Диссертация (1150867), страница 10
Текст из файла (страница 10)
величина этих производных больше, чем вразряде без катализатора.64a)65б)66в)67г)Рис. 3.2. Нормированные значения потребляемой разрядом мощности W,эффективности ηи интенсивности линии 656.3 нми полосыOH 306.4 нмвзависимости от температуры при 0.5 Тор (a), 5 Тор (б) и 10 Тор (в) аргона;электрический токi = 0.3 A.(г) – для сравнения: температурная зависимость потребляемой мощности Wдляразрядов с различными инертными газами (Ne, Ar, иKr) [10]; давление инертногогазаPRG = 1 Тор, электрический токi = 0.3 A.68Измерениеоптическихиэнергетическиххарактеристикразрядаскатализатором позволили оценить световую отдачу исследуемого разряда. Ксожалению, полученные величины не превосходили то, что было получено вработах [10, 11].
По нашему мнению, это было связано с сильным поглощениемУФ-излучения двуокисью титана, что существенно уменьшало возбуждениелюминофора излучением гидроксила. Как уже отмечалось, данная проблема можетбыть решена соответствующим размещением слоя TiO2 в таких частях разряднойтрубки, которые не определяют возбуждение люминофора.3.4.Выводы по гл. 3Основные результаты третьей главы следующие.1.
Построена модель плазмы рассматриваемого разряда, учитывающая влияниекатализатораTiO2 наразрушениемолекулводы.Показано,чтокаталитическое разрушение (добавочное разрушение) действительно можетзаметно увеличить концентрацию молекул гидроксила в плазме, что приопределенных условиях может увеличить эффективность генерацииизлучения 306.4 нм до двух раз.2. Экспериментально исследован разряд в смеси паров воды с аргоном вразрядных трубках, на внутреннюю поверхность которых был нанесен слойдиоксида титана при различных условиях разряда. Измерены спектральныехарактеристики плазмы (интенсивности полосы ОН 306.4 нм, линииатомарного водорода Нα, интенсивности спектральных линий аргона),рассеиваемая в плазме электрическая мощность и эффективность генерацииУФ излучения гидроксила в зависимости от температуры стенок разряднойтрубки (концентрации молекул воды в разрядном объеме).3.
Обнаружено заметное влияние диоксида титана на свойства плазмы, ипрежде всего, на скорость появление молекул гидроксила в разряде сувеличением температуры стенок разрядной трубки (увеличения давления69паров воды), что свидетельствует о существенном влиянии на свойстваплазмы дополнительного механизма разрушения молекул воды нагидроксил и атомарный водород.70Глава 4ИМПУЛЬСНО-ПЕРИОДИЧЕСКИЙ РАЗРЯД В СМЕСИ ПАРОВ ВОДЫ ИИНЕРТНОГО ГАЗАИмпульсный (импульсно-периодический) режим питания тлеющего разрядаотличается от режима постоянного тока по крайней мере в двух отношениях:1) существенным ростом напряженности электрического поля в импульсе тока, чтообогащает функцию распределения электронов быстрыми электронами, и2) возможным «включением» новых процессов при уменьшении средней энергииэлектронов в послесвечении разряда (столкновения второго рода, рекомбинациязаряженных частиц, рождение молекулярных ионов и др.).
Первое приводит кувеличению в энергетическом балансе электронов доли мощности, идущей нанеупругие процессы (возбуждение и ионизация атомов и молекул), и, в конечномсчете, к росту излучения [3, 70, 71], второе – к возможному образованиюотрицательных ионов, чему способствует низкая средняя энергия электронов иналичие частиц, способных к образованию отрицательно заряженных частиц – Н,О, ОН, Н2О и, возможно, других [46]. Образование отрицательных ионовуменьшает подвижность электронов и приводит к росту напряженностипродольного электрического поля, т.е.
к росту рассеиваемой в плазме мощности.Кстати, импульсно-периодический разряд может быть использован для полученияион-ионной плазмы [72-74]: в случае, если в послесвечении разряда образуютсяотрицательные ионы, а в импульсе их разрушение невелико (степень разрушенияможно менять изменением длительности импульса), то вполне вероятно получитьконцентрацию отрицательных ионов заметно больше концентрации электронов.При этом варьирование скважности импульсов будет влиять на соотношениемежду положительными и отрицательными ионами.714.1.
О возможности роста световой отдачи в разряде в молекулярном газеРост световой отдачи разрядов в атомарных газах при импульснопериодическом питании вполне понятен. Разряды в молекулярных газахотличаются от атомарных тем, что в них есть существенно большее количествореакций, по которым может идти поглощение энергии. Прежде всего, это, конечноже, колебательно-вращательное возбуждение молекул.
Порог этих реакций можетбыть низким (например, возбуждение колебательно-вращательных уровнеймолекулы в основном состоянии), поэтому получение выигрыша в доли энергии,идущей на генерацию полезного излучения, при использовании импульснопериодического режима питания разряда неочевидно.В патенте [71] предложен способ получения оптического излучения сиспользованием импульсно-периодического разряда в молекулярном газе.Рассматривался разряд в смеси инертного газа с малой добавкой молекулярногогаза.
При этом полагалось, что электроны получают энергию от электрическогополя с напряженностью E и теряют ее главным образом при неупругихстолкновениях с атомами инертного газа и молекуламидобавки. Этопредположение хорошо выполняется в случае рассматриваемого нами разрядапостоянного тока в смеси аргона с парами воды, причем неупругие столкновения смолекулами воды могут быть заметно более важными, чем неупругие столкновенияс атомами аргона.
Однако существует возможность уменьшить роль этихстолкновений в случае, если в плазме создать достаточно большое электрическоеполе. Это условие может быть сформулировано следующим образом: энергия =ebeE2mol–1, которую электрон получает от электрического поля в течение времениmol–1 между двумя колебательно-вращательными столкновениями с молекуламидобавки, должна быть равна или больше энергии *mol,atom возбужденияэлектронного состояния атома или молекулы.
Другими словами, электрон должен«проскочить» область энергий возбуждения основного состояния молекулы безстолкновения с ней, Следовательно, должно выполняться такое неравенство:72 = ebeE2 mol–1*mol,atom ,(4.1)где e и be есть заряд и подвижность электрона. Из этого неравенства видно, что еговыполнение связано с величиной напряженности электрического поля E вположительном столбе разряда.Получить высокую напряженность электрического поля в плазме разрядапостоянного тока практически невозможно, поскольку напряженность поляопределяется балансом рождения и гибели заряженных частиц, а это, в своюочередь, определяет энергетическое распределение электронов. Достичь высокойнапряженности электрического поля можно в случае импульсно-периодическогоразряда, при этом величина напряженности поля в импульсе тока зависит отскважности импульсов (чем больше скважность, тем выше напряженность поля)[3].
Из неравенства (4.1) легко получить необходимую величину поля в плазме:E {*mol,atommol/[ebe]}1/2 .(4.2)При *mol,atom ~ 10 эВ, давлении аргона ~ 1 Тор и концентрации молекул воды ~10141015cm–3 можно получить для требуемой величины напряженности поля Epulseследующее неравенство:Epulse 10 V/cm .(4.3)Импульсно-периодический разряд в смеси паров воды с инертными газами неисследовался, вопрос о возможности повышения эффективности генерации УФизлучения гидроксила оставался открытым. Влияние двух факторов, один изкоторых – рост напряженности поля,– приводит к увеличению эффективности, авторой – рождение отрицательных ионов,– ведет к возможному уменьшениюэффективности, явился стимулом экспериментального исследования такогоразряда.734.2.Экспериментальнаяустановкадляисследованияимпульсно-периодического разрядаДля измерения напряженности продольного электрического поля E вположительном столбе разряда в смеси паров воды с инертными газамииспользовалась экспериментальная установка, аналогичная описанной в работе[11].
В разрядную трубку вводились два электрических цилиндрическихмолибденовыхзонда,ориентированныхперпендикулярнооситрубки.Конструкция трубки представлена на Рис. 4.1. Поскольку для стабилизации иизменения температуры стенок разрядной трубки использовался водяной жакет,выводящие электроды зондов располагались вдоль трубки.Рис.
4.1. Конструкция разрядной трубки с зондами.Конструкция зондов приведена на следующем Рис. 4.2. Для изготовлениязондов использовалась молибденовая проволока диаметром 0.2 мм. Рабочая длиназондов составляла 1.5 мм. Неработающая поверхность проволоки покрываласьстеклянным капилляром и запаивалась с помощью газовой горелки. Зонд вводилсяв разрядную трубку через просверленное в стенке трубки отверстие и крепился с74помощью эпоксидного клея. Выводы зондовых проводников из водяного жакетагерметизировались с помощью герметика TorrSeal (Varian vacuum products).Рис. 4.2. Конструкция электрического зонда, используемого для измерениянапряженности электрического поля в трубке с водяным жакетом.Электрическая схема измерения напряженности поля приведена на Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
