Перейти до вмісту
Мікросистеми, Електроніка та Акустика
ISSN 2523-4447 · e‑ISSN 2523-4455 Відкритий доступ · CC BY-SA 4.0
Т. 26 · № 1 · 2021 кві 29, 2021 Мікросистеми та фізична електроніка

Моделювання високовольтного іонного діода з дротовим катодом при атмосферному тиску азоту

ОА
Ольга Володимирівна Андрієнко Відповідальний Національний Технічний Університет України «Київський Політехнічний Інститут імені Ігоря Сікорського» Україна
ММ
Михайло Сергійович Мельниченко ТОВ ТД ОТТОМ Україна
СС
Сергій Борисович Сидоренко Національний Технічний Університет України «Київський Політехнічний Інститут імені Ігоря Сікорського» Україна
АК
Анатолій Іванович Кузьмичєв Національний Технічний Університет України «Київський Політехнічний Інститут імені Ігоря Сікорського» Україна
Сторінки218015-1 - 218015-6 Опублікованокві 29, 2021
PDF
ТОМ 26 · № 1 · 2021 Переглянути випуск

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.

Ключові слова

Посилання

  1. 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 .
  2. 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
  3. 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
  4. 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
  5. I. M. Pastukh, “Teoriya i praktika bezvodorodnogo azotirovaniya v tleyushhem razryade”, Kha`kov: NNC HFTI, 2006. ISBN: 966-8855-14-0
  6. A.V. Samusenko, Yu.K. Stishkov, "Elektrofizicheskie proczessy v gazakh pri vozdejstvii silnykh elektricheskikh polej”, Uch.-metod. Posobie.– SPb.: VVM, 2012.
  7. 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
  8. S. Guceri, A. Fridman (eds.), Plasma Assisted Decontamination of Biological and Chemical Agents, Springer, 2008. ISBN: 978-1-4020-8439-3.
  9. 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
  10. 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
  11. 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
  12. 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 .
  13. 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 .
  14. 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 .
  15. 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
  16. 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
  17. 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
  18. 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 .
  19. 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
  20. 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
  21. 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 .
  22. 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 .
  23. 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.
  24. Yu. P. Rajzer, “Fizika gazovogo razryada” - 3-e izd., pererab. i dop. - Dolgoprudny`j:Intellekt, 2009. ISBN: 978-5-91559-019-8
  25. 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
  26. 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.
  27. 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
  28. 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/
  29. 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.
  30. Plasma Module User’s Guide. [Online]. Available: https://doc.comsol.com/5.4/doc/com.comsol.help.plasma/PlasmaModuleUsersGuide.pdf
  31. 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
  32. 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.
§ 06 — Пов'язані

Схожі статті в цьому журналі

Пов'язані рецензовані дослідження, опубліковані в цьому журналі.
Усі випуски

Механічно перелаштовувана антена з іонно-полімерним металевим композитом

Artem Serhiyovych Chernov, Oleksii O. Malyshok, Victor Anatoliiovych Kazmirenko, Irina Petrivna Holubeva, Yuriy Vasylovych Prokopenko, Guy A. E. Vandenbosch

Розглядається актуальна задача створення антен для сучасних бездротових систем, здатних до роботи у різних частотних діапазонах. Зазвичай для перелаштування частоти…

#структура з відхиленням електрода #фільтена #перелаштування частоти #актюатор ІМПК
с. 343504.1-343504.6
10.20535/2523-4455.mea.343504

Модель генератора Маркса для генерації коронного розряду у повітрі

Andrii Viktorovych Melnyk, Oleh Mykolaiovych Bevza, Anatolii Ivanovych Kuzmichiev

У статті розглянуто роботу генератора Маркса з навантаженням у вигляді від'ємного коронного розряду в повітрі за атмосферного тиску та побудовано його електричну модель.…

#коронний розряд #генератор Маркса #висока напруга #іонізація
с. 324599.1-324599.8
10.20535/2523-4455.mea.324599

Взаємодія срібних наночастинок з підкладкою в умовах плазмонного резонансу

Yurii I. Mysiuk, Yurii B. Smachylo, Oleksandr V. Ilin, Tetiana Oleksandrivna Bulavinets, Iryna Y. Yaremchuk

Взаємодія між наночастинками металів і підкладками в умовах плазмонного резонансу відіграє вирішальну роль у різних оптичних застосуваннях. У цій роботі ми досліджуємо…

#наночастинки срібла #переріз екстинкції #підкладка #локалізований поверхневий плазмонний резонанс
с. 303929.1-303929.6
10.20535/2523-4455.mea.303929

Статті цього автора (цих авторів), які найбільше читають

Схожі статті

1-10 з 23

Ви також можете розпочати розширений пошук схожих статей для цієї статті.