Моделювання високовольтного іонного діода з дротовим катодом при атмосферному тиску азоту

Основний зміст сторінки статті

Ольга Володимирівна Андрієнко
Михайло Сергійович Мельниченко
Сергій Борисович Сидоренко
д.т.н. проф. Анатолій Іванович Кузьмичєв

Анотація

Виконано фізико-топологічне моделювання високовольтного коаксіального іонного діоду з дротовим металевим катодом при атмосферному тиску азоту в гідродинамічному дрейфово-дифузному наближенні. Були враховані реакції іонізації азоту електронами, приєднання електронів до молекул азоту з утворенням негативних іонів, рекомбінації заряджених частинок з протилежними знаками заряду, а також вторинна іонно-електронна емісія катода. Були розраховані в рамках самоузгодженої задачі розподіл потенціалу і густини (концентрації) заряджених частинок в міжелектродному проміжку, густини іонних і електронних струмів на електродах при наступних параметрах: діаметр дротяного металевого катода 0,01-0,16 мм, діаметр трубчастого анода 6 і 20 см, напруга 20-40 кВ, температура газу 300 і 600К. Визначено вплив геометрії, напруги і температури газу на параметри розряду. Розрахункові дані по струму розряду узгоджуються з експериментом. Отримані результати використовуються для розробки пристроїв для обробки металевих проводів та біологічних речовин іонами азоту.

Блок інформації про статтю

Як цитувати
[1]
О. В. Андрієнко, М. С. Мельниченко, С. Б. Сидоренко, і А. І. Кузьмичєв, «Моделювання високовольтного іонного діода з дротовим катодом при атмосферному тиску азоту», Мікросист., Електрон. та Акуст., т. 26, вип. 1, с. 218015–1 , Квіт 2021.
Розділ
Мікросистеми та фізична електроніка

Посилання

Miyamoto, J., Inoue, T., Tokuno, K., Tsutamori, H., & Abraha, P. Surface Modification of Tool Steel by Atmospheric-Pressure Plasma Nitriding Using Dielectric Barrier Discharge. Tribology Online, 11(3), 460–465, 2016. DOI: https://doi.org/10.2474/trol.11.460.

Y. Yoshimitsu, R. Ichiki, K. Kasamura, M. Yoshida, S. Akamine, & S. Kanazawa, “Atmospheric-pressure-plasma nitriding of titanium alloy”, Japanese Journal of Applied Physics, 54(3), 030302, 2015. DOI: https://doi.org/10.7567/jjap.54.030302

R. Milani, R. Cardoso, P. Belmonte, T. Figueroa, C. A. Perottoni, C. A. Zorzi, J. E. Baumvol, I. J. R. “Nitriding of yttria-stabilized zirconia in atmospheric pressure microwave plasma” Journal of Materials Research, 24(06), 2021–2028, 2009. DOI: https://doi.org/10.1557/jmr.2009.0245

Andrzej R. Olszyna, Aleksandra Sokolowska, Barbara Kulakowska-Pawlak, Jerzy Dora, “Surface Modification of Al2O3-Cr Ceramic by Non-isothermal N2 Plasma Treatment at Atmospheric Pressure” Plasma Process. Polym, 4, S507–S511, 2007. DOI: https://doi.org/10.1002/ppap.200731216

I. M. Pastukh, “Teoriya i praktika bezvodorodnogo azotirovaniya v tleyushhem razryade”, Kha`kov: NNC HFTI, 2006. ISBN: 966-8855-14-0

A.V. Samusenko, Yu.K. Stishkov, "Elektrofizicheskie proczessy v gazakh pri vozdejstvii silnykh elektricheskikh polej”, Uch.-metod. Posobie.– SPb.: VVM, 2012.

Alyen Abahazem, Hasna Guedah, Nofel Merbahi, Mohamed Yousfi, Olivier Eichwald, Ahmed Ihlal, “Energy Injected in Multi-tip Pulsed Corona Discharge Reactor in Air at Atmospheric Pressure for Pollution Control”, Materials Today: Proceedings, 2(9), 4694–4700, 2015. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2015.10.001

S. Guceri, A. Fridman (eds.), Plasma Assisted Decontamination of Biological and Chemical Agents, Springer, 2008. ISBN: 978-1-4020-8439-3.

V. M. Elinson, A. V. Shvedov, Yu. Kukushkin, “Optical properties of fluorocarbon coatings obtained by ion-plasma method at atmospheric pressure in dynamic mode of deposition”, J. Phys.: Conf. Ser. 1396 012014, 2019. DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1396/1/012014

V. M. Elinson, E. D. Kravchuk and P. A. Schur, “The study of relief parameters of fluorocarbon coatings antiadhesive to microorganisms formed on polymer materials”, J. Phys.: Conf. Ser. 1396 012015, 2019. DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1396/1/012015

O.V. Andrіenko, І.M. Drozd, A.І. Kuzmichєv, “Gas discharge atmospheric pressure systems for the biomedical use”, Elektronna ta akustichna іnzhenerіya., vol.3, no.3, pp. 5-10, 2020. DOI: https://doi.org/10.20535/2617-0965.2020.3.3.198711

H. Tanaka, K. Ishikawa, M. Mizuno et al., “State of the art in medical applications using non-thermal atmospheric pressure plasma,” Rev. Mod. Plasma Phys., vol. 1, no. 3, pp. 1–90, 2017. DOI: https://doi.org/10.1007/s41614-017-0004-3.

D.B. Graves, “Mechanisms of Plasma Medicine: Coupling Plasma Physics, Biochemistry, and Biology”, IEEE Trans. Rad. Plasma Med. Sci., vol. 1, no. 4, pp. 281–292, 2017. DOI: https://doi.org/10.1109/TRPMS.2017.2710880.

Th. von Woedtke, H.-R. Metelmann, K.-D. Weltmann «Clinical Plasma Medicine: State and Perspectives of in Vivo Application of Cold Atmospheric Plasma,» Contrib. Plasma Phys., vol. 54, no. 2, pp. 104–117, 2014. DOI: https://doi.org/10.1002/ctpp.201310068.

Th. von Woedtke, S. Reuter, K. Masur, «Plasmas for medicine,» Physics Reports, vol. 530, no. 4, pp. 291–320, 2013. DOI: https://doi.org/10.1016/j.physrep.2013.05.005

M. Laroussi, M. Kong, G. Morfill, W. Stolz (eds.), “Application of low-temperature gas plasmas in medicine and biology”, Plasma Medicine, Cambridge Univ. Press, 2012. ISBN: 978-1107006430

Z. Machala, K. Hensel, Yu. Akishev (eds.), “Plasma for Bio-Decontamination”, Medicine and Food Security, Springer, 2012.URL: https://www.springer.com/gp/book/9789400728516

D.B. Graves, “The emerging role of reactive oxygen and nitrogen species in redox biology and some implications for plasma applications to medicine and biology,” J. Phys. D. Appl. Phys., vol. 45, no. 26, pp. 263001-1–263001-42, 2012. DOI: https://doi.org/10.1088/0022-3727/45/26/263001.

M. Laroussi, “Low-temperature plasmas for medicine” IEEE Trans. Plasma Sci., vol. 37, no. 6, pp. 714–725, 2009. DOI: https://doi.org/10.1109/TPS.2009.2017267

V. N. Vasilets, A. F. Gutsol, A. B. Shekhter, A. Fridman, “ Khimiya vysokikh energy” Plasmennaya meditsina [Plasma medicine], vol. 43, no. 3, pp. 276–280, 2009. URL: https://revolution.allbest.ru/medicine/d00418889.html

M. Kong, G. Morfill, T. Nosenko et al., «Plasma medicine: an introductory review,» New J. Phys., vol. 11, pp. 115012-1–115012-35, 2009. DOI: https://doi.org/10.1088/1367-2630/11/11/115012.

G. Fridman, G. Friedman, A. Gutsol et al., “Applied Plasma Medicine”, Plasma Proc. Polym., vol. 5, no. 6, pp. 503–533, 2008. DOI: https://doi.org/10.1002/ppap.200700154.

A. I. Kuzmichev, V.D. Tsydelko, «Primenenie razryadov atmosfernogo davleniya s netermicheskoy plasmoy i vtorichnymi emitterami v biomedichinskoy apparature [Application of atmospheric pressure discharges with non-thermal plasma and secondary emitters in biomedical apparatus],» Kharkovskaya chirurgicheskaya shkola, no. 3 (26), pp. 199-200, 2007.

Yu. P. Rajzer, “Fizika gazovogo razryada” - 3-e izd., pererab. i dop. - Dolgoprudny`j:Intellekt, 2009. ISBN: 978-5-91559-019-8

A. Talsky, O. Štec, M. Pazderka, and V. Kudrle, “Kinetic Study of Atmospheric Pressure Nitrogen Plasma Afterglow Using Quantitative Electron Spin Resonance Spectroscopy”, Journal of Spectroscopy, Article ID 5473874, 10 pages, 2017. DOI: https://doi.org/10.1155/2017/5473874

T. N. Zubkov, A. V. Samusenko, Yu. K. Stishkov. “Modelirovanie ochagovoj formy otriczatelnogo koronnogo razryada v sisteme elektrodov igla-ploskost”, Elektronnaya obrabotka materialov, 49(6), 30–35, 2013.

P. Sattari, K. Adamiak, “Numerical Simulation of Trichel Pulses in a Negative Corona Discharge in Air” IEEE. Transactions on Industry Applications, vol. 47, 1935–1943, 2010. DOI: https://doi.org/10.1109/tia.2011.2156752

E. V. Kislyakova, “Modelirovanie koronnogo razryada v elektrootriczatelnom i nejtralnom gazakh”, Molodoj uchyonyj, # 2 (61), p. 62-67, Fevral, 2014. URL: https://moluch.ru/archive/61/9226/

A. V. Buyanov, I. A. Elagin, M. A. Pavlejno, Yu. K. Stishkov, A. A. Statuya, “Modelirovanie koronnogo razryada metodom Dejcha-Popkova v srede ANSYS”, Sbornik dokladov 7-j Mezhdunarodnoj nauchnoj konferenczii “Sovremennye problemy elektrofiziki i elektrogidrodinamiki zhidkostej”, 2003.

Plasma Module User’s Guide. [Online]. Available: https://doc.comsol.com/5.4/doc/com.comsol.help.plasma/PlasmaModuleUsersGuide.pdf

J. Michael, Brunger, J. Stephen, “Buckman Electron–molecule scattering crosssections” I. Experimental techniques and data for diatomic molecules, Physics Reports, vol. 357, pp. 215-458, 2002. DOI: https://doi.org/10.1016/S0370-1573(01)00032-1

O.V. Andrіenko, І.M. Drozd, A.І. Kuzmichєv, “Generator ozonu na koronnomu rozryadі z drotovim katodom”, Prikladnі naukovo-tekhnіchnі doslіdzhennya: zb. tez dop. ІV mіzhnar. nauk.-prakt. konf., m. Іvano-Frankіvsk, 1-3 kvіt. Іvano-Frankіvsk, Tom.1, S. 121-122, 2020.

Статті цього автора (авторів), які найбільше читають