ДИНАМИКА КОНЦЕНТРАЦИИ МОЛЕКУЛ H2O И О2 В ТЛЕЮЩЕМ РАЗРЯДЕ HE + O2

Исследовано поведение концентраций молекул воды и кислорода под действием тлеющего разряда постоянного тока в смесях He (0.5 мбар) + H₂O (0, 0.1, 0.25 мбар) + O₂ (0, 1, 2, 3 мбар) в кварцевой разрядной трубке при давлении несколько миллибар и временах порядка сотен секунд. Измерения концентраций проводились методом диодной лазерной спектроскопии поглощения, разработан спектрометр с внешним резонатором и двумя независимыми измерительными каналами, работающими одновременно, в областях спектра около 760 и 1390 нм. В результате эксперимента выявлен рост объемной плотности воды в разряде. Создана кинетическая 0D модель, включающая плазмохимические реакции, протекающие в объеме и на стенке разрядной трубки. На основе сопоставления экспериментальных и расчетных данных сделан вывод, что наиболее вероятным механизмом, приводящим к росту объемной плотности воды в разряде может быть реакция молекул воды, адсорбированных на поверхности, с атомарным кислородом, образующимся в разряде из молекулярного посредством диссоциации.

1. Фортов В.Е. (гл. ред.), Очкин В.Н. (отв. ред.) Энциклопедия низкотемпературной плазмы Т. 3-2 Термодинамические, оптические и транспортные свойства низкотемпературной плазмы Ч. 1 Оптические свойства низкотемпературной плазмы. 2008. Москва: Янус-К.

2. Ochkin V.N. Spectroscopy of Low Temperature Plasma. 2009. Weinheim: Wiley-VCH.

3. Ochkin V.N. Spectroscopy of small gas components of a nonequilibrium low-temperature plasma // Phys.-Usp. 2022. V. 65. P. 1145–1178. https://doi.org/10.3367/UFNe.2021.07.039026

4. Русанов В.Д., Фридман А.А. Физика химически активной плазмы. 1984. Москва: Наука.

5. Ochkin V.N., Lagunov V.V., Bernatskiy A.V. Influence of the surface state on the dynamics of the bulk density of O2 molecules in mixtures with inert and molecular particles in gas and glow discharge // Appl. Phys. B. 2022. V. 128 (4). P. 75. https://doi.org/10.1007/s00340-022-07800-3

6. Bernatskiy A.V., Kochetov I.V., Lagunov V.V., Ochkin V.N. Parallel monitoring of the dynamics of oxygen and water molecule concentrations under the action of a glow discharge using diode laser spectroscopy // Phys. Wave Phenom. 2024. V. 32 (6). P. 410−422. https://doi.org/10.3103/S1541308X24700419

7. www.kintech.ru, CWB 4.4.29305.

8. Deminsky M., Chorkov V., Belov G., Cheshigin I., Knizhnik A., Shulakova E., Shulakov M., Iskandarova I., Alexandrov V., Petrusev A., Kirillov I., Strelkova M., Umanski S., Potapkin B. // Comput. Mater. Sci. 2023. V. 28. P. 169.

9. Bernatskiy A.V., Lagunov V.V., Ochkin V.N., Tskhai S.N. Study of water molecule decomposition in plasma by diode laser spectroscopy and optical actinometry methods // Laser Phys. Lett. 2016. V. 13 (7). P. 075702. https://doi.org/10.1088/1612-2011/13/7/075702

10. Bernatskiy A.V., Lagunov V.V., Ochkin V.N. Measurement of the concentration of isotopes of water molecules in a discharge in an inert gas with the addition of H2O and D2 vapours by external-cavity diode laser spectroscopy // Quantum Electron. 2019. V. 49 (2). P. 157–161. https://doi.org/10.1070/QEL16819

11. Писарев А.А.и др. Проницаемость водорода через металлы. Уч. пособ. 2008. Москва: МИФИ.

12. Розанов Л.Н. Время откачки вакуумных систем в квазистационарном режиме с учетом десорбционного газовыделения паров воды // Вакуумная техника и технология. 1991. Т. 1 (3). С. 41–43.

13. Rozanov L.N. The water outgassing rate of internal surfaces of vacuum systems // J. Phys.: Conf. Ser. 2016. V. 729. P. 012001. https://doi.org/10.1088/1742-6596/729/1/012001

14. Bernatskiy A.V., Ochkin V.N., Bafoev R.N., Antipenkov A.B. Dynamics of the water molecule density in a discharge chamber filled with a low-pressure humid gas // Plasma Phys. Rep. 2016. V. 42 (10). P. 990–995. https://doi.org/10.1134/S1063780X16100019

15. Bernatskiy A.V., Lagunov V.V., Ochkin V.N. Investigation of the interaction of water molecules with the surface of a quartz tube using laser spectroscopy // Phys. Wave Phenom. 2019. V. 27 (3). P. 165–177. https://doi.org/10.3103/S1541308X19030014

16. NIST, https://kinetics.nist.gov/kinetics/.

17. Karkach S.P., Osherov V.I. Ab initio analysis of the transition states on the lowest triplet H2O2 potential surface // J. Chem. Phys. 1999. V. 110 (24). P. 11918–11927. https://doi.org/10.1063/1.479131

18. Zellner R., Wagner G., Himme B. H2 Formation in the Reaction of O(1D) with H2O // J. Phys. Chem. 1980. V. 84. P. 3196–3198.

19. Dunlea E.J., Ravishankara A.R. Measurement of the rate coefficient for the reaction of O(1D) with H2O and re-evaluation of the atmospheric OH production rate // Phys. Chem. Chem. Phys. 2004. V. 6. P. 3333–3340.