Введение к работе
Актуальность проблемы. Химия электрических разрядов насчитывает более чем вековую историю, но особенно сильно возрос интерес к этой области знания в конце шестидесятых годов, что было обусловлено бурным развитием лазерной техники и полупроводниковой электроники. Сегодня уникальные возможности низкотемпературной плазмы, как среды для проведения химических реакций, проявились в разнообразных областях ее применения, и она явилась основой новых перспективных технологий.
В последнее время особенно интенсивно проводятся исследования разряда пониженного давления в смесях различных газов. Как показывают современные разработки, использование многокомпонентных плазменных систем во многих случаях позволяет повысить одновременно эффективность и экологическую безопасность производства. Вполне очевидно, что простое увеличение количества газов, составляющих плазменную смесь, существенно усложняет проведение оптимизации технологических условий и режимов, зачастую вынуждая ограничиваться лишь эмпирическим подходом. Как правило, подобная сложность вызвана недостатком информации о механизмах и кинетических характеристиках процессов, протекающих в объеме плазмы и на ограничивающих ее поверхностях.
Выполненное в настоящей работе комплексное исследование позволяет выявить основные закономерности влияния добавки инертного газа на концентрации активных частиц, механизмы и кинетические закономерности их взаимодействия между собой и с материалом стенки реактора, а также электрофизические параметры низкотемпературной водородной плазмы, что является основой при разработке ее математической модели.
Целью работы являлось исследование основных механизмов и кинетических закономерностей процессов образования и гибели атомов водорода в условиях неравновесной газоразрядной плазмы смеси Нг-Ar переменного состава.
Научная новизна.
1.Исследованы закономерности процессов гетерогенной рекомбинации атомов водорода на поверхности электровакуумного стекла в зоне плазмы и ее потоковом послесвечении в широком диапазоне составов плазмообразующей смеси (объемное содержа-
ниє Аг от 0 до 90 %). Показано, что во всем исследованном диапазоне условий рекомбинация атомов идет по первому кинетическому порядку относительно их концентрации.
2. Впервые измерены вероятности гетерогенной рекомби
нации атомов Н на поверхности стекла и медной фольги непосред
ственно в зоне разряда при различных составах плазмообразующей
смеси. Обнаружено, что вероятность процесса как в зоне разряда,
так и в послесвечении в значительной степени зависит от состава
газовой смеси.
-
Показана возможность применения модуляционного метода для определения времени жизни радикалов в плазме водорода. Предложено схемотехническое решение установки для его реализации.
-
Измерены концентрации атомов водорода в плазме в широком диапазоне составов плазмообразующей смеси. Показано, что с увеличением содержания инертного газа степень диссоциации молекулярного водорода растет.
5. Проанализировано влияние добавки инертного газа на
, кинетику образования атомов водорода в плазме смеси Нг-Аг. По
казано, что во всем исследованном диапазоне составов смеси
(0-90% об. Аг) определяющим механизмом является диссоциация
молекул под действием прямого электронного удара.
6. Впервые в широком диапазоне составов плазмообра
зующей смеси рассчитаны функции распределения молекул водо
рода по колебательным уровням основного электронного состоя
ния, показана роль инертной добавки в процессе их формирования.
Практическая ценность работы. Полученные результаты могут быть использованы в дальнейших фундаментальных исследованиях механизмов образования и гибели активных частиц в низкотемпературной плазме водорода, его смесей с аргоном и более сложных многокомпонентных плазменных системах. Кроме того, представленные в работе данные могут быть полезны при разработке новых и оптимизации существующих плазмохимиче-ских процессов и реакторов для их реализации.
Апробация работы и публикации. Всего опубликовано 15 работ, из них по теме диссертации - 9 (2 статьи и 7 тезисов докладов). Основные положения, результаты и выводы докладывались и
обсуждались на I Региональной межвузовской конференции "Актуальные проблемы химии, химической технологии и химического образования" (Иваново, 1996г.), итоговой научной конференции ИвГУ (Иваново, 1997г.), XI международной конференции молодых ученых по химии и химической технологии МКХТ-97 (Москва, 1997г.), I Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы химии и химической технологии" (Иваново, 1997г.), IX Всероссийской конференции по физике газового разряда ФГР-98 (Рязань, 1998г.). II Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы химии и химической технологии" (Иваново, 1999г.), XIV Международной конференции "Взаимодействие ионов с поверхностью" (Звенигород, 1999г.).
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, выводов и библиографии. Общий объем диссертации составляет 138 страниц, включая 6 таблиц и 57 рисунков. Список литературы содержит 146 наименований.