Температура газового разряда низкого давления

У самостоятельных дуг эта эмиссия поддерживается тепловыделением самой дуги, у несамостоятельных — специальным его нагревом. Проводимость газового канала самостоятельных (термических) дуг обусловливается термической ионизацией газа, причем температуры электронов, ионов и нейтральных частиц в канале приблизительно одинаковы. Разряды низкого давления с подогреваемым активированным катодом (несамостоятельные дуги) могут, как и в случае тлеющего разряда, иметь температуру электронов, много большую ионной температуры (рис. 23.12—23.15). [c.433]

Известен целый ряд конструкций микрогазоанализаторов, основанных на тех же принципах, что и приборы общего макро-газового анализа. Однако не все они позволяют сделать полный анализ всех составных частей таких сложных газовых систем, как природные газы, где приходится определять двуокись углерода и другие кислые газы, кислород, водород, азот, углеводороды и сумму редких газов, иногда и с подразделением их на легкие и тяжелые. Один из описанных ниже приборов [47] дает ответ на поставленный вопрос. В основу работы положено разделение газовой смеси на отдельные компоненты путем конденсации, абсорбции и адсорбции их. Конденсацию и адсорбцию ведут при низких температурах, абсорбцию в отдельных случаях при повышенных. Замер объема газа производят путем наблюдения давления газа при различных объемах его. Анализ проводят при давлениях ниже атмосферного. Методом контроля служит исследование спектра газового разряда. [c.191]

Ещё большую роль при реакциях в газовом разряде играют стенки той аппаратуры, в которой происходит реакция в разряде. Подобно тому как в обычных разрядах при низких давлениях газа на стенках идёт постоянная рекомбинация положительных ионов и электронов, при разложении молекулярных газов в разряде на атомные на стенках происходит рекомбинация атомов, лимитирующая концентрацию атомарного газа. Особенно сильно рекомбинация атомных газов происходит на металлических поверхностях. На процесс рекомбинации сильно влияют обработка поверхности стенок и наличие на ней адсорбированных плёнок. Поэтому для уменьшения рекомбинации на стенках и для увеличения концентрации активно го газа в объёме при использовании активного водорода для какой-либо реакции стеклянные стенки отравляют фосфорной кислотой, водяным паром или кислородом при использовании активного хлора стенки отравляют метаном и т. д. Рекомбинация атомарных газов па стенках (особенно на металлических) зависит от температуры стенок и сильно уменьшается при её повышении. [c.682]

С аналитической точки зрения очень важным является вопрос о влиянии элементов, попадающих в плазму дуги из пробы и электродов, на температуру столба и электронную концентрацию. При атмосферном давлении концентрация паров материала электродов и пробы в дуговой плазме, как правило, не превышает 1 % и поэтому их присутствие практически не сказывается на теплопроводности дугового газа, определяющейся по-прежнему основными компонентами газовой атмосферы. Однако элементы пробы и электродов, обладающие низким потенциалом ионизации, поступая в разряд, увеличивают концентрацию заряженных частиц, а следовательно, и электропроводность плазмы. Это позволяет поддерживать разряд определенной плотности тока при меньшей напряженности поля в столбе дуги (с меньшей затратой электрической энергии), вследствие чего, согласно уравнению (54), снижается температура дуги. Например, экспериментально установлено [1034], что при введении в угольную дугу, горящую в атмосфере воздуха, небольших количеств алюминия, лития, калия величины Еэ и Т составляют соответственно 15,9 в см и 6000° К 12,7 в см и 5600° К 10,5 в см и 5100° К. [c.96]

Роуз и Браун [4] следующим образом описывают физический механизм стационарного СВЧ-разряда Электроны получают энергию от приложенного поля (СВЧ) и теряют ее при упругих и неупругих соударениях. Ионизация молекул служит источником новых электронов, их сток происходит в результате потока электронов на стенки разрядной трубки из-за градиентов концентрации электронов и потенциала пространственного заряда . Для образования свободных радикалов при относительно низких температурах газа необходимо, чтобы электронная температура превышала газовую по крайней мере на порядок. Многие исследователи [6] показали, что отношение этих температур почти линейно зависит от отношения напряженности электрического поля к давлению газа. Таким образом, основная физическая проблема сводится к созданию в сверхвысокочастотном разряде максимально возможной напряженности электрического поля для того, чтобы можно было работать при средних давлениях газа. [c.107]

Заметим, что, вообще говорп, распределение скоростей всех сортов частиц по Максвеллу и равенство температур отдельных сортов частиц является в значительной мере независимыми характеристиками плазмы. Так, например, при газовом разряде низкого давления (например в гейслеровских трубках) электроны за счёт взаимодействия между собой приобретают максвелловское распределение скоростей аналогичным образом максвелловское распределение скоростей имеют и атомы. Однако, благодаря малой плотности газа, число соударений электронов с атомами сравнительно невелико, между атомами и электронами не устанавливается термическое равновесие средняя кинетическая энергия электронов оказывается больше средней кинетической энергии атомов. Это означает, что величина Гэл, входящая в закон Максвелла, управляющий распределением скоростей электронов, отличается от Т — температуры, определяющей распределение скоростей атомов. Различие [c.35]

Требования к разрядным системам в неравновесной плазмохимии имеют много общего с теми, которые возникают при создании мощных молекулярных газовых лазеров. Интересно, что такая параллель правомочна, несмотря на то что удельный энерговклад в плазмохимических схемах оптимуме почти на порядок выше, чем в лазерных системах. Так же как и в случае молекулярных лазеров, для организации рассмотренных процессов малоперспективны электрические дуги и ВЧ-, СВЧ-квазиравновес-ные разряды обычно высокого 10 Па) давления, поскольку в них не удается достичь необходимого отрыва колебательной температуры от поступательной. Малоперспективны в плазмохимии обычно и системы низкого 10 Па) давления, где, несмотря на сравнительную простоту поддержания неравновесности Тд > Тц, энергетическая эффективность все же мала. Для традиционных тлеющих разрядов низкого давления с постоянным полем это связано в основном с тем, что отношение Е/р (при рЯ 10 Па х X атм), определяющее температуру электронов и удельный энерговклад Еу, выше оптимального. В результате, с одной стороны, из-за высоких значений Е/р большая доля мощности локализуется на малопроизводительных каналах возбуждения электронных термов и, с другой стороны, уже сосредоточенная в молекулярных колебаниях энергия при "излишне большом" энерговкладе Еу > 1 эВ) легко релаксирует, резко снижая эффективность процесса. Аналогичные эффекты снижают КПД в ВЧН-разрядах низкого давления. Заметим, что в современных тлеющих разрядах, горящих в быстром потоке газа, давление выше (1—5 кПа) и основ- [c.82]

Выше показано, что перекись водорода нельзя получить путем пропускания электрического разряда через водородо-кислородную смесь при низких давлениях (около 1 мм рт. ст.), за исключением образования ее на стенках, происходящего при температурах поверхности зР1ачительно нил<е —79°. Поэтому промышленность интересуют такие процессы, в которых перекись водорода образуется по реакциям, протекающим примерно при атмосферном давлении, по-видимому за счет гомогенных взаимодействий, и ее можно отделить при охлаждении до комнатной температуры. При этом желательно применение газовых смесей, содержащих менее 8—10 мол.% кислорода, чтобы исключить работу в пределах взрывчатых смесей. Хотя при давлении 1 ат выход перекиси водорода возрастает при охлаждении до температуры ниже атмосферной [43J, как и при термической реакции водорода с кислородом, этого недостаточно для компенсации стоимости процесса в связи с применением низкотемпературного охлаждения. Во всех случаях желательно иметь коронный, [c.50]

Интересным вариантом метода электронно-лучевого плавления, пригодным для выращивания кристаллов непроводящих материало1В, является метод полого катода, иначе называемый методом холодного катода [87]. Этот. метод основан на самостоятельном газовом разряде постоянного тока, создаваемом в полом катоде кольцевой фор. 1ы, окружающем рабочую зону. При давлении Аг, Ог и других газов в несколько миллиметров ртутного столба и при напряжении на катоде в несколько киловольт испускаемые катодом электроны ионизируют газ и образуют проводящую плазму. Ток в плазме достигает нескольких сот миллиампер, причем анодом может служить любая удобная заземленная деталь системы. Таким образом, в отличие от традиционного электронно-лучевого плавления в рассматриваемом случае нагреваемый материал не обязательно должен быть электропроводящим, чтобы замыкалась электрическая цепь. Придавая внутренней стороне катода соответствующую форму, можно сфокусировать электроны и образующиеся ионы на образец и добиться его плавления. Хороший материал для катода — нержавеющая сталь. Хотя катод частично охлаждается циркулирующей внутри него водой, наилучщие результаты, по-видимому, получены при температурах катода, лежащих лишь немного ниже температуры красного каления. В этом смысле термин холодный катод не совсем правилен. Для плавления материалов с температурами плавления, намного превышающими 2200—2500 °С, нержавеющая сталь не годится и требуются другие материалы. Для поддержания плазмы необходимы низкие давления газа, причем достаточно легко ионизирующегося (а не высокий вакуум, как при обычном электронно-лучевом плавлении). Этот газ выполняет еще одну положительную роль, подавляя разложение расплавляемого материала. Такая методика успешно использовалась [87] для выращивания монокристаллов сапфира, иттрий-алюминиевого граната и других веществ методом плавающей зоны. Она, по-видимому, весьма перопективна [c.226]

Если изменять давление гйза, вид разряда будет изме- няться. При низких давлениях, несмотря на низкую температуру газа, в нем возможно возбуждение спектральных линий с весьма высоким потенциалом возбуждения. Такой разряд с успехом используют при анализе газовых смесей и анализе растворов. [c.23]

Хорошо известно, что в обычных условиях газового разряда, например в положительном столбе плазмы низкого давления при малых и средних плотностях тока, электронная температура определяется потенциалом ионизации наиболее легко возбудимой примеси. Это означает, что при разряде, например в смеси аргона и азота, скорости электронов оказываются недостаточными для эффективного возбуждения атомов аргона. Поэтому, если ввести в обычную гейслеровскую трубку технический аргон, содержащий около 10% азота, то в свечении такой трубки наблюдаются почти исключительно полосы азота, а интенсивность линий аргона очень мала. Чувствительность определения аргона в этих условиях оказывается ничтожной. [c.422]

В реальной плазме полное термодинамическое равновесие невозможно. В ней имеют место процессы потери энергии, происходящие вследствие излучения, теплопроводности, ухода быстрых частиц и т. п. С другой стороны, энергия плазмы ненрерывно пополняется благодаря прохонодению электрического тока или химическим реакциям (пламя). В стационарном состоянии мощность, поступающая в плазму, равна потерям. Насколько далеко плазма ири этом отступает от термодинамического равновесия, зависит в первую очередь от соотношения между числом столкновений в единицу времени и величиной энергетических потерь. При больших давлениях, когда число столкновений велико, энергетическое равновесие между частицами устанавливается быстро, и если при этом отдаваемая (а следовательно, и подводимая) мощность невелика, то плазма практически равновесна. Это обычно имеет место в дугах и искрах, горящих при атмосферном давлении, хотя и в этих случаях можно наблюдать отклонения от термически равновесного состояния. В газовом разряде при низком давлении (когда длина свободного пробега частиц велика) отступления от равновесия выражены очень отчетливо. В первую очередь это сказывается в том, что электроны, ускоряемые электрическим нолем, имеют в среднем гораздо большую кинетическую энергию, чем атомы, иначе говоря, электронная температура гораздо выше температуры атомов, а температура ионов в свою очередь обычно выше температуры атомов и ни ке температуры электронов. Таким образом, в термически неравновесной плазме как бы сосуществуют несколько газов, каждый из которых имеет свою температуру, причем эти температуры могут очень сильно отличаться друг от друга. Так, в гейслеровском разряде при давлении около 1 мм рт. ст. температура электронов может достигать 10000— 15 000° К, в то время как температура газа не превышает нескольких сот градусов. [c.23]

Применение оксидного катода в выпрямителях было описано, уже в двух работах Венельта [248, 249], указавшего, между прочим, что в этом случае не должна быть превышена некоторая предельная плотность рабочего тока, сботв твующая примерно току насыщения с катода при рабочей температуре. Так как сй ерх этого предела число эмиттируемых катодом электронов, в< асти не может, то при этом сильно возрастает катодное падение, в газовом разряде, причём возникающие в катодном падении ионы, приобретая гораздо большую скорость, попадают на поверх , ность катода и подвергают её сильному распылению и разрушению. Последнее может быть уменьшено лишь путём повышения давления в приборе, что возможно, однако, лишь при низких ародных напряжениях. Поэтому условия работы оксидных като дов в низковольтных и высоковольтных выпрямителях оказЫ ваются совершенно различными, требуя, следовательно, и раэ личных свойетв самих катодов. [c.256]

При создании мощных газовых лазеров наиболее перспективными показали себя несамостоятельные разряды атмосферного давления, поддерживаемые релятивистскими электронными пучками (РЭП) или УФ-излу-чением. В них достигаются нужная степень ионизации и температура электронов, сохраняется необходимая неравновесность Tg, Ту > Тд. Важное положительное свойство этих разрядов — их пространственная однородность. Однако достигнутые значения удельного энерговклада здесь еще недостаточно велики для приближения к оптимальному плазмохимическому режиму. Тем не менее в ряде экспериментов, выполненных в ФИАН, ИАЭ и ГИАП, удельный энерговклад превысил критическое пороговое значение и наблюдалась эффективная реакция, стимулируемая колебательным возбуждением. Основным препятствием на пути повышения энер-говклада в таких системах являются неустойчивости, интенсивно изучаемые в настоящее время. Выше шла речь об импульсных либо работающих в частотном режиме несамостоятельных разрядах атмосферного давления что касается аналогичных стационарных разрядов, то их применение в настоящее время ограничивается низкой плотностью тока РЭП и, следовательно, сравнительно малой степенью ионизации. Заметим, что дальнейшее совершенствование стационарных разрядов атмосферного давления может сделать их в будущем наиболее интересными плазмохимическими системами как с физической, так и с технологической точки зрения. Это утверждение относится не только к несамостоятельным разрядам, поддерживаемым РЭП, но и к другим неравновесным пространственно однородным разрядам, возбуждаемым при атмосферном давлении с использованием дозвукового и сверхзвукового газового потока. [c.83]

Спектральные наблюдения усложняются тем, что одно и то же вещество при разных температурах дает различные спектры, как это особенно ясно для газов, спектры которых наблюдают при электрическом разряде в трубках. Плюккер, Вюльнер, Шустер и др. показали, что при разных температурах и давлениях спектр иода, серы, азота, кислорода и др. совершенно отличается от спектра тех же элементов при высоких температурах и давлениях. Это может зависеть или от того, что с переменою температуры элементы меняют свое частичное устройство, в роде того, как озон превращается в кислород (можно представить, напр., что из № получаются частицы, содержащие лишь один атом азота), или оттого, что при низких температурах некоторые лучи имеют большую относительную напряженность, чем те, которые проявляются при иных давлениях и высших температурах. Представляя себе, что газовые частицы находятся в постоянном движении, быстрота которого зависит от температуры, должно допустить, что они часто ударяются друг о друга, отскакивают, и чрез то сообщают друг другу и [c.349]