Dohasínající plazma čistého dusíku a dusíku obsahujícího příměsi halogenovaných uhlovodíků

Post-discharges in Pure nitrogen and in Nitrogen Containing Halogenated Hydrocarbon Traces

book

en

The work presents the results obtained during the spectroscopic observations of post-discharges of the pure nitrogen plasmas and nitrogen plasmas containing traces of hydrocarbons and halogenated hydrocarbons. The DC and microwave discharges have been used for plasma generation. The plasma have been studied by the emission spectroscopy of three nitogen and two CN spectral systems. The N2(B)N2(C)and N2+(B)vibrational distributions have been studied as a function of decay time at wall temperatures in the interval of 77-300 K in the pure nitrogen DC afterglow. The quenching of the nitrogen pink afterglow by the hydrocarbon traces was directly studied and it was shown that the maximum of the pink afterglow intensity is decreasing proportionaly to the increase of the methane concentration. The position of the maximum emission is also lineary shifted to the later decay times. The vibrational distributions of N2(B)and CN(A) states have been studied as a function of the methane concentration at six selected decay times at wall temperatures of 77 K and 300 K. The influence of hydrocarbon presence on the other observed spectral systems was studied at the same experimental conditions throug the selected band, only, due to the strong overlapping of these systems. The strong CN violet system emission was measured at higher hydrocarbon concentrations, especialy at the wall temperature of 77 K. Due to the very high sensitivity to the methane presence a new method of hydrocarbon traces detection in pure nitrogen was proposed and further developed. For its application in determination of the polymer material destruction the influence of various partially or fully halogenated hydrocarbons was verified. The detection limit of this method is about 0.05 ppm of carbon atoms in the pure nitrogen. The direct measurements of the destruction of polyethylene and polypropylene samples were presented. On the base of the experimental results, the appropriate kinetic model of the plasma excited in pure nitrogen and in nitrogen with carbon containing traces was designed. The specific state-to-state energy transfer reactions among the studied states and nitrogen vibrationally excited ground state are presented.

Práce přináší výsledky získané během spektroskopických pozorování dohasínajícího stejnosměrného a mikrovlnného plazmatu buzeného v čistém dusíku a v jeho směsích s uhlík obsahujícími stopovými příměsemi. Plazma bylo studováno emisní spektroskopií tří spektrálních systémů dusíku a dvou systémů radikálu CN. Vibrační rozdělení stavů N2 (B 3 g), N2 (C 3 u) a N2+ (B 2 u+) bylo měřeno v čistém dusíku v závislosti na čase rozpadu stejnosměrného plazmatu při teplotě stěny v rozmezí 77 – 300 K. Podrobně bylo proměřeno zhášení tzv. "pink afterglow" vlivem přítomnosti uhlovodíků v plazmatu, přičemž se ukázalo, že intenzita maximálního vyzařování klesá přímo úměrně s růstem koncentrace uhlíku ve výboji a současně se posunuje maximum vyzařování k pozdějším časům v rozpadu. V závislosti na koncentraci metanu byly studovány změny vibračních populací stavů N2 (B 3 g) a CN (A 2 ) v šesti vybraných časech rozpadu při teplotách 77 a 300 K. Vliv příměsi na ostatní spektrální systémy byl studován za stejných podmínek pomocí intenzit vybraných spektrálních pásů, neboť vzájemný překryv těchto systémů znemožňuje stanovení vibračních populací příslušných stavů. Byla pozorovány silná emise fialového systému CN, zejména za snížené teploty. Na základě vysoké citlivosti dohasínajícího dusíkového plazmatu na přítomnost uhlíku jsme navrhli a vyvinuli novou metodu pro stanovování rozpadu polymerních materiálů. Její detekční limit byl stanoven na cca 0,05 ppm uhlíkových atomů v čistém dusíku. Metoda byla pokusně použita pro měření rozpadu polyetylénu a polypropylénu. Na základě experimentálních výsledků byl vytvořen model kinetických procesů probíhajících v dohasínajícím plazmatu v čistém dusíku obsahujícím stopové příměsi uhlovodíků a současně byly stanoveny konkrétní reakce mezi jednotlivými excitovanými stavy.

The work presents the results obtained during the spectroscopic observations of post-discharges of the pure nitrogen plasmas and nitrogen plasmas containing traces of hydrocarbons and halogenated hydrocarbons. The DC and microwave discharges have been used for plasma generation. The plasma have been studied by the emission spectroscopy of three nitogen and two CN spectral systems. The N2(B)N2(C)and N2+(B)vibrational distributions have been studied as a function of decay time at wall temperatures in the interval of 77-300 K in the pure nitrogen DC afterglow. The quenching of the nitrogen pink afterglow by the hydrocarbon traces was directly studied and it was shown that the maximum of the pink afterglow intensity is decreasing proportionaly to the increase of the methane concentration. The position of the maximum emission is also lineary shifted to the later decay times. The vibrational distributions of N2(B)and CN(A) states have been studied as a function of the methane concentration at six selected decay times at wall temperatures of 77 K and 300 K. The influence of hydrocarbon presence on the other observed spectral systems was studied at the same experimental conditions throug the selected band, only, due to the strong overlapping of these systems. The strong CN violet system emission was measured at higher hydrocarbon concentrations, especialy at the wall temperature of 77 K. Due to the very high sensitivity to the methane presence a new method of hydrocarbon traces detection in pure nitrogen was proposed and further developed. For its application in determination of the polymer material destruction the influence of various partially or fully halogenated hydrocarbons was verified. The detection limit of this method is about 0.05 ppm of carbon atoms in the pure nitrogen. The direct measurements of the destruction of polyethylene and polypropylene samples were presented. On the base of the experimental results, the appropriate kinetic model of the plasma excited in pure nitrogen and in nitrogen with carbon containing traces was designed. The specific state-to-state energy transfer reactions among the studied states and nitrogen vibrationally excited ground state are presented.

Nitrogen post-discharge, kinetic processes, polzmer disintegration, molecular spectrosopy

2003

20.09.2003

1

Tomsk, Rusko

1898326444

Post-discharges in Pure nitrogen and in Nitrogen Containing Halogenated Hydrocarbon Traces

128