Механизмы производства и гибели синглетного кислорода и озона в быстропроточных газовых смесях O/O2/N2

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

С помощью численной пространственно-двумерной модели описаны имеющиеся в литературе экспериментальные результаты измерений концентраций O2(a1Δg) и O2(b1Σg+) в быстропроточной газовой системе, в которой отсутствуют плазмохимические процессы с участием электронов и ионов. Получены зависимости профилей концентрации O2(a1Δg) и O2(b1Σg+) от давления газа, доли атомов О в O/N2 смесях и добавок O2 в газовую смесь. Показана необходимость учета в модели детальной колебательной кинетики озона и процессов его образования на поверхности трубки. Предложена трактовка реакции трехтельной рекомбинации атомов O на M = N2, O2 с учетом обратной реакции диссоциации образующейся высоковозбужденной молекулы и получена функциональная зависимость результирующего коэффициента krec(T) – скорости трехтельной рекомбинации, хорошо согласующаяся с измеренными температурными зависимостями krec(T). Получены каналы дальнейшей релаксации образующихся возбужденных молекул и атомов кислорода.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Ю. А. Манкелевич

Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова, Научно-исследовательский институт ядерной физики им. Д. В. Скобельцына

Автор, ответственный за переписку.
Email: ymankelevich@mics.msu.su
Россия, Москва

Т. В. Рахимова

Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова, Научно-исследовательский институт ядерной физики им. Д. В. Скобельцына

Email: ymankelevich@mics.msu.su
Россия, Москва

Д. Г. Волошин

Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова, Научно-исследовательский институт ядерной физики им. Д. В. Скобельцына

Email: ymankelevich@mics.msu.su
Россия, Москва

А. А. Чукаловский

Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова, Научно-исследовательский институт ядерной физики им. Д. В. Скобельцына

Email: ymankelevich@mics.msu.su
Россия, Москва

Список литературы

  1. Kaufmann M., Gil-López S., López-Puertas M. et al. // J. of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2006. V. 68. № 2. P. 202.
  2. Vlasov M., Klopovsky K., Lopaev D. et al. // Cosmic Research. 1997. V. 35. № 3. P. 219.
  3. Azyazov V.N., Heaven M.C. // Intern. J. of Chemical Kinetics. 2014. V. 47. № 2. P. 93.
  4. Torbin A.P., Mikheyev P.A., Pershin A.A. et al. // ”Molecular singlet delta oxygen quenching kinetics in the EOIL system” SPIE Proceedings 2015/02/03 2015.
  5. Lopaev D.V., Malykhin E.M., Zyryanov S.M. // J. of Physics D: Applied Physics. 2010. V. 44. № 1. P. 015202.
  6. Marinov D., Guerra V., Guaitella O. et al. // Plasma Sources Science and Technology. 2013. V. 22. № 5. P. 055018.
  7. Ellerweg D., von Keudell A., Benedikt J. // Ibid. 2012. V. 21. № 3. P. 034019.
  8. Klopovskii K., Kovalev A., Lopaev D. et al. // J. of Experimental and Theoretical Physics – J EXP THEOR PHYS. 1995. V. 80. P. 603.
  9. Klopovskii K., Popov N., Proshina O. et al. // Plasma Physics Reports. 1997. V. 23. P. 165.
  10. Kogelschatz U. // Plasma Chemistry and Plasma Processing. 2003. V. 23. № 1. P. 1.
  11. Самойлович В.Г., Гибалов В.И., Козлов К.В. Физическая химия барьерного разряда. Москва: Издательство Московского Университета, 1989.
  12. Mikheyev P.A., Demyanov A.V., Kochetov I.V. et al. // Plasma Sources Science and Technology. 2020. V. 29. № 1. P. 015012.
  13. Зосимов А.В., Лунин В.В., Самойлович В.Г. et al. // Журн. физ. химии. 2016. V. 90. № 8. P. 1279.
  14. Манкелевич Ю.А., Поройков А.Ю., Рахимова Т.В. et al. // Журн. физ. химии. 2016. V. 90. № 9. P. 1421.
  15. Манкелевич Ю.А., Воронина Е.Н., Поройков А.Ю. et al. // Физика плазмы. 2016. V. 42. № 10. P. 912.
  16. Торбин А.П., Першин А.А., Азязов В.Н. // Физика и электроника. Изв. Самарского научн. центра РАН. 2014. V. 16. № 4. P. 17.
  17. Першин А.А., Торбин А.П., Хэвен М. et al. // Краткие сообщения по физике Физического института им. П.Н. Лебедева Российской Академии Наук. 2015. V. 12. P. 74.
  18. Azyazov V.N., Mikheyev P., Postell D. et al. // Chemical Physics Letters. 2009. V. 482. № 1–3. P. 56–61.
  19. Ali A.A., Ogryzlo E.A., Shen Y.Q. et al. // Canadian J. of Physics. 1986. V. 64. № 12. P. 1614.
  20. Ogryzlo E.A., Shen Y.Q., Wassell P.T. // Journal of Photochemistry. 1984. V. 25. № 2–4. P. 389.
  21. Yankovsky V. // Advances in Space Research. 2021. V. 67. № 3. P. 921.
  22. Лунин В.В., Попович М.П., Ткаченко С.Н. Физическая химия озона. Москва: Изд-во Московского Университета, 1998. 478 p.
  23. Манкелевич Ю.А., Рахимова Т.В., Волошин Д.Г. et al. // Журн. физ. химии. 2023. V. 97. № 5. P. 747.
  24. Booth J.P., Chatterjee A., Guaitella O. et al. // Plasma Sources Sci. Technol. 2022. V. 31. № 6. P. 065012.
  25. Mankelevich Y.A., Rakhimov A.T., Suetin N.V. // Diamond and Related Materials. 1995. V. 4. № 8. P. 1065.
  26. Mankelevich Y.A., Ashfold M.N.R., Ma J. // J. of Applied Physics. 2008. V. 104. № 11. P. 113304.
  27. Braginskiy O.V., Vasilieva A.N., Klopovskiy K.S. et al. // J. of Physics D: Applied Physics. 2005. V. 38. № 19. P. 3609.
  28. Booth J.P., Guaitella O., Zhang S. et al. // Plasma Sources Science and Technology. 2023. V. 32. № 9. P. 095016.
  29. Campbell I.M., Thrush B.A. // Proceedings of the Royal Society of London. Series A. Mathematical and Physical Sciences. 1967. V. 296. № 1445. P. 222.
  30. Slanger T.G., Copeland R.A. // Chemical Reviews. 2003. V. 103. № 12. P. 4731.
  31. Esposito F., Armenise I., Capitta G. et al. // Chemical Physics. 2008. V. 351. № 1–3. P. 91.
  32. Manion J.A., Huie R.E., Levin R.D. et al. //NIST Chemical Kinetics Database, NIST Standard Reference Database 17, Version 7.0 (Web Version), Release 1.6.8, Data version 2015.09: National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, Maryland, 20899–8320 2015.
  33. Campbell I.M., Gray C.N. // Chemical Physics Letters. 1973. V. 18. № 4. P. 607.
  34. Pejaković D.A., Kalogerakis K.S., Copeland R.A. et al. // J. of Geophysical Research: Space Physics. 2008. V. 113. № A4. P. A04303.
  35. Huestis D.L. // Atmospheres in the Solar System: Comparative Aeronomy. 2002. P. 245.
  36. Zagidullin M.V., Khvatov N.A., Medvedkov I.A. et al. // J. of Phys. Chem. A. 2017. V. 121. № 39. P. 7343.
  37. Wayne R.P. //Singlet Molecular Oxygen Advances in Photochemistry: Wiley 1969.Р.311.
  38. Stott I.P., Thrush B.A. // Proceedings of the Royal Society of London. A. Mathematical and Physical Sciences. 1989. V. 424. № 1866. P. 1.
  39. Vasiljeva A.N., Klopovskiy K.S., Kovalev A.S. et al. // J. of Physics D: Applied Physics. 2004. V. 37. № 17. P. 2455.
  40. МакИвен М., Филлипс Л. Химия атмосферы. Москва: Мир, 1978. 375 p.
  41. Atkinson R., Welge K.H. // J. of Chemical Physics. 1972. V. 57. № 9. P. 3689.
  42. Slanger T.G., Black G. // J of Chem. Physics. 1976. V. 64. № 9. P. 3763.
  43. London G., Gilpin R., Schiff H.I. et al. // Ibid. 1971. V. 54. № 10. P. 4512.
  44. Dunlea E.J., Ravishankara A. // Physical Chemistry Chemical Physics. 2004. V. 6. № 9. P. 2152.
  45. Capitelli M., Ferreira C.M., Gordiets B.F. et al. //Plasma Kinetics in Atmospheric Gases Springer Series on Atomic, Optical, and Plasma Physics: Springer Berlin Heidelberg 2000.
  46. Yee J.H., Guberman S.L., Dalgarno A. // Planetary and Space Science. 1990. V. 38. № 5. P. 647.
  47. Slanger T.G., Black G. // The J. of Chemical Physics. 1979. V. 70. № 7. P. 3434.
  48. Hoskinson A.R., Rawlins W.T., Galbally-Kinney K.L. et al. // J. of Physics D: Applied physics. 2022. V. 55. № 12. P. 125208.
  49. Clark I.D., Wayne R.P. // Chemical Physics Letters. 1969. V. 3. № 6. P. 405.
  50. Baulch D.L., Cox R.A., Crutzen P.J. et al. // J. of Physical and Chemical Reference Data. 1982. V. 11. № 2. P. 327.
  51. Morin J., Bedjanian Y., Romanias M.N. // Intern. J. of Chemical Kinetics. 2016. V. 49. № 1. P. 53.
  52. Шефов Н.Н., Семенов А.И., Хомич В.Ю. Излучение верхней атмосферы – индикатор ее структуры и динамики. Москва: ГЕОС, 2006. 740 p.
  53. Kirillov A.S. // Chemical Physics Letters. 2014. V. 592. P. 103.
  54. Kenner R.D., Ogryzlo E.A. // Canadian J. of Physics. 1984. V. 62. № 12. P. 1599.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема быстропроточной газовой системы.

Скачать (40KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Коэффициент трехтельной рекомбинации атомов на M=N2 в зависимости от температуры газа в модели и эксперименте по данным из [33] и [29].

Скачать (178KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Аксиальные распределения средних по диаметру трубки концентраций O2(a) в 2D- модели и эксперименте [19] для различных О2(X)-добавок (в осевой области трубки в точке z~15 см) во входной поток 0.11%O/N2-смеси, давление газа в трубке pgas = 6 Торр.

Скачать (265KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Осевые (z, r=0.75) распределения скоростей производства а) и гибели б) O2(a) для режима с добавкой 0.25 Торр O2(X) во входной поток 0.11%O/N2-смеси, давление газа в трубке pgas = 6 Торр.

Скачать (621KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Распределения концентраций компонент a) вдоль трубки (по z для r=0.75 см) и б) по радиусу трубки r для z=25 см для режима с добавкой 250 мТорр O2(X) во входной поток 0.11%O/N2-смеси, давление газа в трубке pgas=6 Торр. Концентрация основного газа N2 показана уменьшенной в 100 раз. Концентрация O(1d) показана увеличенной в 103 раз.

Скачать (630KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Аксиальные распределения средних по диаметру трубки концентраций O2(b) в модели и эксперименте [20] для различных добавок О2(X) (в точке z~15 см) в поток 0.34%O/N2-смеси, давление газа в трубке pgas=2.07 Торр.

Скачать (331KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Распределения (z, r=0.75 см) вдоль трубки скоростей производства а) и гибели б) O2(b) для режима с добавкой 0.05 Torr O2(X) в поток 0.34%O/N2-смеси, давление газа в трубке pgas=2.07 Торр.

Скачать (578KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Распределения концентраций компонент a) вдоль трубки (по z для r=0.75 см) и б) по радиусу трубки r для z=25 см для режима с добавкой 0.05 Торр O2(X) в поток 0.34%O/N2-смеси, давление газа в трубке pgas=2.07 Торр. Концентрация основного газа N2 приведена с масштабирующим фактором 100. Концентрация O(1d) показана увеличенной в 107 раз.

Скачать (599KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025