SCI Библиотека

Представлены результаты исследования плазменного пиролиза метана с использованием плазмотрона постоянного тока с полыми электродами. Дуговая мощность
плазмотрона составляла 40–50 кВт, расход метана 0,7–1,6 г/с, соотношение расходов метана, подаваемого в реактор и плазмотрон, варьировалось в диапазоне 0–1,63.
Показано, что при увеличении отношения этих потоков концентрация водорода
уменьшается, при этом растет доля не превращённого метана. Зависимость выхода
ацетилена проходит через максимум в диапазоне отношений 0,6–1,3 с достижением
объемной концентрации на уровне 10,52 %. Степень конверсии метана в плазмотроне
достигает 98–99 %, а объемная концентрация водорода – 92–97 %.

Предложен метод плазмохимического рафинирования металлургического кремния. Метод основан, во-первых, на испарении легколетучих примесей за счет быстрого разогрева металлургического кремния с помощью электронного пучка. Во-вторых, на переводе труднолетучих примесей в их легколетучие соединения в химически актив-ной электронно-пучковой плазме. И в-третьих, на перекристаллизации полученного кремния под действием электронного пучка. Указанным методом на лабораторном оборудовании проведено рафинирование металлургического кремния. Показано, что за счет использования перекристаллизации кремния под действием электронного пучка эффективность рафинирования существенно увеличена.

Рассмотрены конструкции плазмотрона переменного тока и созданной на его базе плазмохимической установки по получению высокодисперсных порошков тугоплавких металлов, представлены экспериментальные исследования основных рабочих параметров и характеристик плазмотрона.

Предложена расчетно-экспериментальная методика оценки параметров стационарной пучковой плазмы: средних по ее объему концентрации свободных электронов и степени ионизации газовой компоненты. Мощность пучка электронов, как и длина их пробега, находятся по измерениям вольтамперной характеристики и энергетической эффективности генераторов электронных пучков. Степень ионизации смеси газов рассчитана в предположении баланса процессов ионизации и рекомбинации заряженных частиц. Показано, что в плазме, созданной генератором электронного пучка в смеси газов среднего давления, ключевую роль в рекомбинации играет диссоциативная рекомбинация частиц. Даны оценки достоверности исходных допущений. Используя измеренные вольтамперные характеристики, проведены расчеты характеристик плазмы в смеси газов (О2 – 20,9 %, N2 – 78,1 %, пары H2O – 1 %) при давлении от 1 до 2,5 кПа.

Рассматриваются особенности плазмохимического процесса получения карбида вольфрама с использованием плазмотрона переменного тока, синтез проведен в плазме водорода и метана. Процесс получения карбида вольфрама заключается в следующем: порошок оксида вольфрама WO3 подвергается воздействию плазменного потока H2 и CH4 с максимальной температурой до 10000 K. В большинстве экспериментов, расход газовой смеси составил до 0,02 г/с, мощность плазмотрона до 3 кВт. Для полученных образцов были проведены рентгенофазовый анализ, сканирующая электронная микроскопия и элементное картирование. Установлено, что при синтезе получен карбид вольфрама WC, его размеры находятся в пределах 5–20 мкм.

Приводятся результаты экспериментальных исследований параметров подводного разряда переменного тока частотой 50 Гц, горящего между двумя проволочными электродами из меди, молибдена и стали (Ст3). В результате моделирования процессов, протекающих в газовом пузыре установлен предварительный состав газовой фазы и концентрации основных активных частиц плазмы.

Представлены результаты исследования особенностей работы трехфазного плазмотрона переменного тока мегаваттной мощности при использовании в качестве рабочего тела углекислого газа. Получены данные по вольтамперной характеристике плазмотрона, а также по скорости уноса наиболее теплонапряженных узлов: электродов и конфузоров. Данные по уносу получены путем взвешивания исследуемых узлов после циклов их работы. Режимы работы плазмотрона варьировались в диапазоне: дуговая мощность: 0,92–1,2 МВт, ток: 345–400 А, расход углекислого газа 110 г/с. Проведено сравнение скорости уноса электродов и конфузоров при работе плазмотрона на CO2 и воздухе.

Приводятся результаты экспериментальных исследований интенсивности собственного вакуумного ультрафиолетового (ВУФ) излучения разряда в водороде, поддерживаемого в открытой магнитной ловушке мощным излучением гиротрона (частотой f = 28 ГГц и мощностью до Pgyr = 5 кВт) в условиях электронного циклотронного резонанса (ЭЦР) в непрерывном режиме. Были определены параметры, соответствующие оптимальным условиям генерации ВУФ-излучения плазмой ЭЦР-разряда. Показано, что мощность излучения в диапазоне l = 120–160 нм достигает W = 0,75 кВт, что соответствует эффективности в h = 20 %.

Исследована пространственно-временная динамика плазмы симметричного двухчастотного 81 МГц/1.76 МГц емкостного разряда под действием поля низкой частоты 1.76 МГц. С помощью метода фазово-разрешенной оптической эмиссионной спектроскопии получена динамика интенсивности излучения аргона и ксенона в плазме. Выполнены измерения функции распределения электронов по энергии в центре разряда с помощью зонда Ленгмюра и измерения плотности электронов с помощью СВЧ-зонда. Основным результатом является динамика отношений интенсивности выделенных линий аргона и ксенона в зависимости от разных условий: при давлениях 40, 200 и 400 мТорр, амплитуде напряжения НЧ 100, 200 и 400 В, вложенной мощности на 81 МГц 3 Вт и 15 Вт. Исследована динамика высокоэнергичных электронов на основе двухтемпературной аппроксимации функции распределения электронов по энергии.

Дано описание физических принципов и современной техники получения спонтанного вакуумного ультрафиолетового излучения для трёх случаев: формирование линейчатых спектров атомов, линейчатых спектров многозарядных ионов и континуальных спектров эксимерных молекул. Параметры источников излучения соотнесены с их приложениями ‒ реальными и потенциальными. Представлены различные принципиальные схемы формирования вакуумного ультрафиолетового излучения: с использованием ВЧ-разрядов H- и E-типа; разряда в полом катоде; тлеющего, барьерного и дугового разрядов; высоковольтного наносекундного разряда в промежутках с резко неоднородным распределением напряженности электрического поля; лазерные, разрядные и гибридные схемы для формирования излучения многозарядных ионов; возбуждение газовых мишеней в условиях гиротронного подогрева плазмы. Обзор охватывает уровень техники за последние 20 лет