Метод определения параметров потенциалов межмолекулярного взаимодействия в газах в области низких температур.

На основе созданных моделей релаксации поступательной и вращательной энергии в сверхзвуковых струях газов, истекающих в вакуум, предложен и реализован экспериментальный метод определения параметров потенциалов межмолекулярного взаимодействия в области низких температур (1 К - 100 К).
Физическая сущность метода заключает в следующем. При расширении сверхзвуковой струи, истекающей в вакуум, вследствии падения частоты столкновений происходит охлаждение газа по поступательным и внутренним степеням свободы до некоторых предельных значений температур значительно ниже температуры конденсации. Эти предельные значения зависят от начальных условий в источнике струи (давление, температура, диаметр сопла) и релаксационных процессов при расширении струи в вакуум. Исследование релаксационных процессов с использованием кинетического уравнения Больцмана позволило получить достаточно строгую аналитическую связь между начальными условиями в источнике струи, параметрами потенциала межмолекулярного взаимодействия и измеряемыми макросвойствами струи в дальней области ее расширения, такими как кинетическая параллельная температура, средняя скорость, «скольжение» скоростей в случае смеси газов в струе. Для измерения предельных макросвойств струи разработан экспериментальный комплекс со сверхзвуковой непрерывной струей и молекулярным пучком, образованным в дальней области расширения струи, времяпролетным спектрометром нейтральных частиц для измерения функции распределения частиц по скоростям. Измерение которой позволяет определить необходимые макросвойства струи. Этим методом были определены эффективные параметры потенциалов для всех инертных газов и их смесей.
В случае двухатомных газов получена принципиально новая зависимость вращательного числа столкновений от температуры. Вращательное число столкновений в области низких температур 1 - 100 К с увеличением температуры неизменно падает. При более высоких, как показано многочисленными экспериментами, с увеличением температуры вращательное число столкновений увеличивается.
Описанный выше метод - практически единственный экспериментальный метод для получения информации о потенциалах межмолекулярного взаимодействия в области низких температур вплоть до 1 К.
Это позволяет вычислять коэффициенты переноса для газов в области низких температур такие как: вязкость, теплопроводность, коэффициенты диффузии, самодиффузии, термодиффузионные отношения для многокомпонентных систем и т. д.. В свою очередь, полученные аналитические соотношения, позволяют прогнозировать свойства сверхзвуковых струй , которые все чаще применяются в технике и промышленности, без дорогостоющей экспериментальной диагностики.