A gyorsan folyó plazma-kémiai folyamatok bemutatása a számítógépes tomográfia módszerén alapulva
A TUDOMÁNYOS TOMOGRÁFIA MÓDSZERRŐL SZÓLÓ GYORS-VÉDELMI PLAZMOCHÉMIAI FOLYAMATOK MEGJELENÍTÉSE
Vizsgálják a nagy entalpium metán plazma és metán plazma-kémiai reaktor kölcsönhatását. A plazmaáramlás fényregényes regisztrálásán alapuló fotókeresés és számítógépes tomográfiás módszerek alkalmazásával a plazmaáram és a pihentető gáz kölcsönhatásának vizuális megjelenítése. A reagenszónák térszerkezetének tomográfiás rekonstrukcióját és fejlődésük dinamikáját a mikroszekundumos időskorú skálán végezték először. A reagens zónákat az atomhidrogén (Ha vonal) és a molekuláris szén (Swan sávok) kibocsátásával határoztuk meg. A rekonstrukciót a maximális entrópia módszer alapján algoritmussal végeztük. A kapott eredmények lehetővé tették a felszabaduló reagenszónák térbeli időbeli szerkezetének azonosítását és az áramlás lökéshullámának az összefüggését.
PACS: 82,33.Xj, 52,70.-m
Az elmúlt években jelentős figyelmet szenteltek a koncentrált energiafluxusoknak az anyagra gyakorolt hatásával összefüggő jelenségek alapos tanulmányozására, és különösen a nagy entalpiájú plazmaáramok anyaggal való kölcsönhatására. Az ilyen jelenségek iránti érdeklődés a plazma és a nanotechnológia új lehetőségeinek köszönhető. Az elektrodinamikai plazma gyorsulással kapcsolatos korábbi munkák lehetővé tették olyan források osztályát, amelyek nagy entalpiájú plazmafluxusokat állítanak elő, szélesen beállítható paramétertartományokkal. Ennek az iránynak további fejlesztése a plazma-kémiai reaktorokban zajló folyamatok mélyebb megértését igényli.
Ebben a tanulmányban tanulmányozták a metán-plazma nagy entalpiájú áramának és a pihentetett gáz (szintén metán) kölcsönhatását egy plazma-kémiai reaktorban. A plazmát erős impulzusos kisülések indítják el, és egy mágneses mezőt 5 km / s nagyságú szuperszonikus sebességgel gyorsítják fel. A plazmaáram átmérője 2 cm volt, ami azt jelenti, hogy kis energiatartalmú plazmában nagy energia kumuláció történik. Az ilyen plazma áramlásának hatása a gázra mikroszekundum időskálákban alakul ki. A plazmaáramok és a pihentetett gáz kölcsönhatásának téridős képének vizsgálata rendkívül fontos a plazma-kémiai reaktorokban zajló folyamatok megértésének és a későbbi lehetőségeknek a megértése szempontjából
irányítása és ellenőrzése. Hasonló probléma megoldható egy átfogó megközelítéssel, amely ötvözi az optikai diagnosztikai módszereket a gyors fotófelvétel és a számítógépes tomográfia matematikai módszerei alapján. A fotóriatárolás lehetővé teszi a plazma térfogatához illeszkedő emissziós jellemzők integrálását. Ennek a megközelítésnek az egyik legfontosabb előnye a nem invazivitás, azaz nem invazivitás. A mérési folyamat során nincs önmagában a plazma paramétereinek perturbációja. A számítógépes tomográfia algoritmusai lehetővé teszik a sugárzási együtthatók helyi értékének kiszámítását. A termodinamikai egyensúly feltételei között ezek az együtthatók a Boltzmann-Saha kapcsolatokon keresztül kapcsolódnak az elektronhőmérséklethez és a sűrűséghez. Egyetlen egyensúlyi plazmában ezek arányosak a sugárzó atomok és ionok sűrűségének helyi értékével bizonyos izgatott állapotokban. A plazma-kémiai reaktorokban a megfelelő elemek kibocsátási együtthatóinak eloszlása jellemzi a reagenszónák térbeli szerkezetét.
A számítógépes tomográfia modern algoritmusai és módszerei lehetővé teszik a plazma térbeli paramétereinek rekonstrukcióját, beleértve a kellően vékony belső struktúrákat. A számítógépes tomográfia hatékony módszer a magas hőmérsékletű és alacsony hőmérsékletű plazmák diagnosztizálására. Jelenleg a tomográfiás technikák fejlettebbek a lágy x-
sugárzás magas hőmérsékletű plazmaforrásokban, mint tokamák és sztellarátorok. Ami az alacsony hőmérsékletű plazmát illeti, a tanulmányok többsége axiálisan szimmetrikus plazma tárgyakhoz kapcsolódik, amelyek rekonstrukciója egy látószög elegendő. Azonban az olyan tárgyakat, amelyek nem szimmetrikusak egy fokig, gyakran találhatók reális plazma kísérletekben. Nagy erőfeszítések olyan algoritmusok és módszerek létrehozására irányulnak, amelyek képesek rekonstruálni az ilyen plazmaelemek meglehetősen részletes szerkezetét. Abban az esetben, axiális szimmetria a plazma vagy plazma gyenge zavarások szimmetria helyreállítják a térbeli paraméterek alapján lehetséges projekciós nyert adatok a minimális számú szögek a megfigyelés. Például, az [1] tomográfiás rekonstrukció a térbeli sűrűség eloszlását a gerjesztett higany atomok bocsátanak hullámhosszon 546,1 nm-nél egy nagyfrekvenciás elektród nélküli kisülési végeztünk. A rekonstrukciót a maximális entrópia módszer alapján algoritmussal végeztük. A kapott eredmények azt mutatták, hogy a 73 E 'állapotban a sugárzó higany atomok sűrűségének minden működési módjára jellemző a minimális közepes és a lámpa falához közeli maximum jelenléte. A [2] -ben a tomográfiás megközelítés alapján az elektronsűrűség eloszlását lézersugárzás által generált plazmában mágneses mező jelenlétében végeztük. A tengelyirányú szimmetria enyhe megsértését feltételezték, ami lehetővé tette a két egymásra merőleges irányból történő rekonstrukciót. A [3] -ben a króm atomok sűrűségének térbeli eloszlásának tomográfiás rekonstrukcióját hajtottuk végre ívplazmában.
Ebben a munkában végeztünk tomográfiás rekonstrukció térbeli-időbeli eloszlása a sugárzás együtthatók atomos hidrogén (H vezetéken keresztül „) és a szén-molekulák C2 (Swann a sáv) egy plasmochemical reaktorban. A rekonstrukciós módszerként a maximális entrópia módszert alkalmazták. A maximális entrópia módszeren alapuló algoritmust korábban [4, 5] dolgozták ki, és numerikus szimulációban és valós kísérletekben teszteltem. A számítások azt mutatták, hogy ez az algoritmus jó minőségű rekonstrukciót nyújt igen korlátozott számú mérési szög esetén is. Ebben a cikkben egy szimmetrikus forrás egyképes rekonstrukciójára használják.
Ábra. 1. A telepítési terv.
A kísérleteket egy olyan berendezésen hajtottuk végre, amelynek rendszere a 3. ábrán látható. 1. A vizsgált folyamatok egy lezárt hengeres tartályban (1) vannak elhelyezve, amelynek átmérője 350 mm és magassága 400 mm. Az észlelést optikai ablak (3) segítségével végeztük, amelynek fényátmérője 100 mm volt. Ennek koaxiális plazma alkalmazott gyorsító elektrodinamikus gyorsító (Marshall gun) (2), amely lehetővé teszi generációs plazma vérrögök széles sebességtartomány - egy pár, hogy több tíz kilométer másodpercenként kezdeti gáznyomás akár több ezer Pa. A 300 mm-es plazma gyorsító csatorna belső átmérője 20 mm. A kondenzátor bank kapacitása (4) 6,6 μF, üzemi feszültsége 30 kV. Kapcsolóként egy ellenőrzött levezetőt (5) használnak. A telepítés munkakörülményei a következők. Az indítás előkészítése a munkamennyiség 5 Pa (7) alatti nyomásra való evakuálását jelenti, majd földgázt 250 Pa nyomásig töltve. Ezután feltölti az akkumulátort, és elkészíti a mérő- és rögzítő eszközöket az indításhoz. Az akkumulátor lemerülése egy plazma (6) kialakulását eredményezi, amelyet elektrodinamikai erők nagy sebességgel gyorsítanak, az elülső lökéshullámmal. Ezután az áramlás a vizsgált gázzal töltött térbe jut. A nagy entalpiájú plazmaáramlást egy nyugvó gázon átnyúlva sokféle hullámhossz, termikus, plazmacémiai és sugárzó folyamatok kísérik, amelyek mikroszekundum időskálákkal jellemezhetők. E munka célja az volt, hogy tanulmányozzák a gyorsítóból származó plazma-befecskendezés folyamat térbeli-időbeli jellemzőit reaktív közegként. A sugárzás spektrális összetételének és a sugárzási együttható térbeli eloszlásának rögzítése és vizsgálata különböző spektrumtartományokban,
Ábra. 2. A sugárzási spektrum.
adatokat kaptunk a vizsgált jelenségek térbeli szerkezetére és jellemző időtartamaira vonatkozóan.
A kísérletekben a sugárzási spektrumot regisztráltuk a reakcióterületről, a folyamat nagy sebességű fényképfelvételét, a gázpedálon lévő feszültség mérését és a gázáramlási áramot. A spektrum a sugárzás integrált idővel rögzített a következő keskeny (a sorrendben: 1 mm szélességű és egy magassága körülbelül 80 mm) a függőleges régió található a parttól 15 mm-re a végétől a gázpedál csatorna (vonal (a) ábrán. 1) egy spektrográf keresztbe a STE-1 diszperziója. A kép tanulmányi alapult belépő rés a spektrográf, amely lehetővé tette, hogy értékelje a függését az emissziós spektrum a távolság a tengely a gázpedál. A régió közepén a csatorna tengely mentén helyezkedik el.
A fotográfiai beolvasások regisztrálása a gázpedál két irányban és a tengely mentén helyezkedett el. A rekonstrukcióhoz használt 13 keresztmetszet legkülső részének elhelyezkedése vázlatosan a 3. ábrán szaggatott vonallal (b) és (c) látható. 1. A tengely mentén elhelyezkedő rés az ábrán a (d) vonal jelzi. Ez utóbbi esetben rögzítették a gázáram tengelyirányú régiójának sugárzását a gázpedál mentén. Az így kapott fényforrást a felvett fotoreszkének szinkronizálására használtuk
0 10 20 30 40 t, μs
Ábra. 3. Hosszú fényképfelvétel.
a rés keresztirányú elrendezésével, ahol a fényterületek tengely mentén történő mozgását a gázpedál végétől különböző távolságokban figyeljük meg. Az ilyen szinkronizálás szükséges a tomográfiás rekonstrukcióhoz. A keresztmetszetek 5 mm-es lépésekben voltak elrendezve. A folyamat megismételhetőségét a kezdetektől kezdve teszteltük és elég magasnak bizonyult
A cikk további olvasásához meg kell vásárolnia a teljes szöveget. A cikkeket PDF formátumban küldi el a fizetéskor megadott e-mailre. A szállítási idő kevesebb, mint 10 perc. Egy cikk ára 150 rubel.