Himičeskaâ fizikaHimičeskaâ fizikaХимическая физика0207-401XThe Russian Academy of Sciences68273210.31857/S0207401X25040127ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙResearch ArticleTemperature of microparticles in cryogenic gas-discharge plasmaТемпература микрочастиц в криогенной газоразрядной плазмеShumovaV. V.ШумоваВ. В.
Russian Federation
shumova@ihed.ras.ruPolyakovD. N.ПоляковД. Н.
Russian Federation
shumova@ihed.ras.ruVasilyakL. M.ВасилякЛ. М.
Russian Federation
shumova@ihed.ras.ruJoint Institute for High Temperatures of the Russian Academy of SciencesОбъединенный институт высоких температур Российской академии наукSemenov Institute of Chemical Physics, Russian Academy of SciencesФедеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук2104202544410611404062025Copyright ©; 2025, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2025, Российская академия наук2025Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://transsyst.ru/0207-401X/article/view/682732

A numerical analysis of microparticle heating in clouds, formed by microparticles, that were observed in a neon glow discharge plasma at cryogenic temperature has been carried out. The relationship between the temperature of the microparticle surface and the parameters of the cloud is demonstrated. It has been revealed that the collective effect of the cloud on the plasma results in a reduction in the heating of microparticles within the cloud, when compared to the heating of a test microparticle in a discharge with an identical value of discharge current and gas pressure. The temperature of a microparticle is observed to be contingent upon its position within the cloud. The evidence indicates that the temperature of the microparticles at the cloud periphery can exceed that at the cloud center. It was found that in denser clouds, the temperature profile of microparticles is levelled out.

Проведен численный анализ нагрева микрочастиц в облаках, образованных микрочастицами и наблюдавшихся в плазме тлеющего разряда в неоне при криогенной температуре. Показана связь температуры поверхности микрочастиц с параметрами облака. Выявлено, что за счет коллективного влияния облака на плазму нагрев микрочастиц в облаке меньше, чем нагрев одиночной микрочастицы в разряде с теми же значениями тока разряда и давления газа. Обнаружено, что температура микрочастицы зависит от ее координаты внутри облака. Показано, что температура микрочастицы на периферии облака может быть выше, чем в его центре. Получено, что в более плотных облаках профиль температуры микрочастиц выравнивается.

complex plasmacryogenic temperatureglow dischargecharged microparticlecloud of microparticlesmicroparticle temperatureкомплексная плазмакриогенная температуратлеющий разрядзаряженная микрочастицаоблако микрочастицтемпература микрочастицыМинистерство науки и высшего образования Российской ФедерацииMinistry of Science and Higher Education of the Russian Federation075-00269-25-00R. Merlino Adv. Phys.: X. 2021. V. 6. P. 1873859. https://doi.org/10.1080/23746149.2021.1873859Merlino R. // Adv. Phys.: X. 2021. V. 6. P. 1873859. https://doi.org/10.1080/23746149.2021.1873859Y. Chengxun, L. Zhijian, V.L. Bychkov et al. Russ. J. Phys. Chem. B 2022. V. 16(5). P. 955. https://doi.org/10.1134/S1990793122050189Чэнсюнь Ю., Чжицзянь Л., Бычков В. Л. и др. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 10. С. 28. https://doi.org/10.31857/S0207401X22100041M.G. Golubkov, A.V. Suvorova, A.V. Dmitriev, G.V. Golubkov. Russ. J. Phys. Chem. B 2020. V. 14. P. 873. https://doi.org/10.1134/S1990793120050206Голубков М.Г., Суворова А.В., Дмитриев А.В., Голубков Г.В. // Хим. физика. 2020. Т. 39. № 10. С. 69. https://doi.org/10.31857/S0207401X20100064D.N. Polyakov, V.V. Shumova, L.M. Vasilyak. Russ. J. Phys. Chem. B 2023. V. 17 (5). P. 1241. https://doi.org/10.1134/S1990793123050263Поляков Д.Н., Шумова В.В., Василяк Л.М. // Хим. физика. 2023. Т. 42. № 10. С. 91. https://doi.org/10.31857/S0207401X23100126A.V. Kostrov. Plasma Phys. Rep. 2020. V. 46. P. 443. https://doi.org/10.1134/S1063780X20040066Костров А.В. // Успехи прикл. физики. 2019. Т. 7. № 4. С. 327. https://advance.orion-ir.ru/UPF-19/4/UPF-7-4-327.pdfD. Siingh, R.P. Singh, A.K. Singh et al. Space Sci. Rev. 2012. V. 169. P. 73. https://doi.org/10.1007/s11214-012-9906-0Siingh D., Singh R.P., Singh A.K. et al. // Space Sci. Rev. 2012. V. 169. P. 73. https://doi.org/10.1007/s11214-012-9906-0N.V. Ardelyan, V.L. Bychkov, K.V. Kosmachevskii, G.V. Golubkov, M.G. Golubkov. Russ. J. Phys. Chem. B. 2018. V. 12. № 4. P. 749. https://doi.org/10.1134/S1990793118040036Арделян Н.В., Бычков В.Л., Голубков Г.В. и др. // Хим. физика. 2018. Т. 37. № 7. С. 59. http://dx.doi.org/10.1134/S0207401X18070038G.V. Golubkov, V.L. Bychkov, N.V. Ardelyan et al. Russ. J. Phys. Chem. B. 2019. V. 13. № 4. P. 661. https://doi.org/10.1134/S1990793119040043Голубков Г.В., Бычков В.Л., Арделян Н.В. и др. // Хим. физика. 2019. Т. 38. № 7. С. 23. https://doi.org/10.1134/S0207401X19070045V.V. Surkov, M. Hayakawa. Surv. Geophys. 2020. V. 41. P. 1101. https://doi.org/10.1007/s10712-020-09597-2Surkov V.V., Hayakawa M. // Surv. Geophys. 2020. V. 41. P. 1101. https://doi.org/10.1007/s10712-020-09597-2K.Ya. Troshin, A.N. Streletskii, I.V. Kolbanev et al. Russ. J. Phys. Chem. B 2016. V. 10. P. 435. https://doi.org/10.1134/S199079311603009XТрошин К.Я., Стрелецкий А.Н., Колбанев И.В. и др. // Хим. физика. 2016. Т. 35. № 5. С. 51. http://dx.doi.org/10.7868/S0207401X16050095P.A. Vlasov, V.N. Smirnov, A.M. Tereza et al. Russ. J. Phys. Chem. B 2016. V. 10. P. 912. https://doi.org/10.1134/S1990793116060282Власов П.А., Смирнов В.Н., Тереза А.М. и др. // Хим. физика. 2016. Т. 35. № 1. С. 35. http://dx.doi.org/10.7868/S0207401X16060157D.A. Tropin, A.V. Fedorov, O.G. Penyazkov, V.V. Leshchevich. Combustion, Explosion, and Shock Waves 2014. V. 50(6). P. 632. https://doi.org/10.1134/S0010508214060021Тропин Д.А., Фёдоров А.В., Пенязьков О.Г., Лещевич В.В. // Физика горения и взрыва. 2014. Т. 50. № 6. С. 11. https://www.sibran.ru/upload/iblock/335/335e86357c9e020497101332be36e780.pdfG.V. Golubkov, V.L. Bychkov, V.O. Gotovtsev, S.O. Adamson et al. Russ. J. Phys. Chem. B 2020. V. 14. P. 351. https://doi.org/10.1134/S1990793120020219Голубков Г.В., Бычков В.Л., Готовцев В.О. и др. //Хим. физика. 2020. Т. 39. №. 4. С. 51. https://doi.org/10.31857/S0207401X2004007XM.Y. Pustylnik, A.A. Pikalev, A.V. Zobnin et al. Contribut. Plasma Phys. 2021. V. 61 (10). P. e202100126. https://doi.org/10.1002/ctpp.202100126Pustylnik M.Y., Pikalev A.A., Zobnin A.V. et al. // Contribut. Plasma Phys. 2021. V. 61. № 10. P. e202100126. https://doi.org/10.1002/ctpp.202100126D.N. Polyakov, V.V. Shumova, L.M. Vasilyak. Plasma Sources Sci. Technol. 2019. V. 28. P. 065017. https://doi.org/10.1088/1361-6595/ab21850963-0252/Polyakov D.N., Shumova V.V., Vasilyak L.M. // Plasma Sources Sci. Technol. 2019. V. 28. P. 065017. https://doi.org/10.1088/1361-6595/ab2185D.N. Polyakov, V.V. Shumova, L.M. Vasilyak. J. Appl. Phys. 2020. V. 128. P. 053301. https://doi.org/10.1063/5.0014944Polyakov D.N., Shumova V.V., Vasilyak L.M. // J. Appl. Phys. 2020. V. 128. P. 053301. https://doi.org/10.1063/5.0014944D.N. Polyakov, V.V. Shumova, L.M. Vasilyak. Plasma Sources Sci. Technol. 2022. V. 31. № 7. P. 074001. https://doi.org/10.1088/1361-6595/ac7c36Polyakov D.N., Shumova V.V., Vasilyak L.M. // Plasma Sources Sci. Technol. 2022. V. 31. № 7. P. 074001. https://doi.org/10.1088/1361-6595/ac7c36D.N. Polyakov, V.V. Shumova, L.M. Vasilyak. Russ. J. Phys. Chem. B. 2024. V. 18 (4). P. 1128. https://doi.org/10.1134/S1990793124700635Поляков Д.Н., Шумова В.В., Василяк Л.М. // Хим. физика. 2024. Т. 43. № 8. С. 110.D.N. Polyakov, V.V. Shumova, L.M. Vasilyak. Surf. Eng. Appl. Electrochem. 2015. V. 51. № 2. P. 143–151. https://doi.org/10.3103/S106837551502012XPolyakov D.N., Shumova V.V., Vasilyak L.M. // Surf. Eng. Appl. Electrochem. 2015. V. 51. № 2. P. 143-151. https://doi.org/10.3103/S106837551502012XN. Balakrishnan. J. Chem. Phys. 2016. V. 145. P. 150901. https://doi.org/10.1063/1.4964096Balakrishnan N. // J. Chem. Phys. 2016. V. 145. P. 150901. https://doi.org/10.1063/1.4964096R.V. Krems. Phys. Chem. Chem. Phys. 2008. V. 10. P. 4079. https://doi.org/10.1039/B802322KKrems R.V. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2008. V. 10. P. 4079. https://doi.org/10.1039/B802322KP.F. Weck, N. Balakrishnan. Int. Rev. Phys. Chem. 2006. V. 25. № 3. P. 283. http://dx.doi.org/10.1080/01442350600791894Weck P.F., Balakrishnan N. // Int. Rev. Phys. Chem. 2006. V. 25. № 3. P. 283. http://dx.doi.org/10.1080/01442350600791894S. Stauss, H. Muneoka, K. Terashima. Plasma Sources Sci. Technol. 2018. V. 27. P. 023003. https://doi.org/10.1088/1361-6595/aaaa870963-0252/Stauss S., Muneoka H., Terashima K. // Plasma Sources Sci. Technol. 2018. V. 27. P. 023003. https://doi.org/10.1088/1361-6595/aaaa870963-0252Y. Huttel (ed.). Gas-phase synthesis of nanoparticles. John Wiley & Sons, 2017. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/book/10.1002/9783527698417Gas-phase synthesis of nanoparticles / Ed. Huttel Y. John Wiley & Sons, 2017. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/book/10.1002/9783527698417D.N. Polyakov, V.V. Shumova, L.M. Vasilyak. Phys. Lett. A 2021. V. 389. P. 127082. https://doi.org/10.1016/j.physleta.2020.127082Polyakov D.N., Shumova V.V., Vasilyak L.M. // Phys. Lett. A. 2021. V. 389. P. 127082. https://doi.org/10.1016/j.physleta.2020.127082K. Takahashi. Int. J. Microgravity Sci. Appl. 2024. V. 41. № 4. P. 410402. https://doi.org/10.15011/jasma.41.410402Takahashi K. // Int. J. Microgravity Sci. Appl. 2024. V. 41. № 4. P. 410402. https://doi.org/10.15011/jasma.41.410402T.S. Ramazanov, Z.A. Moldabekov, M.M. Muratov. Phys. Plasmas 2017. V. 24. № 5. P. 050701. https://doi.org/10.1063/1.4982606Ramazanov T.S., Moldabekov Z.A., Muratov M.M. // Phys. Plasmas. 2017. V. 24. № 5. P. 050701. https://doi.org/10.1063/1.4982606S.A. Khrapak, G.E. Morfill. Phys. Plasmas 2006. V. 13. № 10. P. 104506. https://doi.org/10.1063/1.2359282Khrapak S.A., Morfill G.E. // Phys. Plasmas. 2006. V. 13. № 10. P. 104506. https://doi.org/10.1063/1.2359282D.N. Polyakov, V.V. Shumova, L.M. Vasilyak. Russ. J. Phys. Chem. B 2021. V. 15 (4). P. 691. https://doi.org/10.1134/S1990793121040242Шумова В.В., Поляков Д.Н., Василяк Л.М. // Хим. физика. 2021. Т. 40. № 8. С. 70. https://doi.org/10.1134/S1990793121040242D.N. Polyakov, V.V. Shumova, L.M. Vasilyak. J. Phys. D: Appl. Phys. 2017. V. 50. P. 405202. https://doi.org/10.1088/1361-6463/aa8292Shumova V.V., Polyakov D.N., Vasilyak L.M. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2017. V. 50. P. 405202. https://doi.org/10.1088/1361-6463/aa8292D.N. Polyakov, V.V. Shumova, L.M. Vasilyak. J. Phys.: Conf. Ser. 2018. V. 1058. P. 012049. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1058/1/012049Shumova V.V., Polyakov D.N., Vasilyak L.M. // J. Phys.: Conf. Ser. 2018. V. 1058. P. 012049. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1058/1/012049L.C. Pitchford. J. Phys. D: Appl. Phys. 2013. V. 46. P. 330301. https://nl.lxcat.net https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0022-3727/46/33/330301Pitchford L.C. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2013. V. 46. P. 330301. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0022-3727/46/33/330301A.V. Phelps, J.P. Molnar. Phys. Rev. 1953. V. 89. P. 1202. https://doi.org/10.1103/PhysRev.89.1202Phelps A.V., Molnar J.P. // Phys. Rev. 1953. V. 89. P. 1202. https://doi.org/10.1103/PhysRev.89.1202A. Bogaerts, R. Gijbels. Spectrochim. Acta B. 1997. V. 52. P. 553. https://doi.org/10.1016/S0584-8547(96)01658-8Bogaerts A., Gijbels R. // Spectrochim. Acta B. 1997. V. 52. P. 553. https://doi.org/10.1016/S0584-8547(96)01658-8L.G. D’yachkov, A.G. Khrapak, S.A. Khrapak, G.E. Morfill. Phys. Plasmas. 2007. V. 14. № 4. P. 042102. https://doi.org/10.1063/1.2713719D’yachkov L.G., Khrapak A.G., Khrapak S.A., Morfill G.E. // Phys. Plasmas. 2007. V. 14. № 4. P. 042102. https://doi.org/10.1063/1.2713719G.J.M. Hagelaar, L.C. Pitchford. Plasma Sources Sci. Technol. 2005. V. 14. P. 722. https://doi.org/10.1088/0963-0252/14/4/011Hagelaar G.J.M., Pitchford L.C. // Plasma Sources Sci. Technol. 2005. V. 14. P. 722. https://doi.org/10.1088/0963-0252/14/4/011A.V. Eletskii, L.A. Palkina, B.M Smirnov. Transport Phenomena in a Weakly Ionized Plasma (Atomizdat, Moscow, 1975) [in Russian].Елецкий А.В., Палкина Л.А., Смирнов Б.М. Явления переноса в слабоионизованной плазме. М.: Атомиздат, 1975.S.C. Brown. Basic Data Plasma Phys. – N.Y.: American Institute of Physics, 1974. https://link.springer.com/book/9781563962738Brown S.C. Basic Data Plasma Phys. N.Y.: American Institute of Physics, 1974. https://link.springer.com/book/9781563962738V.V. Shumova, D.N. Polyakov, L.M. Vasilyak. Russ. J. Phys. Chem. B. 2022. V. 16. P. 912. https://doi.org/10.1134/S1990793122050232Шумова В.В., Поляков Д.Н., Василяк Л.М. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 10. С. 23. https://doi.org/10.31857/S0207401X22100090D.N. Polyakov, V.V. Shumova, L.M. Vasilyak. Plasma Phys. Rep. 2019. V.45. № 4. P. 414. https://doi.org/10.1134/S1063780X19040068Polyakov D.N., Shumova V.V., Vasilyak L.M. // Plasma Phys. Rep. 2019. V. 45. № 4. P. 414. https://doi.org/10.1134/S1063780X19040068V.V. Shumova, Polyakov D.N., Vasilyak L.M., Russ. J. Phys. Chem. B. 2020. V. 14 (6). P. 959. https://doi.org/10.1134/S1990793120060275Шумова В.В., Поляков Д.Н., Василяк Л.М. // Хим. физика. 2020. Т. 39. № 12. С. 37. https://doi.org/10.31857/S0207401X20120134Polyakov D.N., V.V. Shumova, L.M. Vasilyak. Plasma Phys. Rep. 2017. V. 43. № 3. P. 397. https://doi.org/10.1134/S1063780X17030096Polyakov D.N., Shumova V.V., Vasilyak L.M. // Plasma Phys. Rep. 2017. V. 43. № 3. P. 397. https://doi.org/10.1134/S1063780X17030096D.N. Polyakov, V.V. Shumova, L.M. Vasilyak. Surf. Eng. Appl. Electrochem. 2013. V. 49. № 2. P. 114. https://doi.org/10.3103/S1068375513020105Polyakov D.N., Shumova V.V., Vasilyak L.M. // Surf. Eng. Appl. Electrochem. 2013. V. 49. № 2. P. 114–124. https://doi.org/10.3103/S1068375513020105A.S. Kostenko, V.N. Ochkin, S.N. Tskhai. Tech. Phys. Lett. 2016. V. 42. P. 743. https://doi.org/10.1134/S106378501607021XКостенко А.С., Очкин В. Н., Цхай С. Н. // Письма в ЖТФ. 2016. Т. 42. Вып. 14. С. 59.A.D. Usachev, A.V. Zobnin, A.V. Shonenkov et al. J. Phys.: Conf. Series. 2018. V. 946. P. 012143. http://dx.doi.org/10.1088/1742-6596/946/1/012143Usachev A.D., Zobnin A.V., Shonenkov A.V. et al. // J. Phys.: Conf. Series. 2018. V. 946. P. 012143. http://dx.doi.org/10.1088/1742-6596/946/1/012143A. Pikalev, V. Kobylin, A. Semenov. IEEE Trans. Plasma Sci. 2018. V. 46. № 4. P. 698. https://doi.org/10.1109/TPS.2017.2763742Pikalev A., Kobylin V., Semenov A. // IEEE Trans. Plasma Sci. 2018. V. 46. № 4. P. 698. https://doi.org/10.1109/TPS.2017.2763742D.N. Polyakov, V.V. Shumova, L.M. Vasilyak. IEEE Trans. Plasma Sci. 2014. V. 42. № 10. P. 2684. https://doi.org/10.1109/TPS.2014.2311584Polyakov D.N., Shumova V.V., Vasilyak L.M. // IEEE Trans. Plasma Sci. 2014. V. 42. № 10. P. 2684. https://doi.org/10.1109/TPS.2014.2311584V.V. Shumova, D.N. Polyakov, L.M. Vasilyak. Plasma Sources Sci. Technol. 2014. V. 23. №. 6. P. 065008. https://doi.org/10.1088/0963-0252/23/6/065008Shumova V.V., Polyakov D.N., Vasilyak L.M. // Plasma Sources Sci. Technol. 2014. V. 23. № 6. P. 065008. https://doi.org/10.1088/0963-0252/23/6/065008D.N. Polyakov, V.V. Shumova, L.M. Vasilyak. Plasma Sources Sci. Technol. 2017. V. 26. № 8. P. 08LT01. https://doi.org/10.1088/1361-6595/aa8060Polyakov D.N., Shumova V.V., Vasilyak L.M. // Plasma Sources Sci. Technol. 2017. V. 26. № 8. P. 08LT01. https://doi.org/10.1088/1361-6595/aa8060V.V. Shumova, D.N. Polyakov, L.M. Vasilyak. Russ. J. Phys. Chem. B 2023. V. 17 (4). P. 986. https://doi.org/10.1134/S1990793123040280Шумова В.В., Поляков Д.Н., Василяк Л.М. // Хим. физика. 2023. Т. 42. № 8. С. 82. https://doi.org/10.31857/S0207401X23080095G.L. Agafonov, A.M. Tereza. Russ. J. Phys. Chem. B 2015. V. 9. P. 92. https://doi.org/10.1134/S1990793115010145Агафонов Г.Л., Тереза А.М. // Хим. физика. 2015. Т. 34. №. 2. С. 49. http://dx.doi.org/10.7868/S0207401X15020028A.M. Tereza, G.L. Agafonov, E.K. Anderzhanov et al. Russ. J. Phys. Chem. B 2022. V. 16. P. 686–692. https://doi.org/10.1134/S1990793122040297Тереза А.М., Агафонов Г.Л., Андержанов Э.К. и др. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 8. С. 66. https://doi.org/10.31857/S0207401X2208012XA.M. Tereza, G.L. Agafonov, E.K. Anderzhanov et al. Russ. J. Phys. Chem. B 2023. V. 17. P. 425–432. https://doi.org/10.1134/S1990793123020173Тереза А.М., Агафонов Г.Л., Андержанов Э.К. и др. // Хим. физика. 2023. Т. 42. № 3. С. 70. https://doi.org/10.31857/S0207401X23030172