Ионизация газов в плазме

Процесс ионизации не изменяет химических свойств ионов по сравнению с соответствующими атомами. Поэтому возможно создание плазмы с окислительными, восстановительными или нейтральными свойствами и тем самым применение плазмы для различных видов технологических процессов. При этом следует учитывать, что ноток высокотемпературного ионизированного газа — плазмы обладает в 10—100 раз более высокой греющей способностью, чем поток газа в топливных печах, и поэтому применение плазмы является мощным средством ускорения технологических процессов. [c.240]

Наиболее простой способ получения плазменного состояния — нагревание газа до высоких температур. Степень ионизации газа увеличивается постепенно с повыщением температуры. Переход частично ионизированной плазмы в полностью ионизированную происходит при определенной температуре, когда кинетическая энергия поступательного движения частиц газа становится равна энергии их ионизации. [c.246]

Классическим примером неизотермической плазмы является плазма тлеющего разряда. Наоборот, в сильноточных дугах плазма становится изотермичной. В дуге электроды и газ сильно раскаляются и происходит в основном термическая ионизация газа, что приводит к изотермичности плазмы. [c.306]

Вещество может существовать в трех состояниях — твердом, жидком и газообразном. В последние годы особенный интерес привлекает четвертое состояние вещества — плазма. Плазма представляет собой газ, в котором атомы или молекулы потеряли часть своих электронов и превратились в положительно заряженные ионы. При этом соотношение между числами ионов и электронов таково, что в целом общий заряд плазмы равен нулю, т. е. она является нейтральной. Вместе с тем плазма проводит электрический ток, подобно мета.плу, благодаря подвижности электронов. Такое состояние газа достигается, например, нагреванием до 3000—5000° С или сильным электрическим разрядом. Проявлениями плазмы в природе являются молния, северное сияние. При указанных и более высоких температурах число ионов может существенно превышать число атомов. Принято, что если степень ионизации газа близка к 1%, то он находится в состоянии плазмы. Плазма является наиболее распространенным состоянием во Вселенной, например Солнце полностью состоит из плазмы. Различают низкотемпературную (до 5000° С) и высокотемпературную плазму. [c.356]

Ионизация в плазме вспомогательного газа УФ-излучения 150—80 нм [c.754]

В отличие от пламени для ионизации газа и поддержания плазмы необходим подвод внешней энергии в виде электрического поля. Плазма в свою очередь передает часть этой энергии пробе, что приводит к атомизации и возбуждению последней. Виды плазмы можно классифицировать в соответствии с типом электрического поля, используемого для создания и поддержания плазмы [c.19]

Джеймс и Симпсон [7.39] выполнили эксперименты с вращающейся неоновой плазмой, которая создавалась при разряде двух конденсаторных батарей (одна из них использовалась для предварительной ионизации газа) между двумя концентрическими электродами диаметром 5,6 и 21,0 см. Результирующий радиальный ток ионизует газ и, взаимодействуя с продольным магнитным полем, создает действующую в азимутальном направлении силу, которая вращает плазму. Плотность плазмы изменялась от максимальной 5-10 см (15% ионизация), достигаемой через 0,3 мс от начала разряда, до 5-10 сМ" через [c.296]

Газ в положительном столбе тлеющего разряда, в дуговом разряде при высоких давлениях и в некоторых других формах разряда (а также в раскаленной атмосфере звезд) находится в особом состоянии (состояние плазмы). Для этого состояния характерны высокая степень ионизации газа, в предельных случаях достигающая 100%, и почти точное равенство [c.351]

Газ в положительном столбе тлеющего разряда, в дуговом разряде при высоких давлениях и в некоторых других формах разряда (а также в раскаленной атмосфере звезд) находится в особом состоянии, называемом состоянием плазмы. Для этого состояния характерны высокая степень ионизации газа, в предельных случаях достигающая 100%, и почти точное равенство нулю средней плотности электричества, т. е. равенство средних концентраций электронов и ионов. Взаимное притяжение электронов и ионов, а также поляризационное взаимодействие (притяжение) свободных зарядов и нейтральных молекул (при неполной ионизации газа) приводят к тому, что плазма представляет собой некоторую единую систему взаимодействующих частиц, обладающую специфическими свойствами (состояние плазмы в известном смысле подобно металлическому состоянию вещества). [c.442]

Ионизация газа и предварительное нагревание плазмы производятся продольным током, который возбуждается в камере индукционным путем. Чтобы предотвратить возникновение тока в металлической- оболочке камеры, в ней делается поперечный разрез, в который вставляется кольцо из термостойкого диэлектрика. В одном из прямолинейных участков камеры должны размещаться устройства, создающие высокочастотное поле, которое выполняет основную функцию нагревания. Другой прямолинейный участок служит для. размещения дивер-тора, который уменьшает взаимодействие плазмы со стенками и не дает атомам примесей проникнуть в глубь плазменного шнура. [c.363]

Поддержание сильноионизованной плазмы с достаточной плотностью связано со значительным энерговкладом, что приводит к техническим трудностям поддержания разряда. Попытки уменьшения энерговклада путём снижения давления не приводят к успеху, так как по мере приближения к бес-столкновительному режиму обычный разряд становится неустойчив [33]. Для поддержания и ускорения такой сильноионизованной плазмы в [34] был предложен пучково-плазменный разряд, в котором плазма в скрещённых полях создаётся независимым способом с помощью электронного пучка. Электронный пучок, проходивший по оси разрядной камеры, приводил при определённых условиях к практически полной ионизации газа. Разряд устойчиво поддерживался в диапазоне давлений вплоть до нескольких единиц на 10 Тор. Коэффициент разделения изотопов неона достигал о = 1,28 [34]. [c.335]

Указанная закономерность объясняется влиянием рода инертного газа на электронную температуру плазмы разряда. При переходе от гелия к ксенону температура плазмы в соответствии с потенциалом ионизации газа уменьшается, что должно приводить к перераспределению излучения в различных областях спектра. [c.71]

Мы ограничимся рассмотрением положительного столба в инертных и молекулярных газах и металлических парах электроотрицательные газы рассматриваться не будут. Это означает, что в разряде присутствуют только нейтральные молекулы, положительные ионы и электроны. Рассматриваемая теория применима только к определенным областям давления, радиусов трубок, величин токов и т. д. Можно ожидать, что она будет справедлива для давлений от 0,1 до 10 мм Hg, радиусов трубок / от 1 до 10 с. и токов в пределах Ю — а. Ток должен быть достаточно большим, чтобы создать необходимую концентрацию зарядов, но не настолько, чтобы вызвать слишком сильное нагревание или ступенчатую ионизацию газа. В инертных и молекулярных газах часто наблюдаются неподвижные или бегущие страты и колебания плазмы их поведение и причины возникновения рассматриваться здесь не будут. [c.248]

Характерный признак плазмы—высокая степень ионизации газа, в предельных случаях доходящая до полной ионизации всех нейтральных частиц газа. Второй характерный признак плазмы концентрации положительных и отрицательных заряженных частиц в плазме почти равны между собой, и результирующий пространственный заряд практически равен нулю. Последнее обстоятельство приводит к тому, что для плазмы уравнение Пуассона превращается в уравнение Лапласа [c.283]

В результате кратковременного выделения большого количества энергии в тонкой ниточке плазмы, образованной лавинно-стри мерными процессами искрового пробоя, в окружающем воздухе возникает цилиндрическая ударная волна, распространяющаяся от поверхности канала радиально со скоростью большей, чем скорость звука. Температура на фронте волны и непосредственно позади него—норядка 10 000° К п больше. Это приводит к интенсивной ионизации газа сверх плотности ионизации, создавшейся цри прохождении обратной волны потенциала, завершающей ла-винно-стримерные процессы. По мере продвижения ударной волны температура на её фронте понижается и, как показывают результаты оптического исследования по методу Теплера, фронт ударной волны отходит от границы канала. Дальнейшее развитие канала вызывается обусловленным ударной волной движением газа как целого и постоянным выделением энергии тока в канале. [c.362]

От этого ограничения свободен метод зондовых характеристик, которому посвящён 4 главы X. Этот метод позволяет определить некоторые внутренние параметры разряда, тесно связанные с элементарными процессами, а именно концентрацию свободных электронов, степень ионизации газа и среднюю кинетическую энергию беспорядочного (теплового) движения электронов. Одновременно метод изучения зондовых характеристик позволяет со сравнительно большой точностью определить распределение потенциала в разрядном промежутке. Но метод зондовых характеристик приложим и приводит к цели лишь в таких областях разряда, где ионизованный газ представляет собой газоразрядную плазму и где нет направленных электронных пучков. Кроме того, применимость этого метода ограничена определёнными пределами давления газа. Большим недостатком метода зондовых характеристик в отношении изучения элементарных процессов является то, что этот метод не даёт никаких прямых указаний относительно концентрации возбуждённых атомов и молекул. [c.65]

Если смещение, прикладываемое к дополнительному электроду, будет положительным относительно анода, то этот электрод станет для разряда новым анодом, а первоначальный анод (и все, что с ним электрически связано) станет в этом случае вторым катодом. Независимо от площади, анод должен собирать электронный ток, равный сумме токов с обоих катодов. Если площадь анода значительно меньше площади катодов, количество электронов, необходимое для равновесия, уже не сможет попасть на анод путем диффузии в плазме. В этом случае вблизи анода будет накапливаться отрицательный пространственный заряд и возникнет анодное падение потенциала, которого будет достаточно, чтобы ионизовать атомы газа, окружающие анод, и получать дополнительные электроны. Таким образом, падение потенциала у анода малой площади будет одного порядка с потенциалом ионизации газа. [c.412]

Для получения дополнительных электронов можно применить нагреваемый катод, который бы эмиттировал электроны в основном посредством термоэлектронной, а не вторичной эмиссии. В этом случае разряд, который иногда называется низковольтной дугой, обеспечивается электронным током даже в высоком вакууме. Однако в вакууме ток будет ограничиваться пространственным зарядом, поскольку в этом случае в непосредственной близости от катода образуется электронное облако, и весь ток эмиссии сможет попасть на анод лишь тогда, когда к электродам будет приложено очень высокое напряжение. В атмосфере газа низкого давления соударения электронов с атомами газа приводят к генерации ионов, если приложенное напряжение превышает потенциал ионизации газа. Как и в случае самостоятельного тлеющего разряда, медленные ионы будут накапливаться у катода, и здесь возникнет темное пространство. Это темное пространство существенно отличается от катодного темного пространства в самостоятельном тлеющем разряде. Оно состоит из электронной оболочки, непосредственно примыкающей к катоду, и ионной оболочки, граничащей с плазмой. Пространство это часто называют двойной оболочкой. Оно выполняет две функции. Менее важная — это нейтрализовать пространственный заряд электронов, и более важная — служить виртуальным анодом, очень близко расположенным к катоду, так что электрическое поле здесь становится сравнимым с полем в высоком вакууме при очень высоких напряжениях, приложенных ко всей трубке. [c.413]

В плазме зависимость константы скорости диссоциации от температуры становится немонотонной, что связано с колебательным возбуждением молекул электронным ударом. Скорость диссоциации при этом может возрастать на много порядков. Рост степени ионизации при прочих равных условиях вызывает увеличение скорости диссоциации. Температура, при которой наблюдается переход от термической диссоциации к нетермической, инициируемой электронным ударом, увеличивается с ростом степени ионизации газа и средней энергии электронов и зависит от свойств молекул. Так, для молекул азота при степени ионизации 10 переход к термической диссоциации происходит при Т > 6000 К. [c.362]

При разрастании трещин потенциалы увеличиваются пропор- ционально расстоянию между стенками, и происходят разряды, сопровождающиеся ионизацией газа или даже образованием плазмы [4]. Полагают, что поверхностная плотность зарядов при этом достигает 1 Кл/м [8]. [c.133]

При фотохим. р-циях И. в г. могут играть заметную роль только в далекой (коротковолновой) УФ области (см., напр., описанные ниже ионные процессы в земной атмосфере). В плазме электрич. разряда участие И. в г. в хим. р-циях незначительно, т.к., напр., в плазмохим. реакторах т-ра электронов составляет 10 -2-10 К, что соответствует энергии 0,1-2 эВ. Такая энергия достаточна для возбуждения молекул либо их диссоциации, но ионизировать газ способна лишь очень малая доля электронов. Напр., в тлеющем разряде в водороде при давлении 10-100 Па и плотности тока 10 А-см концентрация атомов Н м.б. доведена почти до 100%, а степень ионизации при этом будет менее 1%. В несамостоят. электрич. разрядах, где ионизация газа осуществляется внеш. источником, процессы с участием И. в г. могут играть практически такую же роль, что и в радиационно-хим. превращениях. [c.270]

Мин и Герланд [234] определяли клоназепам в крови и плазме методом ГХ—МС с химической ионизацией (газ реагент NHa), обеспечив селективное детектирование самого клоназепама и его 7 аминометаболита по ионной масс хроматограмме пика иона NHJ Высокая точность и чувствительность были получены за счет использования в качестве внутреннего стандарта меченных по азоту аналогов соединений I и II Чувствительность обнаружения (1 нг/мл для соединения I и 2 нг/мл для соединения II) вполне достаточна для измере- [c.182]

Различаются также высокотемпературная и низкотемпературная плазмы. Для первой характерны температуры, достигающие сотен тысяч градусов, и физические процессы ионизации "и возбуждения частиц, практически являющихся атомами и ионами, возникшими в результате распада молекул. Низкотемпературная плазма характеризует состояние газа в пламенах, в ударных трубах, в электрическом разряде при высоких давлениях. Для низкотемпературной плазмы, которая представляет наибольший интерес для химической кинетики, xapaкtepнo протекание в ней химических процессов. При вызванном последними значительном нарушении равновесного распределения энергии в газе плазма является неизотермической. [c.352]

Для возбуждения разряда необходима предварительная ионизация газа, поскольку напряжение на индукторе значительно меньше напряжения пробоя рабочего газа. С этой целью чаще всего используют высоковольтную искру (катушку Тесла). В ионизированном газе возникает разряд, питаемый магнитным полем. Ток высокой частоты, протекающий через катушку-соленоид, создает переменное магнитное поле. Под его воздействием внутри катушки индуцируется вихревое электрическое поле. Вихревой электрический ток нагревает и ионизгсрует поступающие снизу порции газа за счет джоулевого тепла. Токопроводящая плазма аналогична короткозамкнутой вторичной обмотке трансформатора, магнитное поле которой сжимает кольцевой ток в тор (скин-эффект). [c.375]

Источник с ионизацией ИСП, предназначенный для многоэлементного и изотопного анализа [2, 6-8, 21, 30, 50, 51, 90-95], отличается простотой конструкции и состоит из расгшиителя пробы, горелки индуктивно-связанной плазмы (индукционный плазмотрон) и интерфейса для отбора пробы из плаз ш и экстрагирования ионов. Раствор пробы (несколько мл) накачивается в распылитель, где он диспергируется до размера частиц, равных = 1 мкм. Небольшая часть ( 1%) распыленной пробы вводится в плазменную горелку в потоке аргона со скоростью 10-15 л МШ1 . Газы плазмы собираются конусообразным устройством с отверстием для отбора пробы, которое расположено перед конусообразным скиммером для сбора ионов (рис. 7.7). Для распыления растворов используются ультразвуковые, пневматические и другие распылители. Способ введения жидкой пробы влияет на пределы детектирования. Экспериментально доказано, что ультразвуковое распыление более качественно и при прочих равных условиях обеспечивает на выходе прибора сигнал примерно в 10 раз больший на единицу концентрации, чем пневматическое распыление при анализе проб раствора урана с содержанием несколько НГМ в литре [7]. [c.852]

ТЕМПЕРАТУРА, физическая величина, характеризующая. состояние термодинамич. равновесия макроскопич. системы. Одинакова для всех частей изолиров. системы, если нет перехода энергии (теплоты), от одной части системы к другой. Если изолиров. система не находится в равновесии, то с течением времени переход энергии (теплоты) от более нагретых частей системы к менее нагретым приводит к выравниванию Т. (первый постулат, или нулевое начало термодинамики). Т. определяет распределение образующих систему частиц по скоростям и энергиям (распределение Максвелла — Больцмана), степень ионизации газа (см. Плазма) я др. св-ва в-ва. [c.562]

Следует отметить, что методика, предложенная Бауманном, а также методики, предлагавшиеся ранее Ферми, Фаулером, Юри и другими (см. [97]), строго говоря, не применимы при высоких температурах, когда наступает значительная ионизация атомов газа. В условиях, когда концентрации заряженных частиц велики, вокруг атомов и ионов возникают экранирующие поля, существенно ограничивающие возможность существования атомов и ионов в электронных состояниях с высокими энергиями возбуждения. Очевидно, что в этих условиях, осуществляющихся в плазме, газы не могут рассматриваться как состоящие из индивидуальных компонентов. В то же время учет влияния кулоиовского взаимодействия на энергию системы и величину Пщах при вычислении термодинамических функций индивидуальных веществ невозможен. Поскольку при температурах, когда степень ионизации газа мала, вопрос определения верхнего предела в сумме (П.15) не играет роли, а при высоких температурах (когда степень ионизации газа значительна) точный расчет термодинамических функций индивидуальных газов не может быть выполнен, для оценки верхнего предела этой суммы могут быть использованы приближенные соотношения. [c.74]

Здесь (Зюп — скорость ионизации газа а. (/3)-частицами и оп — частота ионизации электронами плазмы (Зег — скорость электрон-ионной рекомбинации Пе(г), /ге(г), т(г) концентрация, ПОДВИЖНОСТЬ И коэффициент диффузии электронов (ионов), соответственно ( е) — средняя энергия электронов С — коэффициент диффузии энергии электронов — термоэлектрический коэффициент еь — г] — I — вехе П — энергетическая цена образования элек-трон-ионной пары, которая в первом приближении равна удвоенному потенциалу ионизации / ехс — энергия вторичного электрона, идущая на прямое возбуждение атомов, которая может доходить до 30% от полных потерь энергии а (/3)-частиц, — скорость потерь энергии тепловых электронов в упругих и неупругих столкновениях. [c.287]

В коллоидной плазме, образующейся при ионизации газа с минеральной частью угля, ионизирующейся компонентой являются кристаллы простых и сложных окислов, по природе своей близкие к полупроводниковым материалам. Температурная зависимость концентрации носителей тока и электропроводности чистого полупроводника носит экспоненциальный характер, поскольку электронный газ в полупроводнике не находится в вырожденном состоянии и подчшяется законам классической статистики [3, 4]. [c.158]

По мнению Б. Р. Лазаренко и Н. И. Лазаренко [71], при повышении напряжения на электродах концентрация ионов на границе металл — жидкость становится настолько большой, что возникает ударная ионизация, вызывающая свечение электродов. Вследствие происходящих на электроде процессов система усложняется, превращаясь в конце концов в систему жидкость — пар — газ — плазма — металл. При более значит ьном увеличении напряжения [c.41]

Плазменный способ получения синильной кислоты. В последние годы для проведения высокотемпературных эндотермических реакций начали использовать плазму, т. е. высокоионизованный гaз . Нагреваемое вещество вводится тангенциально в камеру форсунки (рис. И), в которой между двумя электродами загорается дуга. Анод имеет отверстие, откуда вытекает плазма. Электроды охлаледаются водой, поскольку температура поверхности катода обычно приближается к температуре его плавления. Часть подводимого в систему тепла теряется при охлаждении электродов, остальное количество расходуется на нагрев, диссоциацию и ионизацию газа, а также превращается в направленную кинетическую энергию. [c.103]

Ионизация газа в положительном столбе происходит равномерно по всему его объёму. Поэтому ч 1СЛ0 заряженных частиц, вновь образуемых соударениями быстрых электронов, пропорционально объёму положительного столба, т. е. пропорционально квадрату радиуса цилиндрической трубки. Таким образом, при яереходе от широкой цилиндрической трубки к узкой при прочих равных условиях на каждом продольном сантиметре трубки чис.ло исчезающих на стенке заряженных частиц уменьшается яропорционально радиусу трубки, а число вновь образуемых ионизацией электронов и положительных ионов убывает пропорционально квадрату этого радиуса, т. е. много быстрее. Поэтому для поддержания стационарного режима положительного столба а узкой трубке требуется более интенсивная ионизация, чем а случае широкой трубки. Но число ионизаций, производимых электронами, зависит от скорости их беснорядочного движения. Те скорости беспорядочного движения, которыми обладает большинство электронов в положительном столбе, лежат в таком интервале, в котором вероятность ионизации ещё возрастает с увеличением энергии электронов. Следовательно, для стационарного режима в узкой трубке требуется большая средняя скорость электроиов в плазме, чем в случае широкой трубки. Средняя скорость беспорядочного движения электронов согласно сказанному, яа стр. 160 гл. VI тем больше, чем больше напряжённость поля. [c.276]

Из выражения (3) следует, что для эффективного использования разряда в рассматриваемой нами конфигурации электродов расстояние между ними должно быть порядка А или больше. В противном случае все электроны, созданные в межэлектродном пространстве в результате ионизации газа, будут вытянуты из разряда и собраны на электроды в течение одного периода. Таким образом, согласно Левитскому [123], плазма ВЧ разряда сосредоточена в области, расположенной симметрично относительно электродов и имеющей протяженность й — 2А (где с — расстояние между электродами). Область плазмы колеблется между электродами с угловой частотой приложенного к электродам напряжения ы и амплитудой А и касается каждого электрода попеременно в моменты времени, когда оз/=л/2 и Зл/2, Концентрация электронов в центральной области довольно постоянна, а вне этой области, в пределах расстояния А от каждого из э.тектродов, быстро спадает по мере приближения к электродам. Левитскнй, определяя величину потенциала плазмы с помощью электрического зонда, показал, что этот потенциал, как и ожидалось, возрастает с величиной приложенного ВЧ напряжения и увеличивается, как показано на рис. 26, с уменьшением давления. (Результаты рис. 26 получены с напряжением на электродах около 350 В.) Помимо зондовых измерений по-генциала плазмы, Левитский экспериментально подтвердил, что некоторые ионы приооретайт энергию порядка разности потенциалов, существующей между плазмой й любым из электродов. Сделал он это путем прямого измерения энергии ионов, падающих на электрод, и получил интересный результат. Оказалось, что максимальная энергия ионов, приходящих на [c.446]

Скорости перечисленных реакций могут отличаться на порядки величин в зависимости от условий истечения, главным образом от степени ионизации газа в области торможения. Для полностью ионизированной плазмы, содержащей двухзарядные и однозарядные ионы, процесс рекомбинации приводит к образованию метастабильпых ионов и атомов, что существенно влияет на кинетическую картину течения, особенно, при введении молекулярного газа (8Рв, СС1г, СО2) в струю плазмы [8, 21]. [c.198]

Электропроводность и свечение возникают в газах не только при нагревании, но и при сильном облучении газа ультрафиолетовыми или рентгеновскими лучами, при действии на газ потока электронов и ионов. Ионизация газов происходит и под влиянием сильного электрического поля. Газ, обладающий свойством электропроводности и свечения, представляет собой фэрму агрегатного состояния вещества, которое получило название плазмы. [c.27]

Ионизация газа в плазме и наличие в ней возбуждённых атомов или молекул поддерживается за счёт неупругих столкнове- тий наиболее быстрых из хаотически движущихся электронов плазмы. Убыль электронов и ионов происходит путём диффузии тех и других к стенкам трубки и рекомбинации их на поверхности стенки. Незначительная доля образуемых в разряде положительных ионов уходит на катод. Вследствие прохождения через газ разрядного тока в плазму постоянно поступает некоторое количество электронов из катодных частей разряда. На анод их уходит такое же количество плюс число электронов, равное числу положительных ионов, уходящих на катод. Плазма однородна. Примером плазмы может служить положительный столб тлеющего разряда, заполняющий всю длину трубки. [c.393]

Элементарные процессы в шнуровом разряде. С увеличением давления газа и с увеличением плотности тока температура по оси положительного столба, отшнуровавшегося от стенок разрядной трубки, поднимается всё больше и больше. Процессы ионизации начинают принимать характер, всё более и более соответствующий чисто термической ионизлции. Средняя кинетическая энергия электронов плазмы приближается к средней кинетической энергии частиц нейтрального газа. Плазма становится близкой по своим свойствам к изотермической плазме. Всё это позволяет решать задачу о нахождении различных параметров разряда, в том числе продольного градиента поля в зависимости от плотности разрядного тока, на основании термодинамических и статистических соотношений. [c.532]