Численно исследован процесс формирования сильного электрического поля на металле, частично покрытом диэлектрической пленкой, в потоке плазмы с учетом автоэлектронной эмиссии с поверхности металла и вторичной электронной эмиссии с поверхности диэлектрика. Показано, что при отрицательном потенциале на металле порядка нескольких сотен вольт, плотности плазмы ~1012 см3, температуре электронов плазмы ~10 эВ и толщине пленки d 1 мкм напряженность электрического поля вблизи края пленки достигает нескольких МВ/см, что на два порядка превышает напряженность поля на открытой металлической поверхности в плазме. При умеренном дополнительном усилении поля на микронеровностях поверхности металла на уровне ~10 такая напряженность является достаточной для генерации автоэмиссионного тока с вершин выступов металла с плотностью порядка 108 МА/см2, необходимой для развития взрывной электронной эмиссии с последующим формированием микроплазменного (микродугового) разряда на краю пленки. Исследовано влияние генерируемого пучка автоэмиссионных электронов на формирование электрического поля вблизи края диэлектрической пленки при различных углах наклона среза пленки. При углах наклона < 85 эмитированные электроны не попадают на пленку и практически не влияют на величину формируемого поля. При 90 пучок эмитированных электронов попадает на торец пленки, вызывая вторичную электронную эмиссию с поверхности диэлектрика. В этом случае напряженность электрического поля оказывается недостаточной для развития взрывной электронной эмиссии с поверхности металла, однако под действием пучка ускоренных автоэмиссионных электронов с энергией ~50 эВ и плотностью тока ~105 А/см2 торец пленки нагревается до температуры ~1000 C, что может приводить к интенсивному газовыделению с поверхности диэлектрика. Развитие микроплазменного разряда в этом случае может быть связано с формированием плотного сгустка плазмы вблизи торца пленки в результате ионизации выделившегося газа автоэмиссионным электронным пучком.
Исследован разряд постоянного тока (i = 10—50 мА) в воздухе при атмосферном давлении. В качестве катода или анода разряда использовали раствор хлорида натрия (0,5 моль/л). По зависимостям напряжение горения разряда от межэлектродного расстояния найдены напряженность поля в плазме и катодное (анодное) падение потенциала, температура газа определена по распределению интенсивности в полосе излучения N2(C3u B3 g, 0–2). Получены зависимости температуры жидкого электрода от времени горения разряда и после его выключения, а также скорость испарения раствора под действием разряда. На основе полученных данных обсуждаются вклады ионной бомбардировки и переноса тепла из плазмы в процессы нагрева жидкого электрода и переноса растворителя (воды) в газовую фазу.
Представлены экспериментальные данные о параметрах плазмы и о составе газообразных продуктов при обработке ткани из полиэтилентерефталата в плазме пониженного давления (50—300 Па) в аргоне. Анализ газовой фазы проводили методами эмиссионной спектроскопии и масс-спектрометрии. При различной площади обрабатываемого материала измерена напряженность электрического поля и температура газа на оси разряда, мольные доли продуктов деструкции полимера. Рассчитана функция распределения электронов по энергиям. Показано, что с увеличением площади обрабатываемого материала в реакторе изменяется приведенная напряженность электрического поля, температура газа, средняя энергия электронов и коэффициенты скоростей процессов с участием электронов. Спектры излучения плазмы показали, что диссоциация продуктов деструкции полимера приводит к изменению состава активных частиц плазмы: а именно, к образованию атомов О, Н и радикалов ОН.
Реализована численная модель расчета параметров высокочастотного индукционного (ВЧИ) плазмотрона с газовым охлаждением. Численное моделирование выполнено в пакете прикладных программ ANSYS CFX (14.5) для одного из конкретных конструктивных вариантов технологического ВЧИ-плазмотрона с трехвитковым индуктором и с амплитудой тока из диапазона JK = 50—170 A (с частотой 3 МГц). В качестве плазмообразующего газа рассмотрен аргон. Выявлена особенность распределения поля скорости в канале плазмотрона, а именно, образование тороидального вихревого течения с центром приблизительно в сечении первого витка индуктора. Установлено, что возникновение вихревого течения имеет место при превышении тока разряда некоторого критического значения. Основной причиной формирования вихря является действие радиальной компоненты электромагнитной силы, обуславливающей образование области повышенного давления на оси плазмотрона в срединной зоне индуктора. Определено влияние тока разряда, скорости (расхода) транспортирующего газа через осевой канал и его длины на интенсивность вихревой трубки.
В работе исследуется диффузионный режим привязки электрической дуги постоянного тока в среде аргона атмосферного давления к катоду из чистого вольфрама в виде конуса с углом при вершине 60°. Проведено сравнение результатов эксперимента с данными других исследований по дуговым разрядам, где в качестве катодов применялся лантанированный (W-2% La2O3) или торированный (W-2% ThO2) вольфрам. В результате экспериментальных исследований при силе тока 200 А получены следующие значения максимальной температуры на оси разряда, концентрации электронов и максимальной температуры поверхности катода: Te = 2,6 эВ, ne = 1,5×1017 см-3, 3800 К соответственно. Результаты сравнения параметров плазмы вблизи острия катода и температуры поверхности электрода в месте привязки дуги могут быть использованы при разработке оборудования и технологий с применением электродуговых разрядов.
Методом частиц в ячейке проведено трехмерное моделирование потоков ионов криптона и ксенона в плазменном ЭЦР-инжекторе CERA-RI-2. Расчеты выполнены для различных величин плотности плазмы, напряженности электрического СВЧ-поля и разности потенциалов между сеткой и корпусом резонатора. Определены зависимости интенсивности массового потока ионов от параметров эксперимента.
Экспериментально установлено, что в диэлектрическом плазмопроводе при ЭЦР-разряде и в условиях реализации возбуждения стоячей ионно-звуковой волны формируется пространственно локализованное плазменное образование с высокой яркостью свечения. На основе полученных результатов делается вывод о возможности создания компактных источников интенсивного излучения, спектр которых определяется типом рабочего газа или смеси газов, источников интенсивных потоков химически-активных частиц, а также источника плазмы для двигателя коррекции орбит легких космических аппаратов.
При горении разряда постоянного тока с водным катодом и анодом из молибдена наблюдалось образование поликристаллического осадка на аноде при токе разряда 60–70 мА. Полученный продукт изучен с использованием методов рентгеноструктурного анализа, сканирующей электронной микроскопии и инфракрасной спектроскопии. Показано, что на аноде осаждается оксид молибдена MoO3 в -модификации. В спектрах излучения разряда обнаружены линии атомов молибдена. Исследовано влияние условий горения разряда на формирование продукта. Показано, что поликристаллический оксид практически не осаждается при использовании разряда с металлическим катодом и разряда в аргоне с водным катодом.
Экспериментально исследована инактивация споровых микроорганизмов на диэлектрической поверхности барьерным разрядом с плоскими электродами. Показано, что при средней удельной мощности разряда 0,3 Вт/см3 эффективность обеззараживания составляет три порядка за времена экспозиции в интервале 0,5–60 секунд, причем слабо зависит от времени экспозиции.
В работе представлены результаты измерений эквивалентного сопротивления плазмы в высокочастотном индуктивном источнике плазмы диаметром 46 см при изменении величины индукции внешнего магнитного поля от 0 до 50 Гс, выполненные на рабочих частотах 2, 4 и 13,56 МГц и фиксированной мощности ВЧ-генератора в диапазоне 100–500 Вт. Эксперименты проводились с использованием аргона в диапазоне давлений 0,1–30 мТорр. При наложении внешнего магнитного поля были обнаружены области резонансного поглощения ВЧмощности, соответствующие условиям резонансного возбуждения связанных между собой геликонов и косых ленгмюровских волн. Показано, что наложение на разряд внешнего магнитного поля, соответствующего областям резонансного поглощения ВЧ-мощности при рабочих частотах более 2 МГц, позволяет оптимизировать поглощение ВЧ-мощности плазмой. Эффект увеличивается с ростом рабочей частоты.