Научный архив: статьи

Представлена вторая часть обзора по спектральной диагностике возбужденных частиц в водородной низкотемпературной плазме (первая часть опубликована в журнале «Успехи прикладной физики» в 2014 г., Т. 2, № 6). Описаны результаты определения поступательной температуры и функций распределения по колебательным и вращательным уровням молекулы водорода в основном и возбужденных состояниях методами лазерной, эмиссионной и абсорбционной спектроскопии в газовых разрядах в водороде. На основе обзора создана база данных по поступательным температурам, функциям распределения молекул водорода по вращательным и колебательным уровням в основном и возбужденных состояниях.

Методом эмиссионной спектроскопии измерены функции распределения молекул по низким вращательным уровням молекулы водорода в триплетном состоянии 3 d u и определены величины вращательной и поступательной температур основного и возбужденного триплетного состояний молекулы водорода.

Представлен обзор сечений ионизации, возбуждения и девозбуждения атома водорода, полученных как в экспериментах, так и расчетным путем. Определен набор сечений, который требуется использовать при расчете функции распределения электронов по энергиям и определении уровневых коэффициентов скоростей, необходимых при решении балансных уравнений для концентраций нейтральных и заряженных частиц в водородной плазме.

Приведены некоторые результаты исследования СВЧ-разряда в тяжелых углеводородах. СВЧ-энергия вводилась в жидкий углеводород с помощью коаксиальной линии. Давление над поверхностью жидкости равно атмосферному давлению. Разряд зажигался в среде аргона и паров углеводорода (аргон подавался через канал в центральном проводнике коаксиальной линии). Исследованы спектры излучения разряда в разных жидких углеводородах и показано, что в спектре излучения наблюдаются разные секвенции полос Свана, а возможное излучение других компонентов плазмы находится на уровне шумов. Приведены спектры излучения плазмы в жидком н-гептане, нефрасе, и масле С-9, используемом для получения химических волокон. Приведены вращательные (газовая) и колебательные температуры, полученные при обработке спектров.

Уровневая полуэмпирическая столкновительно-излучательная модель водородной низкотемпературной плазмы электронно-циклотронного резонанса использована для анализа применимости спектральных методов диагностики по излучению триплетных состояний молекулярного водорода ( N 3 = 3 a g, 3 c u, 3 d u, 3 e u, 3 f u, 3 g g, 3 h g, 3 i g, 3 k u и 3 r g ). Показано, что вторичные процессы дают наибольший вклад в кинетику рождения и гибели триплетных состояний 3 a g, 3 c u, 3 d u, 3 e u, 3 g g, 3 h g, 3 i g и 3 r g. Наименьший вклад вторичные процессы дают в возбуждение и дезактивацию триплетных состояний 3 f u и 3 k u. Для обработки интенсивностей дипольных разрешенных переходов f 3u a3g, g3g и 3 3 k u a g   может применяться упрощенная корональная модель.

Представлены результаты исследования плазменного пиролиза метана с использованием плазмотрона постоянного тока с полыми электродами. Дуговая мощность
плазмотрона составляла 40–50 кВт, расход метана 0,7–1,6 г/с, соотношение расходов метана, подаваемого в реактор и плазмотрон, варьировалось в диапазоне 0–1,63.
Показано, что при увеличении отношения этих потоков концентрация водорода
уменьшается, при этом растет доля не превращённого метана. Зависимость выхода
ацетилена проходит через максимум в диапазоне отношений 0,6–1,3 с достижением
объемной концентрации на уровне 10,52 %. Степень конверсии метана в плазмотроне
достигает 98–99 %, а объемная концентрация водорода – 92–97 %.

Задача разложения СО2 является одной из составляющих проблем, связанных с глобальным потеплением. Одним из перспективных направлений является использование низкотемпературной плазмы. Для этих целей применяются разные типы разрядов. СВЧ-разряд в жидких углеводородах в этих задачах не исследован. В настоящей работе приведены первые результаты по исследованию продуктов СВЧ-разряда в жидком Нефрасе С2 80/120 (нефтяной растворитель, смесь легких углеводородов с температурой кипения от 33 до 205 оC) при введении в разрядную зону СО2. Основными продуктами являются Н2, С2Н2, С2Н4, СН4, СО2, СО. В продуктах не обнаружено кислорода. Это может объясняться его связыванием с водородом и метаном, которые образуются при разложении нефраса. Показано, что степень разложения СО2 достигает 70 %.

Ацетилен является важным химическим промежуточным продуктом, который находит широкое применение в химической промышленности. В последние годы возрастает интерес к разработке эффективных методов синтеза ацетилена. В данной статье рассмотрено использование СВЧ-разряда в жидких углеводородах с барботажем аргона для получения ацетилена. Максимальная объемная скорость образования ацетилена в ходе экспериментов равнялась 280 мл/мин, при энергозатратах на образование ацетилена 48 л/кВтч. Показаны зависимости скорости образования ацетилена от падающей мощности и расхода аргона.