Экспериментально исследованы электрические разряды атмосферного давления между жидким электролитным и металлическим электродами в различных вариантах полярности их подключения к источнику питания. Получены и проанализированы спектры сигналов тока в мегагерцовом диапазоне изменения частоты. Выявлено, что возникновению высокочастотных пульсаций тока сопутствуют явления распыления и эрозии электродов.
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.
Экспериментально исследован газовый разряд атмосферного давления между жидким электролитным катодом и металлическим анодом в диапазоне токов 1—10 А. Рассмотрены тепловые режимы катода, в которых температура электролита близка к температуре кипения. Показано, что в таких критических режимах тепловые потери на катоде практически полностью формируются за счет джоулевого тепловыделения внутри электролита. Проанализированы условия минимизации тепловых потерь на жидком электролитном катоде.
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.
Выполнено моделирование импульсно-периодического разряда высокого давления в цезии на основе уравнений радиационной газодинамики. Приведены результаты расчё- тов радиальных профилей температуры плазмы, среднемассовой скорости, потерь энергии на излучение и концентраций электронов в различные моменты времени от начала импульса тока. Показано, что исследуемый разряд позволяет создавать в горячей приосевой области практически полностью ионизованную плазму, в которой концентрация электронов возрастает от оси к стенкам трубки и имеет радиальный профиль, близкий к параболическому. Время существования плазменного волновода радиусом порядка миллиметра составляет десятки микросекунд, концентрация электронов на оси порядка 1017–1018 см-3. Обсуждаются механизмы формирования плазменного волновода в разряде.
В работе представлены результаты исследований светоотдачи безртутной цезиевой лампы в режиме импульсно-периодического разряда в широком диапазоне давлений цезия (PCs = 10–750 Торр). Обнаружено, что зависимость светоотдачи от давления PCs носит сложный немонотонный характер: кривая (PCs) имеет максимум 60 лм/Вт при PCs 100–150 Торр, а при дальнейшем увеличении давления светоотдача после спада до 50 лм/Вт начинает снова возрастать и достигает 70 лм/Вт при PCs 1 атм. Этот неожиданный рост связан с контракцией разряда, наблюдавшейся при PCs > > 300 Торр. Полученные значения светоотдачи в полтора раза превышают достигнутый ранее уровень (46 лм/Вт) и практически вдвое больше светоотдачи ксеноновых ламп, имеющих столь же высокий индекс цветопередачи Ra 90–95.
Исследована кинетика образования гидроксил-радикалов в воде под действием импульсного разряда в парогазовых пузырьках, формирующихся у поверхности погруженного в воду графитового электрода. Реакция окисления гексацианоферрата (II) калия использовалась для определения концентрации и скорости образования ОН-радикалов в жидкой фазе. Для оценки мощности, рассеиваемой в разряде, измерены временные зависимости тока, протекающего через разрядную ячейку, напряжения, приложенного к электродам, и интегральной интенсивности излучения разряда. Рассчитаны выходы ОН-радикалов на 100 эВ вложенной в плазму энергии. Найдено, что с увеличением мощности от 13 до 100 Вт скорость генерации радикалов растет в интервале (2,8–34,8)10-7 моль/(л с), а их выход слабо зависит от мощности и составляет 0,12 0,03 частица / (100 эВ).
Выполнены исследования цезиевого импульсно-периодического разряда в широком диапазоне его параметров на двух лампах с горелками одного диаметра (5 мм), но с разным межэлектродным расстоянием (55 и 22 мм). Обнаружено, что такое уменьшение длины столба плазмы приводит к существенному изменению свойств разряда. На более длинной горелке при повышении давления контракция столба разряда происходит с локализацией плазменного шнура у стенки разрядной трубки, и при дальнейшем увеличении давления наблюдается значительное возрастание светоотдачи. На короткой горелке контракция происходит при меньших давлениях (удельных мощностях) с локализацией плазменного шнура по оси трубки, и не наблюдается увеличения светоотдачи с последующим ростом давления.
Сформулирована математическая модель импульсно-периодического разряда высокого давления в парах цезия на основе уравнений радиационной газодинамики. Выполнено исследование динамики формирования радиального распределения электронов в плазме разряда. Показано, что в разряде возможна реализация двух видов радиальных профилей концентрации электронов. В случае относительно небольших токов, когда плазма разряда частично ионизована, концентрация электронов имеет максимальное значение на оси разряда и убывает вдоль радиуса. При возрастании тока, после достижения высокой степени ионизации плазмы на оси разряда, характер распределения электронов резко изменяется: концентрация электронов теперь возрастает вдоль радиуса трубки, достигая максимума на периферии разряда. Показано, что перестройка радиальных профилей концентрации электронов происходит в момент, когда теплоёмкость плазмы на оси достигает минимума. Рассчитана зависимость значения температуры, соответствующей моменту перестройки, от давления плазмы в трубке.
Экспериментально исследован газовый разряд с жидким электролитным катодом в следующих диапазонах параметров: ток 80–170 мА, температура электролита 5–70 С, межэлектродное расстояние 2–8 мм. В качестве катода был использован водный раствор хлорида натрия с молярной концентрацией 0,1 моль/л. Образование пульсаций тока рассмотрены в предположении капельного переноса вещества из водного раствора в плазму разряда.
Экспериментально исследована возможность получения нанокристаллической целлюлозы (НКЦ) путем газоразрядной обработки водных суспензий микрокристаллической целлюлозы или фильтровальной бумаги. Для обработки использовали разряд постоянного тока при атмосферном давлении с водным катодом при токе разряда 35 мА и напряжении горения 1500 В. Найдено, что плазмохимическая обработка цел-люлозосодержащего материала в воде без использования других реагентов приводит к выделению НКЦ с относительно большими размерами частиц и небольшим поверхностным зарядом.
Приведены результаты исследования взаимосвязи световых характеристик цезиевого импульсно-периодического разряда с режимами электрического питания газоразрядной лампы. Разработано техническое решение генератора коротких (10 мкс) биполярных импульсов тока в виде серии из нескольких импульсов с регулируемыми паузами между сериями, на котором проведено сопоставление характеристик импульсно-периодического разряда с параметрами лампы в режимах одиночных импульсов длительностью, соответствующей временной протяженности серии. В случае импульсно-периодического разряда с биполярными импульсами установлено, что достигнутое значение светоотдачи = 50 лм/Вт существенно ниже максимума (63 лм/Вт), полученного при работе лампы в режиме одиночных импульсов с пиковым током 40 А.
В то же время показано, что при одинаковых пиковых значениях тока (20 А) зависимость светоотдачи от электрической мощности лампы в обоих режимах оказывается практически идентичной, что позволяет создать компактную пускорегулирующую аппаратуру для цезиевых ламп импульсно-периодического разряда.
- 1
- 2