Электронография двухкомпонентных кластеров Ar–Kr: особенности нуклеации, механизмов роста и структурных состояний

Abstract

Впервые проведено электронографическое исследование структуры и процессов роста кластеров, формирующихся в адиабатически расширяющихся сверхзвуковых струях газовых смесей инертных газов. Исследованы смеси Ar—Kr, содержавшие 0,1, 0,5, 2,5 и 20% атомов Kr. Температура газовых смесей на входе в сопло T₀ составляла 100 и 120 К, давление P₀ варьировали от 0,15 до 2,5 атм. В результате проведенных экспериментов получен ряд данных, раскрывающих картину кластерообразования в газовых смесях Ar—Kr. Установлено, что механизмы формирования кластеров существенно зависят от концентрации примесного криптона и температуры газовой смеси на входе в сопло. Прослежена эволюция характера кластерообразования от гомо- до гетерогенного. Впервые выявлена интенсификация процесса роста кластеров инертных газов примесью и обнаружена концентрационная зависимость перехода от процесса формирования твердых растворов к образованию кластеров только примесного криптона.

Вперше проведено електронографічне дослідження структури та процесів росту кластерів, які сформовані у надзвукових струменях газових сумішей інертних газів, при адіабатичному розширенні. Досліджено суміші Ar—Kr, які містили 0,1, 0,5, 2,5 та 20% атомів Kr. Температура газових сумішей на вході у сопло T₀ складала 100 та 120 К, тиск P₀ змінювали від 0,15 до 2,5 атм. В результаті проведених експериментів отримано дані, які розкривають картину кластероутворення у газових сумішах Ar—Kr. Встановлено, що механізми формування кластерів суттєво залежать від концентрації домішкового криптону та температури газової суміші на вході у сопло. Спостережено еволюцію кластероутворення від гомо- до гетерогенного. Вперше виявлено інтенсифікацію процесу росту кластерів інертних газів домішкою та встановлено концентраційну залежність переходу від процесу формування твердих розчинів до утворення кластерів лише домішкового криптону.

The sructure and the growth process of free clusters formed in adiabatically expanding supersonic jets of Ar—Kr gas mixtures are studied by the electron diffraction technique. The concentrations Kr in the gas mixtures were 0.1, 0.5, 2.5, and 20% at. The temperature of the gas mixtures at the nozzle inlet, T₀, was 100 and 120 K while the pressure P₀ was varied from 0.15 to 2.5 atm. The experimental data obtained throw light on the pattern of cluster formation in Ar—Kr gas mixtures. The mechanisms of cluster formation are found to depend essentially on Kr concentration and gas mixture temperature at the nozzle inlet. The evolution of cluster formation from homo- to heterogeneous behavior is followed. It was found for the first time that the process of rare-gas cluster growth was intensified by impurity and that the solid solution—cluster formation transition depended only on Kr impurity concentration.