Единый портал инновационной деятельности Самарской области
АНКЕТА ИССЛЕДОВАНИЯ

Получение, исследование и применение газовых сред с возбужденными атомами и молекулами и низкотемпературной плазмы для лазерной физики, аэродинамики, физики атмосферы, химических и биологических приложений

возбужденные атомы; молекулы; озон; лазер; атмосфера; горение; плазма; синглетный кислород

Рубрикатор ВИНИТИ

291.29, Физика атома и молекулы
291.33, Лазерная физика

Наименование базовой организации

Самарский филиал федерального государственного бюджетного учреждения науки Физического института им. П. Н. Лебедева Российской академии наук
Количество организаций: 1

Научный руководитель

Загидуллин Марсель Вакифович
доктор физико-математических наук
старший научный сотрудник
Число монографий: 0
Число учебно-методических изданий: 0
Число научных работ в зарубежных издательствах: 8
Число статей в журналах ВАК: 86
Число патентов: 4

Получение, исследование и применение газовых сред с возбужденными атомами и молекулами и низкотемпературной плазмы для лазерной физики, аэродинамики, физики атмосферы, химических и биологических приложений

Критические технологии

  • Базовые и критические военные и промышленные технологии для создания перспективных видов вооружения, военной и специальной техники.
  • Технологии мониторинга и прогнозирования состояния окружающей среды, предотвращения и ликвидации ее загрязнения.
  • Технологии создания ракетно-космической и транспортной техники нового поколения.
  • Технологии энергоэффективного производства и преобразования энергии на органическом топливе.

Длительность проведения исследования

более 5 лет

Аннотационное описание сущности

Химические и энергообменные газофазные реакции с участием электронно- и колебательно-возбужденных молекул кислорода и озона активно изучаются не только в атмосферной химии, но и в лазерной физике, в физике горения, плазмы и т.д. Существуют обширные базы кинетических констант процессов протекающих в земной атмосфере. Однако, в них приведена скудная информация по процессам с участием возбужденных частиц. Недавние наши лабораторные исследования показали, что процесс восстановления озона в присутствии возбужденных частиц замедляется. Представляет несомненный практический и научный интерес определения вклада этих процессов на распределение озона и синглетного кислорода по высоте атмосферы. В данном исследовании экспериментальным путем определяется скорость регенерации озона в смеси О/О23, выявляется механизм восстановления озона в присутствии синглетного кислорода (O2(a)) и колебательно возбуждённого озона (O3(v)). 
В данном исследовании производится расшифровка разветвленного цепного механизма диссоциации молекул йода и определение констант скоростей энергообменных реакций в газовой смеси, содержащей молекулы синглетного кислорода, йода, углекислого газа, воды. 
Экспериментальное и расчетное исследование влияния давления и скорости потока на характеристики разряда в потоке газа и на концентрации в его продуктах синглетного кислорода. Разработка и тестирование в экспериментах разрядной камеры для получения разряда в потоке газа, оснащенной дополнительным электродом инициирования разряда. 
Измерение скорости дезактивации синглетного кислорода в зависимости от концентрации колебательно возбужденных молекул озона в среде О-О23-Не-СО2. 
Исследование образования атомов йода в смесях CH3I + Ar и CH3I + Ar + O2 в ВЧ разряде частотой 40 МГц и тушения возбуждённых атомов йода в послеразрядной стадии.
Анализ кинетики активной среды и уширения линий непрерывного лазера с диодной накачкой на метастабильных атомах инертных газов.

Научная новизна исследования

Создание кинетического пакета процессов в смесях  О-О23-Не-СО2, О2-I22O-СО2  при наличии в них электронно-возбужденных и колебательно возбужденных атомов и молекул.
Влияние возбужденных частиц на регенерацию озона в атмосфере исследовано не было.
Впервые с помощью 40 МГц тлеющего разряда и плазмохимических реакций осуществлена эффективная наработка атомов йода из метилйодида для использования в кислородно-йодном лазере.
Впервые проведён кинетический анализ непрерывного лазера с диодной накачкой  использующего в качестве активной среды метастабильные атомы инертных газов.

Опубликованные результаты научного исследования

1. M.V. Zagidullin,  N.A. Khvatov, M.S. Malyshev, M.I. Svistun. Dissociation of Molecular Iodine in a Flow Tube in the Presence of O2(1Σ) Molecules. Journal of  Physical  Chemistry A 2012, 116, 10050−10053
2. Mikheyev, P. A., Azyazov, V. N., Zagidullin, M. V., "Chemical oxygen-iodine laser with external production of iodine atoms in CH3I/Ar dc glow discharge," Appl. Phys. B 101, 7 (2010).
3. Mikheyev, P. A., Azyazov V. N., "Properties of O2(1Δ)- I(2P1/2) laser medium with a dc glow discharge iodine atoms generator," J. Appl. Phys. 104, 123111/6 (2008).
4. Azyazov V.N., Mikheyev P.A., Postell D., Heaven M.C., “O2(a1Δ) quenching in the O/O2/O3 system”, Chem. Phys. Lett. 482(1-3), 56-61 (2009)
5. Загидуллин М.В, Хватов Н.А. Кинетика самотушения  O2(1Δ) в газовой смеси О2-O2(1Δ)-Н2О Квантовая  электроника, т.40, с..800 -803 (2010).  
6. Загидуллин М.В.  Неравновесная населенность первого колебательного уровня молекул O2(1Σ) в потоке газа O2 - O2(1Δ) - H2O на выходе химического генератора синглетного кислорода печ	Квантовая  электроника, т.40, с.. 794–799 (2010). 
7. Загидуллин М.В., Хватов Н.А, Малышев М.С. Кинетика образования молекул O2(1Σ) в реакциях с участием возбужденных молекул кислорода O2(1Δ) и атомов йода I(2P1/2). «Химическая физика», т.30, №12, 3-8, (2011).

Сведения о наиболее близких исследованиях

Shi J., Barker J.R., “Emission from ozone excited electronic states”, J. Phys. Chem., vol. 94, 8390-8393, 1990
Jirasek, V., Schmiedberger, J., Censky, M., Kodymova, J., "Advances in the RF atomic iodine generator for oxygen-iodine laser", Proc. SPIE 7751, 77510B-7 (2010).
Han J and Heaven M C 2012 Gain and lasing of optically pumped metastable rare gas atoms Opt. Lett. 37 2157-59

Планируемые результаты и практическая значимость

Создание кинетического пакета для создания научных основ проектирования химических кислородных лазеров.
Экспериментальное определение скорости регенерации озона в смеси О/О2/О3. Выявление механизма восстановления озона в присутствии синглетного кислорода (O2(a)) и колебательно возбуждённого озона (O3(v)) на основе численного моделирования. Выявление механизма быстрого тушения синглетного кислорода атомарным кислородом и колебательно-возбужденным озоном.
Разработка метода получения атомов йода в ВЧ разряде и их транспортировки до активной среды химического кислородно-йодного лазера с участием плазмохимических реакций. Указанный метод позволяет существенно расширить диапазон рабочих параметров лазера и повысить его эффективность.
Теоретическое и экспериментальное изучение лазерной среды на метастабильных атомах инертных газов позволит сделать выводы о перспективности использования таких сред для создания лазеров с диодной накачкой с уникальными энергетическими характеристиками.

Форма передачи и организация внедрения результатов исследования

отчет- Балтийский технический университет 
отчет- Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики 
отчет- Международный научно-технический центр
отчет- Американский фонд развития и разработок

Финансирование работ со стороны федеральных целевых программ

ФЦП: Научные и научно-педагогические кадры инновационной России

Наименование заключенного государственного контракта: Скорость восстановления озона в атмосфере в присутствии синглетного дельта кислорода и колебательно-возбужденного озона

Год начала исполнения государственного контракта: 2011

Год окончания исполнения государственного контракта: 2013

Объем финансирования по государственному контракту: 3000000

Степень участия: головной исполнитель

Финансирование работ в рамках Постановление Правительства России от 9 апреля 2010 г. N 218

Нет

Финансирование работ в рамках грантов Российского фонда фундаментальных исследований

Наименование гранта: Генерация синглетного кислорода высокого давления 08-08-99064

Год начала исполнения: 2008

Год окончания исполнения: 2009

Объем финансирования: 0

Степень участия: головной исполнитель

Наименование гранта: Эжекторный сверхзвуковой кислородно-йодный лазер с центробежным газогенератором синглетного кислорода 13-02-97005-р_поволжье_а

Год начала исполнения: 2012

Год окончания исполнения: 2013

Объем финансирования: 1000000

Степень участия: головной исполнитель

Наименование гранта: Плазмохимия процессов с участием йодсодержащих молекул и кислорода 11-02-00613-а

Год начала исполнения: 2011

Год окончания исполнения: 2012

Объем финансирования: 0

Степень участия: головной исполнитель

Финансирование работ по контрактам, договорам, грантам, не указанных (ФЦП, 218, РФФИ)

Нет

Связи по совместному развитию

Университет Эмори, Атланта, США; Институт Физики Чешской Академии наук

Потребности по привлечению компетенций

Нет

Общее кол-во научных работников

0

Количество научных работников имеющих степень доктора наук

2

Количество научных работников имеющих степень кандидата наук

4

Общее количество вспомогательного и обслуживающего персонала

3

Наименование темы и номер гранта ведущей научной школы РФ

Нет

Потребность в научных работниках в ближайшие 3 года и их специализация

Нет

Потребность во вспомогательном и обслуживающем персонале в ближайшие 3 года

0

Общее количество единиц научного и лабораторного оборудования, используемого в исследовании

10

Наиболее значимое научное и лабораторное оборудование

Спектрометр М266;
спектрометр Avantes;
вакуумная установка;
вакуумная установка;
лазерная система;
цифровой осциллограф;
аналого-цифровые преобразователи;
генератор синглетного кислорода;
генератор атомов йода;
циркуляционный рефрижератор;
калибровочные источники света;
комплекты фотодетекторов, датчиков давления

Количество средств вычислительной техники

10

Потребность в научном и лабораторном оборудовании с учетом прогноза развития исследования в ближайшие 3 года и плановой замены имеющегося оборудования

Источник ВЧ энергии RFPS 2 L81 (НПО «Полигон», Россия);
Монохроматор-спектрометр для рамановских измерений М833 с ПЗС камерой (Solar, Белоруссия);
Комплект:Усилитель слабого постоянного тока для фотоприемников (Melles Griot, США, ООО Электростекло, Москва, Россия);
Комплект: Измеритель малых расход газов Mass-View (Bronkhorst, Holland, Сигм-Плюс, Москва, Россия);
Фотодетектор охлаждаемый азотом ADC403L, Applied detector Corporation (USA, ООО Электростекло, Россия);
Комплект: Датчики давления на вакуум (MKS Instruments Сигм-Плюс, Москва, Россия);
Циркуляционный охладитель до температур -50С DC50-K40 (Thermo Haake, ССS services, Москва, Россия);
Блок задержки С10149 (Hamamatsu. Japan);
Комплект ИК фотодетектора Н10330А (Hamamatsu. Japan);
Источник питания высоковольтный или SR2 PN6 Spellman High Voltage Electronics Corporation (USA, Europe, Japan, Mexico);
Высокочастотный генератор плазмы Elite 750 Компания БЛМ Синержи;
Спектрометр Avantes-2048x2;
Вакуумный насос АВЗ-20Д - 3 штуки

Текущая потребность в средствах вычислительной техники

Компьютеры  5 штук

Используемое специализированное лицензионное программное обеспечение

5

Текущая потребность в специализированном лицензионном программном обеспечении

СOMSOL MultiPhysics, ORIGIN

Оценочная стоимость необходимого научного и лабораторного оборудования, средств вычислительной техники и программного обеспечения

8 000 000