Original title:
Studium dohasínajícího dusíkového plazmatu pomocí titrace rtuťových par
Translated title:
Study of nitrogen post-discharge by mercury vapor titration
Authors:
Teslíková, Ivana ; Brablec, Antonín (referee) ; Mazánková, Věra (advisor) Document type: Master’s theses
Year:
2012
Language:
cze Publisher:
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická Abstract:
[cze][eng]
Cílem předkládané diplomové práce je studium dohasínajícího dusíkového plazmatu pomocí titrace rtuťových par. Dohasínající dusíkové plazma je zkoumáno již řadu let jak z hlediska teoretického, tak i pro praktické využití. O dohasínajícím plazmatu mluvíme tehdy, kdy je ze systému odstraněn vnější zdroj energie a začne v něm docházet k relaxačním procesům. Experimenty v diplomové práci probíhaly za různých podmínek, pro různé tlaky a výkony ve výboji. Všechna experimentální data byla získána z optické emisní spektroskopie dohasínajícího plazmatu. Výboj byl generován stejnosměrným zdrojem napětí a měření probíhalo v proudícím režimu. Pro první sérii experimentů byl udržován konstantní proud (100 mA), napětí (1 300 V) a teplota stěny (300 K). Celkový tlak plynu se pohyboval v rozmezích 500-3 000 Pa při průtoku dusíku 0,12-0,68 l/min. Při různých tlacích byly nastavovány hodnoty průtoku dusíku tak, aby rychlost proudění dusíku trubicí byla pro zvolené různé tlaky stejná. Druhá série experimentů se zabývala studiem vlivu výkonu na dohasínání. Pro konstantní napětí 1 300 V se proud pohyboval v rozmezích 50-200 mA. Celkový tlak plynu byl v tomto případě 1 000 Pa. Rtuťové páry byly do systému zaváděny pomocí titrační trubice v příslušném čase dohasínání. Za všech experimentálních podmínek byl dobře viditelný jev tzv. pink afterglow. Tento jev odpovídá maximální intenzitě vyzařování v dohasínajícím výboji, projevujícím se značným nárůstem charakteristického růžového záření. Optická emisní spektra dohasínajícího výboje byla snímána v rozsahu vlnových délek 320-780 nm. V naměřených spektrech byly identifikovány tři spektrální systémy dusíku (první a druhý pozitivní a první negativní) a také spektrální čára rtuti na vlnové délce 254 nm, která byla ovšem zaznamenána v druhém řádu na vlnové délce 508 nm. Vznik této spektrální čáry v dohasínajícím plazmatu je dán přenosem rezonanční energie pomocí srážek vysoce excitovaných vibračních metastabilů v základním stavu mezi sebou a umožňuje tak jejich detekci. Z naměřených dat byly sestrojeny závislosti relativních intenzit spektrálních čar rtuti a vybraných přechodů spektrálních systémů dusíku na čase dohasínání pro různé titrační pozice. Obecně lze říci, že relativní intenzita všech dusíkových spektrálních pásů klesá s rostoucí relativní intenzitou rtuťové čáry za všech tlaků. Jev pink afterglow se s rostoucím tlakem posouvá do pozdějších časů dohasínání. V případě experimentu při různých výkonech je vidět, že s klesajícím výkonem klesá i intenzita rtuťové spektrální čáry v celém dohasínání. Experimentálně byly provedeny první zkoušky unikátní detekce vysoce excitovaných metastabilů dusíku. Předkládaná diplomová práce tak obohacuje základní výzkum v této oblasti a přispívá tím k novému poznávání kinetických procesů a reakcí vedoucích k přenosu excitační energie v plazmatu. Tyto nové poznatky mohou v budoucnu sloužit také k aplikaci pro technologie využívající plazma nebo dohasínající plazma.
The aim of this master thesis is a study of nitrogen post-discharge by mercury vapours titration. The nitrogen post-discharge is investigated for many years theoretically as well as for a practical use. The object of this master thesis is a study of kinetic processes ongoing at titrations of mercury vapours during the nitrogen post-discharge at different pressures and applied powers. All experimental data were obtained from an optical emission spectroscopy of nitrogen post-discharge. DC discharge in flowing regime was chosen for measurements. The first part of experiments was carried out at the constant discharge current (100 mA), voltage (1300 V) and wall temperature (300 K). The total gas pressure was varied in range of 500-3000 Pa at nitrogen flow in range of 0.12-0.68 l/min. Nitrogen flow values were arranged to obtain constant nitrogen flow velocity for all gas pressures. The second set of experiments studied power dependencies. The current was varied in the range of 50-200 mA for constant voltage 1300 V. The total gas pressure in this case was 1000 Pa. Mercury vapours were introduced into the system by titration tube at different post-discharge time. The nitrogen pink afterglow effect was well visible at all experimental conditions. This effect corresponds to the maximum intensity of light emission, which expresses as considerable growth of characteristic pink radiation in the post-discharge time. Optical emission spectra of post-discharge were taken in the range of 320-780 nm. Besides three nitrogen spectral systems (first and second positive and first negative), the mercury line at 254 nm was recorded in the second order spectrum at 508 nm under these conditions if mercury was added. This spectral line is excited under post-discharge conditions by collisionally induced resonance energy transfer from nitrogen highly vibrationally excited ground state metastables and it opens an unique technique for their monitoring. The dependence of relative intensities on decay time for mercury spectral line and selected nitrogen spectral systems at different titration positions were measured. The relative intensities of nitrogen bands decrease with increasing of mercury line relative intensity for all total gas pressures. The pink afterglow phenomenon shifts to the later decay times with the increasing of total gas pressure. In the case of experiments at different power, it can be seen that with decreasing power mercury spectral line intensity decreases in post-discharge time. The first detailed tests of the unique detection for highly excited of nitrogen metastables were completed. However this master thesis is concentrated on the basic research which supports better indication of kinetic processes and reactions leading to transformation of excitation energy, this new knowledge should be applied in future also in technologies based on the long-lived metastable induced reactions.
Keywords:
mercury; mercury vapor titration; nitrogen pink afterglow; optical emission spectroscopy; plasma; post-discharge; dohasínající výboj; optická emisní spektroskopie; pink afterglow dusíku; plazma; rtuť; titrace rtuťových par
Institution: Brno University of Technology
(web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library. Original record: http://hdl.handle.net/11012/4858
guest ::
