On phenomena in ionized gases


Download 9.74 Mb.
Pdf ko'rish
bet24/85
Sana24.01.2018
Hajmi9.74 Mb.
#25134
1   ...   20   21   22   23   24   25   26   27   ...   85

1. Introduction 

Electric power systems include oil-filled 

equipment such as transformers. When an arc fault 

occurs inside such equipment, the internal pressure 

increases, and this may result in blowout and other 

hazards.  To clarify the arc fault  phenomena, this 

paper  reports  a fundamental study  concerning 

pressure rises due to an arc under insulating oil in a 

closed vessel. 

2. Experimental conditions 

Arc tests were carried out at the High-Power 

Testing Laboratory, CRIEPI,  under the conditions 

listed in Table 1. The vessel used in the experiment 

(Fig. 1) contained the oil and a little air; the pressure 

rises were measured using pressure transducers 

located in the air and the oil. The arc was ignited by a 

fusing copper wire between the copper electrodes 

under the oil. 

3. Results and discussion 

The measured waveforms shown in Fig. 2 

represent the arc current, pressure rise in air (Pair), 

and  that in oil (Poil), respectively.  Every  pressure 

rise peaks to about 200 kPa for the arc duration. The 

pressure oscillations in air and in oil have reversed 

phases.  To  discuss the differences in  pressure 

oscillation, we calculated the  approximate pressure 

for  an  oil flux.  Assuming that flammable  gas 

surrounding the arc compresses the air  volume,  an 

acceleration of the oil flow  (

α

)



  can be  calculated 

from Pair. Based on this assumption, the pressure rise 

in oil (Pcal) is calculated from the oil density (

ρ

), arc 



depth (D), and measured Pair as follows: 

  Pcal = 

ρ

 



α

 + Pair 



 (1) 

Thus, it was observed that Pcal is roughly consistent 

with the measured value except for several pressure 

peaks,  the  differences of pressure oscillation  in air 

and in oil are attributed to oil flow. 

 

 

 



 

 

 



 

0

40



80

120


Arc current 

[kA


]

Pressure rise

in air 

(P



air

) [


kPa

]

Pressure rise



in oil 

(P

oil

) [


kPa

]

Time [ms]



φ

396


Fig. 1. Configuration of closed vessel. (Unit: mm)

Air


20

Oil


745

(Pair)

(Poil)

325


φ

310


Electrodes

Pressure 

transducers

Fig. 2. Measured waveforms and calculated 

pressure rise in oil (Pcal).

Calculated (Pcal)

Reversed phase

Arc depth 

(D)

Density (ρ)  

906 kg/m

3

 



Table 1. Experimental conditions. 

Item 

Condition 



Power source 

(Short-circuit 

generator) 

Test frequency 

50 Hz 

Voltage / Current RMS 



7.2 kV / 2 kA 

Arc duration 

100 ms 

Closed 


vessel 

Shape 


See Fig. 1 

Air / Oil volume 

1.51 / 120 x10

-3

 m



3

 

Electrodes 



Material / form 

Copper / round bar 

Diameter / Gap length 

5 mm / 5 mm 

 

116


XXXIII ICPIG, July 9-14, 2017, Estoril/Lisbon, Portugal 

 

 



 Effect of nitric oxide radicals on the proliferation of budding yeast 

 

Masafumi Ito



P

1

P



U

Masashi Okachi



UP

1

P



, Jun-Seok Oh

P

1



P

, Hiroshi Hashizume

P

2

P



, Masaru Hori

2 P


2

 

 



P

1

P

 Department of Electrical and Electronic Engineering, Meijo University, Naogya 468-8502, Japan 

P

2

P

 Institutes of Innovation for Future Society, Nagoya University, Nagoya 464-8603, Japan 

 

We have investigated



 

the effect of NO radical treatment on the proliferation of budding yeast and 

optimized treatment conditions.  NO and O

3

  densities  were measured using UV absorption 



spectroscopy and the proliferation was evaluated with microscope with cell-counting chamber. From 

these results, we observed around 20 % increase of the number of yeast cells at a NO density of  ~ 7

× 10

16

 cm



-3

 



1. Introduction 

Non-thermal atmospheric pressure plasmas (herein 

referred to as plasma) are gaining importance to use 

in biology, medicine, and agriculture. [1] The plasma 

is  a  mixed of electrons, ions, photons and neutrals. 

Recent our studies were focused  on the correlation 

between microorganisms and plasma generated 

neutral reactive species. [2] Here, we focused on NO 

which is a well-known molecule in biomedical 

application. For examples, it is known that the NO 

enables to improve signal transmission between 

nerves, maintaining blood pressure, supressing 

infection, and renewal tissue.  

In this study, we report the effect of NO radical 

treatment on the proliferation of budding yeast and 

optimized treatment conditions.  

 

2. Experimental 

A commercially available atmospheric pressure 

plasma radical generator (Tough Plasma, Fuji 

Machine MFG Co., Ltd.) was used in this study. NO 

generated with mixture of O

2

 and N



2

 into buffered Ar 

(4 slm) through the radical generator. Flow rate of O

2

 



and N

2

 was varied with a fixed total flow rate of 1 slm. 



The use of a large amount of Ar provides a high 

electron density on the order of 10

16

  cm


−3

.  [3]  The  

gas channel at downstream of the radical source is 

bended where high energy photons  are intercepted 

and the electrically grounded electrodes  on the gas 

channel and the nozzle exit (0.5 mm × 16 mm) 

terminate charged species. 

The 3ml-yeast suspension was prepared in a 

38-mm diameter petri dish and treated with a fixed 

distance of 1 cm between the slit exit of the radical 

source and the surface of the liquid suspension. The 

cells in counting chamber were counted by using a 

microscope. 

 

3. Results 

Using UV absorption spectroscopy, we measured 

NO  and  O

3

  densities, and decided a gas mixture 



condition,  N

2

  (30%)–O



2

  (70%) in buffered Ar,  to 

obtain  high NO density but low O

3

  density  (lower 



than the detection limit). From our calculation, it was 

measure the NO density to be 7.27 × 10

16

 cm


-3

. With 


this known NO density, we obtained 20% increase of 

number of budding yeast cell for 15 s treatment. 

While, longer treatment times up to 45 s,  the cell 

counting results also showed large number of  yeast 

cells  compare to the untreated (t  = 0, control)  but 

smaller than 15 s.  

This work was partly supported by MEXT-Supported 

Program for the Strategic Research Foundation at 

Private Universities (S1511021), JSPS KAKENHI 

Grant No. 26286072 and a project for Promoting 

Research Center in Meijo University. 

 

4. References 

[1] A. Fridman, Plasma Chemistry, Cambridge 

(2008).  

[2] H. Hashizume et al Appl. Phys. Letts. 107 (2015) 

093701. 


[3] H. Inui et al  Appl. Phys. Express 3  (2010) 

126101. 


17 

0

1



2

3

4



5

6

7



Num

be

r o



f b

ud

di



ng

 ye


as

t c


el

l

(x1



0

7

 ce



lls

/m

l)



Treatment time (s)

0

15



30

45

 



Fig. 1  Number of budding yeast cell was increased 

about 20% with NO treatment for 15 s. Cells were 

counted after incubation time of 48 h. 

117


XXXIII ICPIG, July 9-14, 2017, Estoril/Lisbon, Portugal 

 

 



Molecules Radicals and Ions produced in a N

2

-H

2

 CCP RF  

 

 



N. Carrasco

P

1



P

, D. Dubois

1

, A. Chatain



1

, L. Vettier

1

, G. Cernogora



1

 

 



P

1

P

 LATMOS, Université Versailles St-Quentin, CNRS, 11 blvd d’Alembert, 78280 Guyancourt, France 



 

CCP  RF  discharges  are  well  known  to  be  sources  of  dusty  plasmas.  These  plasmas  are  used  to 

simulate the formation of organic solid particles in planetary atmospheres, as Titan with a N

2

 CH



mixture. As a first step for understanding these plasmas, we study here the formation of molecules, 

radicals  and  positive  ions  in  a  N

2

  H



2

  CCP  RF  plasma.  mixture.  Radicals  and  positive  ions  are 

measured by in situ mass spectrometry. Neutrals are accumulated in a cold trap downstream the 

plasma.  These  molecules  are  measured,  after  warming  the  trap  by  mass  spectrometry  and  IR 

absorption spectroscopy. . When mass spectrometry gives relative values of species abundances, 

IR absorption gives absolute values of the most abundant molecules. A focus is done on NH

3

 , this 


molecule being produced as well in the discharge as by catalytic effect on the metallic wall of the 

discharge.  

 

1. Introduction  

A  Capacitively  Coupled  Plasma  in  N

2

-CH


4

 

mixture is used for the formation of dust to simulate 



the  formation  of  solid  aerosols  in  Titan’s 

atmosphere.  Details  of  this  experimental  device  are 

described  in  details  in  [1].  The  dissociation  of  CH

4

 



produces  H

2

  molecules.  In  order  to  understand  the 



complex chemistry occurring in the N

2

 CH



4

 mixture, 

study  of  the  N

2

  H



2

  mixture  is  developed  as  a  first 

step. 

 

2. Experimental device. 



 

Experimental device 

 

The  CCP  discharge  is  confined  in  a  metallic 



cylindrical  box  of  13.6  cm  in  diameter.  Two  slots, 

diametrically opposed are managed in the cylindrical 

box. This box is placed into a 30 cm in diameter and 

40cm  height  stainless  steel  reactor  fitted  with  two 

KBr windows diametrically opposed. Gas mixture is 

injected  continuously  in  the  plasma  and  pumped 

with a rotary pump. The amount of H

2

 in N



2

 is tuned 

from  1  to  5%.  Pressure  in  the  plasma  discharge  is 

maintained at 1 mbar. Between the discharge and the 

pump,  a  trap  cooled  by  liquid  nitrogen  condenses 

molecules produced in the discharge.  

 

3. Measurements. 

The neutral molecules, radicals and positive ions are 

measured  using  a  mass  spectrometer  EQP  Hiden 

placed in front of one of the slot. 

 

After  few  hours  of  plasma  run,  the  gas  injection  is 



turned off, valves upstream and downstream the cold 

trap are closed and the trap is slowly warmed up to 

the room temperature. Then the condensed gases are 

reinjected in the reactor. 

The  molecules  densities  are  measured  using  a 

Nicolet 6700 Fischer FTIR spectrometer through the 

40  cm  of  in  diameter  of  the  reactor  [2].  Focus  is 

done on the NH

3

 molecule measured in the 967 cm



-1 

band.  In  our  experimental  conditions,  the  NH

3

 

density is on the order of 10



12

 cm


-3

 



4- Perspectives  

These  results  obtained  are  now  to  be  compared 

with  the  modelling  of  the  plasma  in  our 

experimental  conditions.  The  major  point  is  the 

relative  contribution  of  volume  reactions  versus 

catalytic ones for the formation of NH

3

.  


 

5. References 

[1]  Alcouffe,  G.  ,  M.  Cavarroc,  G.  Cernogora,  F. 

Ouni,  A.  Jolly,  L.  Boufendi  and  C.  Szopa  (2010),. 

Plasma Sources Sci. Technol.  19(1): 015008. 

[2] Dubois D., Carrasco N., Petrucciani M., Tigrine 

S.,  Vettier  L  Neutral  Chemistry  in  Titan's 



Ionospheric Simulated Conditions, Dubois D., et al., 

DPS-EPSC 2016, Oct 2016, Pasadena, USA  

 

 

 



Topic number 9 

118


XXXIII ICPIG, July 9-14, 2017, Estoril/Lisbon, Portugal 

 

 



 H atom generation and loss kinetics in VHF plasmas  

 

S. Nunomura



1

P

, H. Katayama



2

P22


, I. Yoshida

3

 



 

P



National institute of advanced industrial science and technology (AIST), Tsukuba, Ibarak, 305-8568, Japan 

2

Panasonic corporation, Kaizuka, Osaka 597-0094, Japan 

 

3

Photovoltaic Power Generation Technology Research Association Minato-ku, Tokyo 105-0011, Japan 

 

P

 



We study hydrogen (H) atom generation and loss kinetics in capacitively coupled low pressure H

2

 



plasma. The H atom density has been measured by using vacuum ultra violet absorption spectroscopy 

(VUVAS),  under  two  different  electrode  setups:  conventional  diode  (direct)  and  triode  with  an 

intermediate mesh (remote). In the triode setup, the H atom density is strongly reduced across the 

mesh electrode; it varies from 10

12

 cm


-3

 to 10


10

 cm


-3

 across the mesh. The fluid model simulations for 

VHF discharges have been performed to study the details of the H atom generation, diffusion and 

recombination kinetics.  

 

A H atom  is  widely  known  to  be  reactive  species, 



which reacts easily with other gas-phase species and 

various  material  surfaces.  So,  its  reaction  kinetics 

often plays key roles in plasma processing. So far, the 

H atom kinetics has been studied in “direct” plasma  

configuration.  However,  it  is  not  studied  for  the 

“remote” plasma configuration that has advantages of 

less-ion bombardment and reduced surface charging.  

Here,  we  study  the  H  atom  kinetics  in 

capacitively-coupled  very  high  frequency  (VHF) 

discharges  not  only  in  direct  (diode)  configuration 

but also in remote (triode) configuration. The H atom 

density  is  experimentally  determined  from  VUVAS 

[1]. The fluid model simulations of VHF discharges 

are performed to study the H atom kinetics.  

Figure  1  show  the  meausrement  results  of  the  H 

atom  density,  n



H

,  in  VHF  H

2

  discharges  [2].  It  is 



found  that  n

H

  is  of  the  order  of  10

12

  cm


-3

  in  the 

discharge  region,  whereas  it  is  of  the  order  of  10

10

 



cm

-3

  in  the  processing  region  under  the  remote 



configuration.  For  our  mesh  geometry,  i.e.,  a  mesh 

with 0.2 mm in thickness and 36% in aperture ratio, 



n

H

 varies two orders of magnitude across the mesh. 

Figure 2 shows the simulation results. As shown Fig. 

2(a),  n



H

  is  broadly  peaked  at  the  middle  of  the 

discharge region. The peak value is recognized to be 

~1.0  x  10

12

  cm


-3

,  which  is  in  good  agreement  with 

that measured by VUVAS in this study. The H atoms 

are generated mainly in the discharge region, via two 

processes:  the  electron  impact  dissociation  (e  +  H

2

 



=>  e  +  2H),  as  shown  in  Fig.  2(b),  and  the 

ion-molecule  reaction  (H

2

+

  +  H



2

  =>  H


3

+

  +  H),  as 



shown  in  Fig.  2(c).  We  also  notice  that  in  the 

processing region, the generation rate of the H atoms, 



g

H

, is negligibly small. This  is  because  the  electron 

temperature  is  rather  low  compared  with  the 

threshold energy of the electron impact dissociation. 

As for the loss of H atoms, the electron attachment (e 

+ H => H


-

), shown in Fig. 2(d), is negligibly small, 

compared with the generation. The loss of H atoms is 

thus dominated by the surface recombination on the 

electrode.  In  the  presentation,  more  details  of 

experimental and simulation results are presented. 

[1]  S.  Takashima,  M.  Hori,  T.  Goto  and  K.  Yoneda,  J. 

Appl. Phys. 89 (2001) 4727. 

[2] S. Nunomura,  H. Katayama  and  I.  Yoshida,  Plasma 



Sources Sci. Technol. 26 (2017) 055018.

 

Topic number: 9 



Fig. 1. H atom density, 

n

H

, & Balmer emission 

intensity,  I

H

,  vs.  the 



discharge power, P

VHF

 

at H



2

 gas pressure of p 

= 0.3 Torr.  

Fig.  2.


  Contour plots  of  hydrogen  (H)  atom  related 

parameters  [2].  (a)  H  atom  density,  n



H

,  (b)  H  atom 

generation  rate,  g

H

,  associated  with  the  electron 

impact dissociation  (e + H

2

 => e + 2H) (c) H atom 



generation  rate,  associated  with  the  ion-molecule 

reaction (H

2

+

 + H



2

 => H


3

+

 + H) and (d) H atom loss 



rate due to the electron attachment, e + H => H

-

. The 



simulation space includes two unit cells of  the mesh 

structure in the horizontal axis of 0 – 1.66 mm.  

119


XXXIII ICPIG, July 9-14, 2017, Estoril/Lisbon, Portugal 

 

 



Densities of active species in N

2

/CH

4

 afterglows with application to nitrogen 

and carbon doping of anatase nanocrystals and ALD TiO

2

 

 

A. Ricard



P

1

P



U

J.P. Sarrette



UP

1

P



, Y. Wang

P

2



P

, Y.K. Kim

2

2

P



 

 

P



1

PLL


 LAPLACE, Université de Toulouse, CNRS, INPT, UPS, 118 ro ute de Narbonne, 1062 Toulouse, France  

P

2

P

 Departmentof Physics, Ajou University, Suwon 443-749, South Korea

 

 



N

2

  /  0-3



0

/

00



CH

4

  microwave  (HF)  flowing  afterglow  emissions  have  been  characterized  by  optical  emission 



spectroscopy at pressure between 4 and 20 Torr in a tube of 18 mm internal diameter (i.d.) at constant flow rate (Q

tot


 

= 0.5 slpm) and injected HF power (P

HF

 = 100 W). The N



2

 1

st



 pos at 580.4 nm and CN violet at 384.7 nm band system 

intensities were recorded along the tube in the late afterglow region. After calibration of the N atom density by NO 

titration, the absolute concentrations of N and C atoms were determined. The C-atom density shows a maximum 

value of 4.7 10

13

 cm


-3

 at 13 Torr for the  N

2

  /  0.04



0

/

0



CH

4

  mixture.  Anatase  nanocrystals  and  ALD  (Atomic  Layer 



Deposition) TiO

2

 samples were exposed to optimum afterglow conditions at temperatures ranging from 300 to 600 K. 



Surface-selective chemical modifications of TiO

2

 samples are evaluated by XPS. 



 

1. Introduction 

In  various  applications  such  as  photocatalysis, 

photovoltaics and sensors, the performance of TiO

2

 is 



largely determined by the detailed chemical structure 

of  the  surface.  For  example,  the  introduction  of 

nitrogen in TiO

2

 can reduce the bandgap below 3.0 eV 



for a visible  activity  in  photocatalysis.  Nevertheless, 

the N-doped TiO

2

 performance largely depends on the 



control  of  the  nitrogen  bonding  structure  and 

distribution  between  the  surface  and  the  bulk.  In 

addition, carbon may also displace the lattice Ti to give 

C-doped TiO

2

 which may show enhanced visible light 



absorption  and  photoactivity.  However,  the  ultimate 

performance is strongly related with detailed bonding 

nature of carbon on the surface as well as within the 

TiO


2

 matrix. 

From  this  point  of  view,  flowing  afterglows  at 

reduced pressure can be very useful because of their 

high  concentrations  in  atoms  and  of  their  simplified 

chemistry,  easily  monitored  through  the  operating 

parameters (pressure, gas flow rate, injected power).  

The aim of  the  present  study  is  to  maximize  the 

production of N and  C-atoms  in  N

2

/CH



4

  afterglows 

and to  expose  anatase  nanocrystals  and  ALD  TiO

2

 



samples  in  optimal  conditions.  X-ray  photoemission 

spectroscopy (XPS) is used to quantitatively evaluate 

the  modifications  induced  on  the  extreme  surface 

composition. 

 


Download 9.74 Mb.

Do'stlaringiz bilan baham:
1   ...   20   21   22   23   24   25   26   27   ...   85




Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©fayllar.org 2024
ma'muriyatiga murojaat qiling