Спосіб визначення інтегральних перетинів розсіювання атомів і молекул

Способ определения интегральных сечений рассеяния атомов и молекул, включающий пропускание молекулярного пучка через рассеивающий газ, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что создают калиброванный встречный поток рассеивающего газа, измеряют концентрацию отдельных компонент молекулярного пучка, скорость молекулярного пучка и интенсивность возвратного потока рассеивающего газа, а значения интегральных сечений рассеяния определяют из системы уравнений Изобретение относится к области молекулярной газовой динамики, преимущественно к способам определения интегральных сечений рассеяния атомов и молекул. Известен способ определения эффективных сечений рассеяния атомов и молекул реального газа, включающий измерение вязкости разреженного газа и определение отсюда эффективных сечений рассеяния. К= і "| v da at, где N b k - интенсивность возвратного потока рассеивающего газа; і - 1, 2, 3, ..., М - номер компоненты молекулярного пучка; -• V(r) - скорость рассеивающего газа; -щ"- дифференциальное сечение рассеяния газовых частиц в телесный угол С&2, опирающийся на элемент поверхности dS. Недостаток известного способа состоит в ограниченном диапазоне энергий атомов и молекул, так как энергия газовых частиц определяется температурой стенок сосуда по закону E=3kT, где к - постоянная Больцмана, Т температура, а последняя для реальных материалов не может превышать 3000 К. Os Ы О 26637 k где Nb - интенсивность возвратного поНаиболее близким техническим решетока рассеивающего газа; нием, выбранным в качестве прототипа, является способ определения интегральі - 1, 2, 3, ... М - номер компоненты ных сечений рассеяния атомов и молекул молекулярного пучка; (Леонас В Б. Исследования короткодейст- 5 с - интегральное сечение і-той комт вующих молекулярных сил. - УФН - 1972. поненты молекулярного пучка; - 107. - Вып 1. - С. 29-56), включающий п* - концентрация і-той компоненты пропускание молекулярного пучка через молекулярного пучка; газовую мишень с концентрацией газовых п(г) - концентрация рассеивающего частиц п и длиной I и измерение интен- 10 газа; сивностей молекулярного пучка No до прот - объем; хождения и N после прохождения газовой dx - элемент объема; мишени и определение интегральных сечений рассеяния из соотношения V°°- скорость молекулярного пучка; 15 V(r) - скорость рассеивающего газа; Диапазон энергий газовых частиц при использовании молекулярных пучков прак- 20 тически не ограничен. В заявленном изобретении также, как в прототипе, молекулярный пучок пропускают через рассеивающий газ. Однако в известном способе из-за того, что изме- 25 ряют интенсивность молекулярного пучка в целом, не представляется возможным определить интегральные сечения рассеяния отдельных компонент, что снижает его возможности. 30 В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа определения интегральных сечений рассеяния а~омов и молекул, в котором измерение новой совокупности параметров молеку- 35 лярного пучка и организация новых условий его прохождения через рассеивающий газ позволило бы определять интегральные сечения рассеивания газовых частиц отдельных компонент многокомпонент- 40 ных молекулярных пучков и за счет этого расширить возможности способа. Поставленная задача решается тем, что в способе определения интегральных сечений рассеяния атомов и молекул, вк- 45 лючающем пропускание молекулярного пучка через рассеивающий газ, согласно изобретению, создают калиброванный встречный поток (т.е. поток с заранее известными характеристиками) рассеиваю- 50 щего газа, измеряют концентрацию отдельных компонент молекулярного пучка, скорость молекулярного пучка и интенсивность возвратного потока рассеивающего газа, а значения интегральных се- 55 чений рассеяния определяют из системы • уравнений X - V(r) dr. (1) дифференциальное сечение рассеяния газовых частиц в телесный угол dQ, опирающийся на элемент поверхности dS . Создание встречного потока рассеивающего газа и измерение таких параметров, как концентрация отдельных компонент молекулярного пучка, скорость молекулярного пучка и интенсивность возвратного потока позволяет воспользоваться системой уравнений (1), которая была получена при решении задачи расчета обратных потоков с газящей поверхности при известном сечении рассеяния (Басе В.П., БразинскиЙ В.И. Численные алгоритмы для расчета процессов массопереноса в сильно разреженном газе (Журнал выч. матем. и мат. физики. - 1988. - 28. - № 7. - С. 1078-1093). Решение системы уравнений (1) позволяет определить интегральные сечения рассеяния для каждой компоненты молекулярного пучка в отдельности, что является существенным при решении ряда задач динамики разреженного газа и молекулярной газовой динамики. На рисунке изображена принципиальная схема системы для определения интегральных сечений рассеяния атомов и молекул. Система включает источник 1 молекулярного пучка, напротив которого расположен источник рассеивающего газа, выполненный в виде равномерно газящей сферы 2. В сфере 2 выполнено входное отверстие 3 для масс-спектрометра 4. Источник рассеивающего газа выполнен в виде равномерно газящей сферы 2 на основании того, что в этом случае поле потока определяется точно (Robertson S.I. Bhatnagar-Gross-Krook mode! solution I 26637 of back - scattering of outitgas flow from Spherical Spacecraft // Rarefied Gas Dynamics Techn. Rept. 10 the Internal Symposium, July, 1976. Amer. Inst. Aeronaut and Astronaut. N Y., 1977, p. 479-489), a 5 возвратные потоки к любой точке поверхности сферы легко рассчитываются. Но, в общем случае, можно использовать и другой калиброванный источник рассеивающего газа. 10 Заявленный способ осуществляется следующим образом. Молекулярный поток, сформированный источником 1, направляют в сторону входного отверстия 3 масс-спектрометра 4. Создают встречный 15 поток рассеивающего газа с поверхности 2. После этого измеряют с помощью массспектрометра 4 концентрации отдельных компонент молекулярного пучка и интенсивность возвратного потока рассеиваю-" 20 щего газа. Производят также измерение скорости молекулярного пучка. Используя полученные значения указанных выше параметров и решая систему уравнений (1) определяют интегральное сечение рассея- 25 ния каждой компоненты молекулярного пучка. Измерение интенсивности возвратного потока рассеивающего газа и концентрации компонент молекулярного пучка мо- 30 жет осуществляться масс-спектрометрами МХ1302, МХ1303, МХ1304 и др. (Рафальсен А.Э., Шерешевский A.M. Масс спектрометрические приборы. - М.: Атомиздат, 1968. - С. 136-153). Скорость молекулярного пучка может измеряться время-пролетным методом /А.Е. Зарвин, Р.Г. Шарафутдинов. Генератор молекулярного пучка для исследований потоков разреженного газа. Динамика разреженных газов. - Сб. науч. тр. - Новосибирск: ИТФ СО АН СССР, 1976. - С. 24-28. Заявленный способ может быть реализован при исследовании течений смесей газов в различных задачах динамики разреженного газа и молекулярной газовой динамики. К их числу можно отнести задачи: разделения компонент и диффузии в течениях смесей газов; уточнения физических и математических моделей формирования собственной внешней атмосферы (СВА) космических летательных аппаратов (КЛА) в верхних слоях атмосферы Земли и планет; создания активных и пассивных средств защиты научной и служебной аппаратуры наружной установки на борту КЛА от вредного воздействия факторов космического пространства и СВА в их окрестности; уточнения физических констант взаимодействия при исследовании столкновительных процессов в разреженном газе и ряд других. 26637 Г ї L-.^ tZFT Упорядник Замовлення 520 Техред М. Келемеш Коректор М.Самборська Підписне Тираж Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, Київ-53, Львівська пл., 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101