Пространственно-временная структура микроразряда в озонаторе и ее роль в процессе синтеза озона из воздуха тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.04, кандидат химических наук Шепелюк, Олег Сергеевич

• Шепелюк, Олег Сергеевич
• кандидат химических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат химических наук Шепелюк, Олег Сергеевич

ВВЕДЕНИЕ.

I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1. Общие представления о барьерном разряде.

1.1.1. Структура и важнейшие характеристики барьерного разряда.

1.1.2. Элементарные процессы и химические реакции в плазме барьерного разряда.

1.1.3. Механизм и кинетика синтеза озона из кислорода.

1.2. Микроразряд. Его структура и свойства.

1.2.1. Величина переносимого заряда в канале микроразряда.

1.2.2. Радиальная структура канала микроразряда.

1.2.3. Аксиальная структура канала микроразряда.

1.2.4. Динамика процессов в канале микроразряда.

1.2.4.1. Динамика электрического пробоя в разрядном промежутке озонатора и представления о механизме микроразряда.

1.2.4.2. Трехстадийная модель процессов в канале микроразряда.

1.2.5. Распределение концентрации озона в разрядном промежутке.

1.3. Особенности синтеза озона в барьерном разряде в воздухе.

1.4. Результаты численного моделирования микроразряда в озонаторе.

1.4.1. Обзор используемых математических моделей.

1.4.2. Сопоставление результатов численного моделирования с экспериментальными данными.

1.4.2.1. Импульс тока и переносимый заряд.

1.4.2.2. Пространственно-временная структура излучения в канале микроразряда.

1.4.2.3. Распределение озона по разрядному промежутку.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Пространственно-временная структура микроразряда в озонаторе и ее роль в процессе синтеза озона из воздуха»

Настоящая работа выполнена на кафедре физической химии химического факультета МГУ в лаборатории катализа и газовой электрохимии. Все эксперименты по изучению пространственно-временной структуры (ПВС) излучения барьерного микроразряда проводились в лаборатории Российского Университета Дружбы народов им. П.Лумумбы. Автор выражает глубокую признательность ведущему научному сотруднику РУДН Монякину Алексею Павловичу и старшему научному сотруднику Добрякову Владимиру Владимировичу за неоценимую помощь в создании лабораторной установки и обсуждении полученных результатов.

Актуальность темы. Характерной особенностью барьерного разряда является относительно высокая средняя энергия электронов (4-5 эВ) при низкой температуре тяжелых частиц (молекул и ионов), близкой к температуре электродов. При этом электрическая энергия, вложенная в разряд, выделяется в короткоживущих малоинтенсивных искрах (микроразрядах). Сочетание таких свойств обуславливает перспективность применения барьерного разряда как для осуществления реакций конденсации, так и деструкции. Тем не менее, до настоящего времени промышленное применение барьерного разряда ограничено процессом электросинтеза озона.

Очевидно, что задачу оптимизации технологий электросинтеза можно решить, изучив как динамику развития газового разряда в разрядной полости реактора, так и кинетику химических реакций, инициируемых им. К сожалению, сильная пространственная неоднородность и малая длительность физико-химических процессов, протекающих в барьерном разряде, крайне затрудняют его экспериментальное исследование.

Лишь в самое последнее время, благодаря применению современных физико-химических методов, удалось получить определенные представления о характере и последовательности процессов в разрядном промежутке, хотя во многом физико-химическая картина этого явления остается неполной.

Цель работы. Целью настоящей работы являлось экспериментальное изучение пространственно-временной структуры единичного микроразряда озонаторе и выяснение ее роли в процессе электросинтеза озона из воздуха.

Научная новизна:

- Впервые для изучения микроразряда в воздухе применен метод кросс-корреляционной спектроскопии в режиме счета единичных фотонов, с помощью которого систематически изучена пространственно-временная структура барьерного разряда в воздухе для межэлектродных зазоров в диапазоне 0,5 мм-3,0 мм.

- Впервые экспериментально обнаружена «предпробойная» стадия развития микроразряда в озонаторе, длительность которой составляет несколько микросекунд.

- Впервые изучено влияние озона и паров воды на пространственно-временную структуру микроразряда в воздухе.

- Впервые при помощи двумерного пространственного сканирования экспериментально установлена динамика формирования канала микроразряда в озонаторе;

- Впервые на основе экспериментальных данных по кинетической спектроскопии единичного микроразряда методом численного* моделирования изучен процесс электросинтеза озона из воздуха и установлено влияние пространственно-временной структуры микроразряда на кинетику процесса синтеза озона.

Практическая ценность. Результаты экспериментального исследования пространственно-временной структуры микроразряда в воздухе могут быть использованы при разработке математических моделей барьерного разряда и проверке их адекватности, что, в свою очередь, позволит оптимизировать параметры разрабатываемых плазмохимических реакторов на основе барьерного разряда.

Предложенный в настоящей работе метод диагностики низкотемпературной плазмы высокого давления может быть применен для изучения динамики и механизма развития разрядов различных типов, таких, например, как коронный и поверхностный.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на Международном симпозиуме по химии низкотемпературной плазмы высокого давления (Братислава, 1993), на XI Международной конференции по газовым разрядам и их применению (Токио, 1995), и на Ежегодном конгрессе Польского химического общества (Люблин, 1995).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 3 печатные работы.

Защищаемые положения отражены в выводах.

I. Литературный обзор

Заключение диссертации по теме «Физическая химия», Шепелюк, Олег Сергеевич

У. выводы

1. Методом кросс-корреляционной спектроскопии в режиме счета единичных фотонов проведены систематические измерения пространственно-временных распределений интенсивностей излучения первой отрицательной и второй положительной систем азота в канале микроразряда в модельном озонаторе в воздухе для разрядных промежутков 0.5,1.0,2.0и3.0 мм для конфигураций "стекдо-стекло" и "стекло-металл" обеих полярностей.

2. Обнаружена высокая воспроизводимость единичных микроразрядов, которая позволила установить пространственно-временную структуру единичного микроразряда на основе результатов статистического метода.

3. Показано, что одновременная регистрация излучения для 1 =337 и 1 =391 нм позволяет получить детальную информацию о механизме процесса развития микроразряда в воздухе, в частности, определить динамику распределения электрического поля в разрядном промежутке.

4. Впервые экспериментально обнаружено существование в барьерном микроразряде предпробойной стадии длительностью несколько микросекунд. Показано, что развитие катодонаправленного стримера для всех изученных условий начинается непосредственно с анода.

5. Впервые изучена динамика радиальной структуры микроразряда в воздухе. Установлено, что появление поверхностных разрядов на диэлектрических электродах начинается за 5-10 наносекунд до момента развития катодонаправленного стримера. Поверхностные разряды сопровождают весь процесс пробоя газового промежутка и продолжаются после-его завершения 20-40 не.

6. Показано, что пространственно-временная структура микроразряда чувствительна к содержанию в воздухе паров воды и озона

7. На основе экспериментальных данных по пространственно-временной структуре микроразряда методом численного моделирования изучена кинетика образования озона из воздуха в канале единичного микроразряда. Показано, что полученные в результате моделирования профили концентрации озона по ширине разрядного промежутка хорошо согласуются с имеющимися в литературе экспериментальными данными.

8. Установлено, что образование озона протекает преимущественно в двух химически активных зонах, расположенных в приэлектродных областях. При этом вклад канала с участием электронно-возбужденного азота составляет в прикатодной области 60-80 %, а в прианодной - 50 - 60; вклад канала диссоциации кислорода прямым электронным ударом - 20-40 и 40-60 % соответственно.

1.5. Заключение ~

II. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ

2.1. Установка для регистрации пространственно- временной структуры излучения барьерного разряда в воздухе

В настоящей работе для изучения ПВС излучения в барьерном разряде использован метод кросс-корреляционной спектроскопии в режиме счета единичных фотонов. Применимость данного метода в случае барьерного разряда базируется на допущении о статистической идентичности большого числа периодически возникающих микроразрядов и возможности локализации микроразряда на электродах малой площади при минимально необходимом напряжении питания. В пользу данных предположений свидетельствуют данные о высокой воспроизводимости величин переносимого заряда [41].

Рис. 31. Блок-схема экспериментальной установки.

Общая блок-схема экспериментальной установки представлена на рис. 31 и включает в себя изготовленную ранее установку кросс-корреляционной спектроскопии в счете единичных фотонов [88], а также специально сконструированные разрядную ячейку, источник электропитания разряда, газовую систему, оптическую систему регистрации излучения и систему обработки информации.

2.2.1.Разрядная ячейка.

Разрядная ячейка является центральным элементом всей установки и представляет собой герметичную металлическую емкость с двумя боковыми разъемами для установки пальчиковых электродов, двумя фронтальными (передним и задним) разъемами для установки кварцевых окон и двумя резьбовыми отверстиями (верхним и нижним) для установки газовых штуцеров (рис. 32). разрез

Рис. 32. Конструкция разрядной ячейки.

В ячейке применялись два типа электродных систем: а) «стекло - стекло» (рис. 33а) и «стекло - металл» (рис. 336). ме т алличе с кий с те клянный электрод электрод

Рис. 33. Электродные системы : а) - «стекло-стекло»; б) - «стекло - металл»; 1 стеклянная оболочка, 2 - графитовый порошок; 3 - металлический стержень.

Стеклянный электрод изготовлен из стекляной трубки диаметром 10 мм и толщиной стенок 1.5 мм. Для обеспечения электрического контакта внутренняя поверхность стекла покрыта тонким слоем графитовой краски и заполнена тонкоизмельченным графитовым порошком. Электрический вывод выполнен в виде металлического стержня диаметром 6 мм.

Металлический электрод имеет такие же внешние геометрические размеры что и стеклянный и изготовлен из нержавеющей стали. Рабочая поверхность электрода дополнительно шлифовалась и полировалась.

Выбор данных геометрических размеров электродов обусловлен необходимостью получения пространственно - локализованного микроразряда (при больших площадях рабочих поверхностей электродов весьма вероятно появление серий микроразрядов) и сохранением однородного электрического поля в межэлектродном зазоре.

Для наблюдения за излучением разряда в ячейке использованы кварцевые окна толщиной 2 мм пропускающие излучение с длиной волны от 210 нм.

Конструкция ячейки обеспечивает соосную установку электродов. Величина зазора регулируется с помощью набора шаблонов - пластин с заданной толщиной. Шаблоны вводятся через разъемы съемных кварцевых окон.

2.1.2. Система электропитания разрядной ячейки.

Система электропитания (рис.34) состоит из генератора звуковой частоты, усилителя мощности (УПВ-3-1.25до 1,25) с выходным напряжением до 3000 вольт, повышающего трансформатора (рабочая частота 2-4 кГц) с действующим выходным напряжением до 12 кВ и схемы электрической стабилизации разряда.

Схема стабилизации разряда предназначена для обеспечения независимости электрических характеристик микроразряда от переходных процессов в высоковольтном трансформаторе на период протекания электрического пробоя газового промежутка и представляет собой безиндуктивное сопротивление К и буферную емкость С номиналами 10 кОм и 300 пФ соответственно. Для контроля напряжения на электродах ячейки в цепь включен киловольтметр. 1

Генератор

Усилитель

-•- Высоковольтный трансформатор Я

Киловольтметр

Разрядная ячейка^

1 2 т .

Рис. 34. Схема источника питания разрядной ячейки. Цифрами 1 и 2 обозначены выводы к блоку селектора полярности разряда и к системе контроля электрических характеристик разряда соответственно.

2.1.3. Система газоподготовки

Настоящая система предназначена для создания и контроля необходимой скорости газового потока через разрядную ячейку с определенным содержанием влаги и озона (рис. 35а-в). Система включает в себя: а) мембранный компрессор; б) осушительную колонку с силикагелем диаметром 50 и высотой 2000 мм; в) вентиль регулировки скорости потока; г) внешнего озонатора; д) ловушки с жидким азотом; е) озонометра; ж) ротаметра. а) б) в)

Рис. 35. Схемы блока газоподготовки; а)- влажность 50 ррм, б) - влажность на уровне единиц ррм, в) - влажность 50 ррм с дополнительным вводом озона.

В зависимости от целей эксперимента использовалось четыре модификации блока газоподготовки (см. рис. 35), в экспериментах с высокой влажностью воздуха осушку не применяли.

2.1.4. Оптическая система

По функциональному назначению и аппаратному расположению оптическая система может быть представлена в виде двух относительно независимых подсистем (рис. 36) : подсистемы регистрации световых импульсов от единичных микроразрядов и подсистемы регистрации пространственно-временной структуры излучения барьерного разряда.

2.1.4.1. Подсистема регистрации светового импульса от единичных микроразрядов

Данная подсистема (левая часть рис. 36 от разрядной ячейки) предназначена для временной синхронизации излучения микроразрядов и состоит из:

1) зафиксированной после юстировки кварцевой линзы-1, установленной на расстоянии двойного фокуса (140 мм) от оси электродов разрядной ячейки;

2) фильтра УФС-6, назначением которого является защита ФЭУ-1 от излучения видимой области спектра; диафрагма фильтр ячейка

Рис. 36. Оптическая система.

3) щелевой диафрагмы с шириной 0,05 мм, расположенной непосредственно на фотокатоде ФЭУ-1, ослабляющей световой поток и, кроме того, позволяющей привязываться к определенным участкам изображения картины излучения, что существенно повышает точность временной синхронизации;

4) ФЭУ-1, работающего в аналоговом режиме (импульс тока, снимаемый с ФЭУ-1 пропорционален освещенности фотокатода). Фотокатод установлен на расстоянии двойного фокуса линзы-1 (рис. 36).

2.1.4.2. Подсистема регистрации

Подсистема регистрации монохроматического излучения барьерного разряда ( правая часть рис. 36 от разрядной ячейки) состоит из:

1) подвижной кварцевой линзы-2, расположенной на расстоянии двойного фокуса от оси электродов;

2) Диафрагмы Гартмаиа с горизонтальным щелевым отверстием шириной 1 мм (см. рис. 376);

3) монохроматора;

4) ФЭУ-2, работающего в режиме счета единичных фотонов. диафрагма щель изображение фотокатод разряда щель изображение разряда а) б)

Рис. 37. Схема, поясняющаяработу оптической подсистем синхронизации (а) и регистрации ПВС излучения (б).

Оптическая система юстировалась с помощью лазерного луча, таким образом, что на одной оптической оси расположены все элементы схемы: ФЭУ-2 -» монохроматор —> центр линзы-2 -» центральная часть межэлектродного зазора -» центр линзы-1 -» щель-1 —» ФЭУ-1.

2.1.5. Блок селектора полярности

Для выбранной оптической системы регистрации безразлично в каком направлении протекает микроразряд от высоковольтного электрода к заземленному или наоборот, в то время как структура микроразряда не является центрально-симметричной. Для устранения этого была использована специальная схема селектора полярности (рис. 38) состоящая из: а) делителя напряжения (выходное напряжение -10.+10 В), подключенного к выходу усилителя источника питания; б) генератора импульсов, который выдает прямоугольный импульс тока от установки и включает в себя (рис. 40):

Рис. 40. Блок-схема системы регистрации. а) стартовую и стоповую привязки нормализующие сигналы с ФЭУ-1 и ФЭУ-1 соответственно; б) частотомер, контролирующий число сигналов с ФЭУ-1 и ФЭУ-2 в единицу времени; в) время-амплитудный преобразователь (ВАЛ), преобразующий разность времен между приходом стартового и стопового сигнала в прямоугольный импульс тока, амплитуда которого пропорциональна этой разности; г) аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), конвертирующий аналоговый сигнал с ВАЛ. К одному из входов АЦП подключен выход от генератора импульсов селектора полярности. При напряжении на этом входе равном +5 В работа АЦП запрещена.

Все перечисленные выше элементы схемы объединены в системе «КАМАК». Цифровые данные поступают непосредственно в ЭВМ, где происходит накопление и обработка данных по соответствующим программам.

2.1.7. Система контроля электрических характеристик разряда.

В настоящей работе для контроля за стабильностью характеристик источника питания измерялась величина напряжения горения барьерного разряда с помощью киловольтметра, подключенного параллельно электродам разрядной ячейки.

Рис. 41. Схема для измерения заряда (а) и осциллограмма тока по которой производили это измерение (б).

В некоторых случаях измерялся переносимый через разрядную ячейку заряд с помощью схемы, представленной на рис. 41 по скачку потенциала на кривой питания разряда.

2.2. Методика проведения измерений пространственно-временой структуры излучения барьерного разряда

2.2.1. Подготовка к работе и порядок включения установки

При собранной схеме установки (см. раздел 2.1) настройка системы осуществлялась в следующем порядке:

1. Включение высоковольтного питания ФЭУ-1 и ФЭУ-2 и их прогрев (в течении 1-2 часов) в затемненном режиме для повышения их чувствительности.

2. Подключение и настройка системыТазбподготовки. При собранной схеме газоподготовки ее запуск осуществлялся включением компрессора. Вентилями а) б) устанавливался необходимый поток газа через разрядную ячейку, контроль потока производился с помощью ареометра. Обычно, если специально не оговорено, скорость потока через разрядную ячейку составляла 50 л/ч. Качество осушки контролировалось по показаниям влагомера.

3. Включение питания разрядной ячейки. Во всех экспериментах рабочая частота составляла 2,5 килогерц. Разряд зажигали плавным подъемом напряжения на электродах разрядной ячейки. При напряжении выше пробойного разряд загорался, что можно было наблюдать как визуально, так и по показаниям счетчика световых импульсов, подключенного к выходу ФЭУ-1. Плавным снижение напряжения добивались того, чтобы показания счетчика (измеряющего частоту световых импульсов в секунду) были на 5-10% выше чем удвоенная частота питания (при более высоких напряжениях за период питания высока вероятность появления более двух разрядов, при более низких разряд нестабилен и легко гаснет).

4. Настройка монохроматора. Монохроматор МДР-30 настраивался на максимум сигнала в полосе 00 В3П-С3П перехода молекулы 1М2 (или на максимум сигнала в полосе 3-0 В2Х+ - Х2Б молекулы М"2+. С помощью частотомера, подключенного к вспомогательному выходу ВАК определялось среднее число фотонов, регистрируемых ФЭУ-2 во временных интервалах, определяемых выбранной временной разверткой ВАК. Регулируя ширину входной и выходной щели монохроматора, добивались того, чтобы импульсов было менее 10% от числа микроразрядов ( в условиях эксперимента 100-200 имп/с при частоте микроразрядов 5000). В этом случае, искажениями формы кинетической кривой можно пренебречь [100].

5. Дополнительная подстройка селектора полярности. При подключении селектора полярности система сбора и обработки данных срабатывает только на положительном или отрицательном полупериоде напряжения питания разрядной ячейки. Вместе с тем, существует некоторый разброс в значениях напряжений при которых происходит развитие отдельных микроразрядов, что приводит к разбросу величины переносимого заряда и размыванию общей картины пространственно-временной структуры разряда. Для устранения этого недостатка в каждой серии экспериментов с помощью генератора импульсов производилось дополнительное сужение окна времен при которых допускалось считывание данных (рис. 39). При этом улучшался вид кинетических кривых излучения (см. ниже), но, естественно, уменьшалась и скорость набора данных (рис. 42).

Рис. 42. Влияние подстройки селектора полярности на вид и форму кинетических кривых излучения, набор одинаковый. Считывание данных разрешено на 1/4 (а) и 1/20 б) периода питания.

6. Дополнительная подстройка оптической подсистемы временной синхронизации. Опыт показал, что качество временного разрешения пространственно-временной структуры зависит также и от величины отклонения линзы-1 от центра оптической оси системы. При этом на фотокатод ФЭУ-1 попадает излучение от некоторого участка разряда и при определенных отклонениях передний фронт импупьса с ФЭУ-1 становится наиболее крутым. На практике, для подстройки синхронизации по времени использовалась форма кинетических кривых излучения (рис. 43).

Рис. 43. Вид кинетических кривых излучения в зависимости от качества временной синхронизации: на фотокатод ФЭУ-1 попадает излучение от центра разрядного промежутка а), некоторой точки промежутка (б) и с поверхности одного из электродов (в).

7. Поиск начальной точки сканирования разрядного промежутка. Передвигая линзу-2 вдоль оси электродов с помощью безлюфтового микрометрического винта с лимбом и следя за показаниями счетчика импульсов находили точку ( на поверхности электрода ), где интенсивность излучения составляла не более 10% от интенсивности излучения центрального участка изображения. Согласно выбранной оптической схеме смещение линзы-2 на 0.1 мм приводит к смещению изображения разряда на 0.2 мм, таким образом точная привязка по пространству возможна лишь относительно некоторой начальной точки.

8. Снятие пространственно-временной структуры излучения микроразряда. При фиксированном положении линзы-2 производили снятие кинетической кривой излучения разряда в течении определенного времени (обычно в пределах 5-10 минут). Полученные данные сохраняли в виде отдельного файла данных. Сканируя линзой-2 разрядный промежуток и повторяя п.8 получали набор кинетических кривых излучения (файлов данных) охватывающий весь разрядный промежуток и участки поверхности электродов ( см. рис. 44). Настроив монохроматор на другую длину волны и, повторив п.8, получали набор файлов данных, относящихся к другой полосе излучения азота, пространственно сопряженный с первым набором. При необходимости, перестроив селектор полярности на противоположную полярность и повторив п. 8, получали третий и четвертый наборы файлов.

54

2.2.2. Описание работы установки при измерении кинетических кривых излучения барьерного разряда.

Работа установки при фиксированном положении линзы-2 работу установки можно описать следующим образом:

1. ФЭУ-1 периодически (дважды за период питания разрядной ячейки) реагирует на импульс света, возникающий в разрядном промежутке во время электрического пробоя, каждый раз отвечая на него токовым импульсом, который через стартовую привязку поступает на вход время-амплитудного преобразователя. От этого сигнала ВАЛ запускает линейную развертку время - амплитуда, через определенное время ( много меньшее полупериода питающего напряжения) развертка самостоятельно обрывается и ВАП приходит в исходное состояние ожидания.

2. ФЭУ-2 реагирует на отдельные фотоны вышедшие из щели монохроматора, формируя электрический импульс, (стоповый), который, проходя через кабельную линию задержку и стоповую привязку попадает на отдельный вход ВАЛ, обрывая развертку, запущенную ФЭУ-1.

3. ВАП выдает прямоугольный импульс, амплитуда которого пропорциональна времени между приходом стартового и стопового импульса, данный сигнал направляется к АЦП и оцифровывается (в случае, если это разрешено селектором полярности).

4. Сигналы принимаются ЭВМ, которая производит их накопление и, по окончании набора, строит гистограмму: номер канала (в единицах, пропорциональных милливольтам) - число фотонов, зарегистрированных в промежутке времени, соответствующему ширине канала (рис. 44).

И 700"3 н т е бва-Е I н с

И 500-. В н

О -40О-:

С Ф ь 300-Е © © § § £ номер канала

Рис. 44. Кинетическая кривая излучения барьерного разряда в некоторой пространственной точке.

При условии - число стоповых сигналов много меньше числа стартовых сигналов - данная статистика отражает реальное развитие излучения барьерного разряда в конкретной точке разрядного промежутка.

2.2.3. Формы представления результатов измерений пространственно-временной структуры излучения

Полученный в результате измерений пространственно-временной структуры излучения (заданной длины волны) набор кинетических кривых (рис. 45) подвергался первичной математической обработке. Прежде всего путем умножения номера канала на соответствующий коэффициент получали зависимость время - интенсивность излучения.

Дальнейшая обработка заключалась в переходе от трехмерной картины излучения (время - пространство - интенсивность) к двумерному представлению результатов.

Использовались два основных типа представления данных: изолинии отличалась от соседней в заданное число раз,например, в два раза на рис. 47. катод время, не

Рис. 47. Представление ПВС разряда в виде логарифмических изолиний. На рисунке представлено 7 изолиний.

При таком подходе можно рассматривать детали развития разряда как при низких (начальная и конечная стадия развития разряда), так и при высоких (собственно пробой газового промежутка) интенсивностях излучения.

2.2.4. Особенности съемки радиальной структуры микроразряда

Для получения разрешенных во времени радиальных структур микроразряда, характеризующих геометрию его канала, поступали следующим образом:

Проводили серию измерений ПВС излучения с использованием перед входной щелью монохроматора диафрагмы Гартмана (см. рис. 37) шириной 1 мм, секущей цилиндрически - симметричное изображения микроразряда. При этом первое (нулевое) измерение ПВС проводили после настройки оптической подсистемы регистрации на максимальную интенсивность излучения. Последующие измерения (2-3) ПВС получали при смещении линзы-2 в вертикальной плоскости таким образом, чтобы диафрагма Гартмана последовательно вырезала следующие друг за другом слои изображения через 1 мм (рис.48).

Рис.48. Схема, поясняющая геометрические особенности измерения радиальной структуры излучения. Сечение канала микроразряда плоскостью, перпендикулярной оси микроразряда. Окрашенные области характеризуют области микроразряда, использованные при получении нулевой, первой и второй ПВС (пояснения в тексте).

При этом получали четырехмерный набор данных - интенсивность изучения I в точке с аксиальной координатой X и радиальной координатой У в момент времени При анализе полученных структур необходимо учитывать геометрические особенности съемки канала микроразряда (рис.48). Так, расчеты, проведенные для цилиндрического канала диаметром 2,5 мм (таблица 6), показывают, что по мере удаления от оси канала измеряемый объем излучения микроразряда уменьшается, в то время как угловые размеры анализируемой области растут.

Список литературы диссертационного исследования кандидат химических наук Шепелюк, Олег Сергеевич, 1999 год

1. Самойлович В. Г., Гибалов В. И., Козлов К. В. Физическая химия барьерногоразряда. М. 1989.

2. Eliasson В., Kogelshatz U.,"Nonequlibrium volume plasma chemical processing".

3. EE Transactions on Plasma Science, December 1991, Vol. 19, № 6, p. 10641077.

4. Warburg E., Leithauser L. "Uber die Darstellung des Ozones aus Sauerstoff undatmospherischen Luft durch stille Gleichstromentladung aus metallischen Elektroden." Ann. Phys., 1906, B.20, S.734-742.

5. Gloker O., Lind S.C. "Electrochemistry of gases and other dielectrics." Wiley. New1. York, 1939.

6. Lunt R.W. "The mechanism of ozone formation in electrical discharges". Adv.Chem.Ser., 1959,Vol.21, p.286-303.

7. Филиппов Ю.В. "Электросинтез озона.".Вестн. Моск. ун-та, Химия, 1959,4, с. 153-186.

8. Eliasson В., Hirth М., Kogelschatz U.,"Ozone synthesis from oxygen in dielectricbarrier discharges.".J. Phys. D: Appl. Phys.,1987, v.20, №11, p.1421-1437.

9. Heuser С. Zur Ozonerzeugung in electrischen Gasentladungen. 1985. PhD-Thesis,1. RWTH Aachen. Germany.

10. Fuji S., TakemuraN."Electrical characteristics of ozonizer". Adv. Chem. Ser. 1959,v. 21. p. 334-343.

11. Suzuki M., Natio Y. "On the nature of the chemical reactions in silent electricaldischarge". Proc. Jap. acad. 1952, v. 28. p. 469-476.

12. Honda K., Natio Y. "On the nature of silent electric discharge.". J.Phys.Soc.Jap.1955, v. 10. p. 1007-1011.

13. Багиров М. А., Нуралиев Н. Э., Курбанов М. А. "Исследование разряда ввоздушном зазоре, ограниченном диэлектриками, и методика определения числа частичных разрядов". ЖТФ. 1972. т. 43. № 3. с. 629-634.

14. Багиров М. А., Курбанов М. А., Шкилев А. Д., Нуралиев Н. Э. "Исследованиеэлектрического разряда в воздухе между электродами, покрытыми диэлектриками". ЖТФ. 1971. т. 41, № 6. с. 1287-1291.

15. Курбанов М. А. Электрический разряд в воздушном зазоре, ограниченномдиэлектриками: Автореф. дисс. канд. физ.-мат. наук. Баку. 1974.

16. Багиров М. А., Малин Б. П., Абасов С. А. Воздействие электрическихразрядов на полимерные диэлектрики. Баку, 1975.

17. Hirth М. "Teilprozesse bei der Ozonerzeugung mittels stiller elektrischer Entladungen" Beitr. Plasmaphys. 1981. B. 21, № 1. S. 1-27.

18. Mason J. H. "The deterioration and breakdown of dielectics resulting from internal discharges." . Proc. IEE. 1951. Pt. 1. v. 98. p. 44-59.

19. Gobrecht H., Meinhardt O., Hein F. "Uber die stille electrische Entladung in

20. Ozonisatoren." . Ber. Bunsen Phys. Chem. 1964. B. 68, № 1. S. 55-63.

21. Eliasson В., Hirth M., Kogelschatz U. "Ozone synthesis from oxygen in dielectric-barrier discharges". J. Phys. D: Appl. Phys. 1987. v. 20. p. 1421-1437.

22. Tanaka M., Yagi S., TabataN. "Observations of silent discharge in air, oxygen andnitrogen by super sensitivity camera.". Trans. DEE Japan. 1982. v. 102A. p. 533540.

23. Джуварлы И. M., Вечхайзер Г. В., Леонов П.В. "Исследование разряда междудиэлектрическими поверхностями с помощью электронно-оптического преобразователя.". ЖТФ 1970. Т. 40, № 7. с. 1515-1519.

24. Eliasson В. "Electrical discharge in oxygen". Part 1: Basic data; rate coefficientsand cross sections. BBC Report KLR 83-40C, Baden, 1985.

25. Eliasson В., Hirth M., Kogelschatz U.,"Ozone synthesis in dielectric-barrierdischarges.". BBC Report, Baden, 1986.

26. Захаров А.И., Самородов B.A., Соколов А.П. и др. Физика плазмы, 1987,т. 14, вып.З, с.5-50.

27. Hochanadel O.J., Chromley J.A., Boyle J.W. "Vibrationally excited ozone in thepulse radiolysis and flash photolysis and of oxygen". J.Chem.Phys., 1968, v.48,p.2416-2420.

28. Rawlins W.T. "Chemistry of vibrationally exited ozone in the upper atmosphere.".

29. J.Geophys.Res., 1985, v.90, p.12283-12292.

30. Самойлович В.Г., Попович М.П., Емельянов Ю.М., Филиппов Ю.В. "Электрическая теория озонаторов. XII. Напряжение горения в кислородно-озонных смесях"ЖФХ, 1966, т.40, №3, с.531-536.

31. Kleindienst Т., Locker J.R., Bair E.J. "Metastable intermediates in the formation of ozone by recombination". J.Photochem., 1980, v. 12, p.67-74.

32. Eliasson В., Kogelschatz U."Optimization of ozone production in pulsed homogneous oxygen discharge". Proc. 4-th Int.Symp. on Plasma Chem., Zurich, 1979, p.1-8.

33. Eliasson В., Kogelschatz U."Ozone build-up from atomic oxygen possibilities and limitations.". Proc. 5-th Int.Symp. on Plasma Chem., Ediburgh, 1981, v.l, p.415-420.

34. Eliasson В., Kogelschatz U., Strassler S., Hirth M. "Electrical discharge in oxygen. Part 2: Generanion of ozone.". BBC Report, Baden, 1983.

35. Tanaka M., Yagi S., Tabata N. "The observation of silent discharge by image intensifler." Trans. IEE Japan. 1978. v. 98A. p. 57-62.

36. Heuser C., Pietsch G.'Temporal and spatial resolved photometrical measurements of the ozone concentration in a modal ozonizer." Proc. 6th Int. Symp. on Plasma Chem. Montreal, 1983. p. 675-680.

37. Mechterscheimer G., Eliasson В., KogelschatzU. "Polarity resolvedmesuarements of the ozone production efficiency". Proc. 18th Int. Conf. on Phenomena in Ionized Gases. Swansea, 1987. p. 522-523.

38. Воронина В.И. Влияние параметров барьерного разряда на электросинтезозона: Автореф. дисс. канд. хим. наук. М., 1985.

39. Drimal J., Gibalov V.I., Kozlov К. V., Samoylovich V. G. " The dependence ofozone generation efficiency in the silent discharge on a width of a discharge gap". Proc. 8th Int. Symp. on Plasma Chem. Tokyo, 1987. p. 845-850.

40. Drimal J., Gibalov V. I., Samoylovich V. G. Czech. J. Phys. B. 1987. v. B37. p.643.646.

41. Воронина В. И., Самойлович В. Г., Гибалов В. И. "Статистические закономерности токовых импульсов разряда в озонаторе". ЖФХ. 1985. т. 59, №6. с. 1492-1496.

42. Воронина В. И., Самойлович В. Г., Гибалов В. И. ЖФХ. 1985. т. 59, № 4. с.1019-1021.

43. Arnikar Н. J., Chule Н. М. Int. J. Electronics. 1971. v. 30, № 1. p. 33-40.

44. Drimal J., Gibalov V. I., Kozlov К. V., Samoylovich V. G. "The magnitude oftransferred charge in the silent discharge in 02, air and N2". Proc. 8th Int. Conf. of Phenomena in Ionized Gases. Swansea, 1987. p. 676-677.

45. Drimal J., Gibalov V. I., Samoylovich V. G. "Silent discharge in air, nitrogen andargon". Czech. J. Phys. B. 1987. v. B37. p. 1248-1255.

46. Heuser C., Pietsch G "Comparison of gas discharge forms producing ozone". Proc.5th Int. Symp. on Plasma Chem. Edinburgh, 1981, v.l, p. 433-438.

47. Heuser C., Pietsch G.'Trebreakdown phenomena between glass-glass and glassmetal electrodes". Proc. 6th Int. Conf. on Gas Discharges. Edinburg, 1980. p. 98-101. ,-

48. Самойлович В. Г., Вендилло В. П., Филиппов Ю. В . "Электросинтез озона.

49. Y: Синтез озона при пониженном давлении". ЖФХ. 1962. т. 36, № 5. с. 989-992.

50. Pietsch G., Heuser С."Discharge phenomena in ozonizer". Papers of technicalmeeting on electrical discharges. Institute of Electr. Eng. of Japan, Hakone, 1987. p. 9-19.

51. Bertein E. N."Charges on insulators generated by breakdown of gas". J. Phys. D:

52. Appl. Phys. 1973. v. 6. p. 1910-1916.

53. Исследование механизма развития разряда в промежутке с диэлектриком наэлектроде:Отчет о НИР (промежут.). МЭИ; Руководитель Соколова М.В. -КП АН СССР; № ГР 78013436; Инв. № 648348. М., 1978. 65 с.

54. Kogelschatz U."Ozone synthesis in gas discharges". Proc. 16th Int. Conf. onphnomena in Ionized Gases. Dusseldorf, 1983, p.240-250.

55. Mclnally M."Light emission and ozone formation in ozonizer". Electrochim. Acta.1969. v. 14. p. 1167-1171.

56. Попович M. П., Филиппов Ю. В. "Средняя энергия и функция распределенияэлектронов в инертных газах". Вестн. Моск. ун-та. Сер. Химия. 1965. т. 6, № 1. с. 3-4.

57. ПоповичМ. П.,ЖитневЮ. Н., ФилипповЮ. В."Спектральныеисследованияазотно-кислородных и озонных смесей в тихом электрическом разряде". ЖФХ. 1971. т. 45, №2. с. 217-220.

58. Дмитриев А. В., Горелов С. С. ЖФХ. 1981. т. 51, № 1. с. 224-226.

59. Hirth M., Kogelschatz U., Eliasson В. Proc. 6th Int. Symp. on Plasma Chem.

60. Montreal, 1983. p. 663 -668.

61. Fournier G., Bounet J., Pigache D. "Comparison de propriétés macroscopiquesdes electrons soumis a l'action d'un champ electrique dans l'air sec et dans 1'oxygen pur". C.R.Acad.Sci. Paris, 1980, v.290, p.179-182.

62. Marode E. "The mechanism of spark breakdown in air at atmospheric pressurebetween a positive point and a plane. I. Experimental:Nature of the streamertrack". J. Appl. Physics, 1975, v.46, №5, p. 2005-2015.

63. Hartmann G. "Spectroscopie de la déchargé couronne: Etudes des mechanismes decollisions dans le dard". These Université de Paris Sud, Centre d'Orsay. 1977.

64. Mclnally M."Direct observation of ozone concentration in ozonizer". Electrochimica. Acta. 1966. v. 11, № 9, p. 1375-1381.

65. Вронски M. Кинетика синтеза озона и окислов азота в барьерном разряде: Автореф. дис. канд. хим. наук. М., 1984.

66. Самойлович В.Г., Гибалов В.И."Кинетика синтеза озона и окислов азота в барьерном разряде". ЖФХ. 1986. т. 60, № 8. с. 1841.

67. Горбовский С. В. Оптические исследования ряда параметров разряда в озонаторе по длине меж электродного промежутка: Автореф. дис. канд. хим. наук. М., 1974.

68. Mclnally M."Variations in ozone formation across the ozonizer discharge gap". Nature, 1967, v. 216, p.259-260.

69. Kogelschatz U., Eliasson В., Hirth M."Ozone Generation From Oxygen and Air: Discharge Physics And Reaction Mechanismes". Ozone Science & Engeneering, 1988, v. 10, p. 367-378.

70. Tabata N., Yagi S.Trans. IEE Japan. 1977. v. 97B, p. 665-670.

71. Iannuzzi M. P., Jeffiers J. В., Kaufman F.Chem. Phys. Lett. 1982. v. 87, № 6. p. 570-573.

72. Филиппов Ю. В., Вендилло В. П."Синтез озона из смесей кислорода с азотом". ЖФХ. 1962. т. 36 № 9. с. 1987-1992.

73. Eliasson В., Kogelschatz U., Baessler P."Dissociation of 02 in N2/02 mixtures".

74. J. Phys. B: At. Mol. Phys.,1984, v.17, L797-L801.r

75. Braun D. Zum Wirkungsgrad von Ozonerzeugern. Ph.D.-Thesis. 1990. Aachen.1. Germany.

76. Eliasson E., Kogelschatz U. "N20 Formation in gas discharge in N2/02 mixtures at atmospheric pressure" 1985, BBC Forschungsbericht, KRL 85-146 C.

77. Lannuzi M.P., Jeffries J.B., Kauftnan F. "Product Channels of the N2(A) with 021.teraction". Chem. Phys.Lett., 1982,v.87, № 6, p. 570.

78. Black G., Hill R.M., Sharpless R.L, Slander T.G. "Laboratory studies on N20relevant stratospheric processes". J.Photochem., 1983, v.22, p.369.

79. De Souza A.R., Gousset G., Pouzeau M. "Proc. of XYII Int.Conf. on Phenomenain Ionised Gases". 1985, Budapest, 443.

80. Zipf E.C. "Laboratiry Study on the formation of nitrous oxide by the reaction

81. N^i u+) + 02U N20 + O". Nature, 1980, V.187, p. 523.

82. Валландер B.C., Нагнибеда K.A., Рындалевская M.A. Некоторые вопросыкинетической теории химически реагирующей смеси газов. JI. 1977.

83. Черчиньяни К. Теория и приложения уравнений Больцмана. М., 1978.

84. Смит К., Томсон Р. Численное моделирование газовых лазеров. М., 1981.

85. Dutton J."A survey of electron swarm data". J. Phys.Chem.Ref. Data. 1975. v. 4,3, p. 577-856.

86. Хаксли JI., Кромптон P. Диффузия и дрейф электронов в газах. М. 1977.

87. Смирнов Б.М. Ионы и возбужденные атомы в плазме. М., 1974.

88. Yoshida К., Tagashira Н. Papers of technical meeting on electrical discharges.1.stitute Electr. Eng. Japan, 1987. p. 29-38.

89. Yoshida K., Tagashira H. Memoris of the Kitami Institute of Technology. 1986,v.18, №1, p. 11-20.

90. Гибалов В.И. Исследование процессов образования озона в озонаторе методом численного эксперимента: Автореф. дис. . канд.физ. мат. наук. М., 1978.

91. Гибалов В.И., Самойлович В.Г., Филиппов Ю.В. "Физическая химия электросинтеза озона. Результаты численных экспериментов". ЖФХ. 1981. т.55, №4. с. 830-842.

92. Braun D., Gibalov V., Pietsch G. "Two-dimensional modelling of the dielectricbarrier discharge in air". Plasma Sources Sci. Technol., 1992, v. 1, p. 166-174.

93. Kuchler U.P. On the Optimization of Air-fed Ozonizers. 1990. Ph:D- thesis, Aachen,

94. University of Technology, Germany.

95. Braun D., Kuchler U., Pietsch G. "Microdischarges in air-fed ozonizers".

96. J.Phys.D:Appl.Phys.,1991, v.24, p.564

97. Gibalov V., Braun D., Pietsch G. "Spatial distribution of atomic oxygen concentration in barrier discharg channels". Plasma Sources Sci. Technol, 1992, v. 1, p. 174-179.

98. Dobryakov V. V., Monyakin A. P., Samoilovich V. G., Kuznetsova L. A. Proc. 3rd1.t. Symp. on High Pressure Low Temp. Plasma Chem., Strasbourg, France, 1991, p. 113-119.

99. Creyghton Y.L.M. "Pulsed positive corona discharges: Fundamental study andapplications to flue gas treatment" Ph. D.-Thesis, TU Eindhoven, The Nethelrlands, 1994.

100. Dutton J. "Spark breakdown in uniform filds" in Meek J.M., Craggs "Electricalbreakdown of gases", John Wiles & Sons, 1978.

101. Райзер Ю.П."Физика газового разряда". М. Наука. 1987.

102. Яноши JI. Теория и практика обработки результатов измерений. М. Мир.1968.