63. № 12. P. 54394. https://doi.org/10.1063/1.431278
  25. Skovorodko P.A. // AIP Conf. Proc. 2011. V. 1333 P. 601. https://doi.org/10.1063/1.3562713
  26. Korobeishchikov N.G., Skovorodko P.A., Kalyada V.V., Shmakov A.A., Zarvin A.E. // AIP Conf. Proc. 2014. V. 1628. P. 885. https://doi.org/10.1063/1.4902687
  27. Schütte S., Buck U // Int. J. Mass Spectrom. 2002. V. 220. № 2. P. 183. https://doi.org/10.1016/S1387-3806(02)00670-X
  28. Ермолаева Н.В., Иванов М.С., Куснер Ю.С., Николаев В.И. // ЖТФ. 1986. Т. 56. № 10. С. 18732.
  29. Зарвин А.Е., Каляда В.В., Художитков В.Э. // Теплофизика и аэромеханика. 2017. Т. 24. № 5. С. 691.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. Fig. 1. Visualization of a supersonic argon jet flowing from a sonic (a) and supersonic (b, c) nozzle in the absence (a, b) and developed condensation conditions in the flow (c).

下载 (83KB)
索引源数据
3. Fig. 2. Schematic representation of the measuring section of the LAMPUS-2 setup: 1 – prechamber with nozzle, 2 – expansion chamber, 3 – skimmer, 4 – post-skimmer section, 5 – leakage system, 6 – collimator, 7 – detector section, 8 – mass spectrometer sensor, 9 – supersonic flow, 10 – molecular beam, 11–14 – vacuum pumping system (11 – cryogenic, 12 – turbomolecular, 13 – hetero-ionic and 14 – forevacuum pumps), 15 – working gas, 16 – added background gas.

下载 (125KB)
索引源数据
4. Fig. 3. Comparison of the relative intensity of the signal recorded by the mass spectrometer for argon atoms in the case of using residual (1) and other (2) gases as scattering agents.

下载 (33KB)
索引源数据
5. Fig. 4. The proportion of argon (working gas) (1) and carbon dioxide (external background gas) (2) in the volume of the post-skimmer section. Initial parameters: P0 = 1∙104 Pa, P∞ = 0.27 Pa, X = 0.03 m, nozzle No. 2 (Table 1).

下载 (43KB)
索引源数据
6. Fig. 5. Measurement results obtained during scattering of a molecular beam of N2 on Ar atoms (a) and Ar on CO2 molecules (b). Initial parameters: a – P0 = 50 kPa, P∞ = 0.75 Pa, nozzle–skimmer distance X = 40 mm, nozzle No. 1 (Table 1); b – P0 = 25 kPa, P∞ = 1.09 Pa, X = 50 mm, nozzle No. 2 (Table 1).

下载 (63KB)
索引源数据
7. Fig. 6. Dependence of the relative amplitude of the signal recorded by the mass spectrometer for small-sized argon clusters (Ar1 (1), Ar2 (2) and Ar3 (3)), when scattered by CO2: a – mode 5.2, b – mode 5.6 (Table 2).

下载 (96KB)
索引源数据
8. Fig. 7. Dependence of the scattering cross-section of argon atoms on the average size of clusters in the flow for nozzles of different configurations (Table 1).

下载 (29KB)
索引源数据

版权所有 © Russian Academy of Sciences, 2024