Спектроскопия высокого разрешения для диагностики приповерхностной плазмы при взаимодействии мощных потоков неравновесной замагниченной плазмы со стенкой

Сложные процессы, происходящие с термостойкими материалами под воздействием набегающих потоков плазмы, исследуются более полувека. Интерес к ним связан с необходимостью повышения ресурса обращённых к плазме теплозащитных элементов. Успехи в этой области предопределили достижения передовых стран в целом ряде направлений науки и техники, таких как технологии гиперзвуковых летательных аппаратов, исследования высокотемпературной плазмы и т. д. Несмотря на всестороннее изучение процессов разрушения термостойких материалов при плазменном воздействии, остается много вопросов об относительной роли термических, плазмохимических, эрозионных и иных процессов убыли материала, повреждения и структурной перестройки его поверхности. В качестве плазмообразующего газа в данной работе будет выступать гелий, так как результаты его исследования могут найти своё применение во многих областях, от термоядерных реакторов до медицины. При этом гелий обладает набором характерных особенностей: низкая химическая активность, большие переносные коэффициенты, высокий порог ионизации, что делает его в принципе крайне интересным объектом для исследований в плазмофизическом эксперименте. Основная цель данного проекта - создание новых методик комплексного спектрального анализа для измерения параметров плазмы в установке ПЛМ-2 (плазменный линейный мультикасп) в области ее взаимодействия с поверхностью теплозащитных элементов из тугоплавких материалов, в частности вольфрама, и сопоставление полученных результатов с наблюдаемыми изменениями состояния испытуемого образца. Конкретными задачами проекта являются: - создание комплекса оптической диагностики плазмы высокого спектрального (0.013 нм), пространственного (~100 мкм) и временного (от 2 мкс), воздействующей на макет теплозащитной сборки, позволяющего осуществлять синхронизованный сбор визуальных, пирометрических и спектральных данных об исследуемой системе; - разработка методики анализа спектров, включающей в себя процедуры идентификации спектральных линий, локализации экспериментальных данных спектрометрии с пространственным разрешением, определения концентрации и температуры электронов на основе совокупных данных о наблюдаемых спектральных компонентах, анализа теплового излучения нагретого образца; - определение состава, ионизационного баланса и температуры плазмы при ее воздействии на теплозащитные материалы и конструкции на их основе; - анализ зависимости температуры, структурных изменений и скорости разрушения поверхности элементов тепловой защиты от параметров пристеночной плазмы. Тематика предлагаемого проекта является на сегодняшний день крайне актуальной, при этом основная масса появляющихся в научных журналах публикаций имеет сугубо теоретический характер, потому результаты, которые планируется получить, окажутся ценными и востребованными.