Емісійна стійкість нанопор та сонолюмінесценція в рідинах

Abstract

В рамках кореляційної теорії неоднорідних простих рідин розраховується робота виходу атомів з рідини в середину сферичної нанопори. Загальний вираз для ефективного одноатомового потенціялу середніх сил у рідині з порою одержано на основі аналізи першого рівнання ланцюжка рівнань Боголюбова—Борна—Ґріна—Кірквуда—Івона (ББҐКІ) для функцій розподілу атомів. У Фаулеровому наближенні виконано модельний розрахунок для розмірнозалежного ефективного одноатомового потенціялу середніх сил, який враховує парні міжатомові взаємодії та кореляції. Одержано вираз для роботи виходу атомів з поверхні пори. В термінах роботи виходу атомів з рідини в пору сформульовано критерій емісійної стійкости поверхні пори, який залежить від розміру пори та термодинамічних параметрів рідини. Одержаний критерій емісійної стійкости застосовано до вивчення явища сонолюмінесценції в простих рідинах. Виконано модельні розрахунки ефективного одноатомового потенціялу середніх сил в порі в умова виходу сферично симетричної ударної хвилі з рідини на поверхню пори. Можливість емісії атомів з поверхні пори з надтепловими швидкостями в таких умовах може призводити до утворення сферично симетричного, збіжного до центру пори потоку атомів. Імплозія потоку атомів у центрі пори призводить до ударного збудження та йонізації атомів і наступної рекомбінації з електромагнетним випроміненням у вигляді спалаху.

Within the scope of the correlation theory of inhomogeneous simple liquids, the atom work function from liquid inside a spherical nanopore is calculated. General expression for effective single-atom potential of mean force is obtained on the basis of analysis of first equation of the Bogolubov—Born— Green—Kirkwood—Yvon chain of equations for atoms’ distribution functions. Within the Fowler approximation, simulation of the size-dependent singleatom potential is performed that takes into account the pair interatomic interaction and correlations. The expression for atom work function from pore surface is derived. The criterion of emission stability of pore surface, which depends on thermodynamic properties of liquid, is formulated in terms of atom work function from liquid into the pore. The obtained criterion of emission stability is applied to study sonoluminescence phenomenon in simple liquids. The simulations of the effective single-atom potential of mean forces in the pore are performed under condition of spherically symmetric shock wave front run out from liquid into pore surface. Possibility of atoms emission from pore surface with hyper-thermal velocities under such conditions may lead to formation of spherically symmetric atom stream convergent to the pore centre. Implosion of atom stream in pore centre causes the impact excitation and ionization of atoms, and subsequent recombination with flash electromagnetic radiation.

В рамках корреляционной теории неоднородных простых жидкостей рассчитывается работа выхода атомов из жидкости внутрь сферической поры. Общее выражение для эффективного одноатомного потенциала средних сил получено на основе анализа первого уравнения цепочки уравнений Боголюбова—Борна—Грина—Кирквуда—Ивона (ББГКИ) для функций распределения атомов. В приближении Фаулера выполнен модельный расчет размерно-зависимого одноатомного потенциала, который учитывает парные межатомные взаимодействия и корреляции. Получено выражение для работы выхода атомов с поверхности поры. В терминах работы выхода атомов из жидкости в пору сформулирован критерий эмиссионной устойчивости поверхности поры, который зависит от термодинамических параметров жидкости. Полученный критерий эмиссионной устойчивости применен к изучению явления сонолюминесценции в простых жидкостях. Выполнены модельные расчеты эффективного одноатомного потенциала средних сил в поре в условиях выхода сферически симметричной ударной волны из жидкости на поверхность поры. Возможность эмиссии атомов с поверхности поры со сверхтепловыми скоростями в таких условиях может приводить к образованию сферически симметричного, сходящегося к центру поры потока атомов. Имплозия потока атомов в центре поры приводит к ударному возбуждению и ионизации атомов и последующей рекомбинации с электромагнитным излучением в виде вспышки.