On phenomena in ionized gases


Download 9.74 Mb.
Pdf ko'rish
bet20/85
Sana24.01.2018
Hajmi9.74 Mb.
#25134
1   ...   16   17   18   19   20   21   22   23   ...   85

Figure  1.  Reaction  rates  for 

O

2



  annihilation  as  a 

function  of  pressure  for  a  stainless  steel  cylindrical 

chamber.


 

 

Table 1. Main reactions for 

O

2



 annihilation. 

No. 


Reaction 

O



2

+ O



2

(a

1



g

) → e + O



2

(X

3



Σ

g



) + O

2

(X



3

Σ

g





O

2



+ O

2

(b



1

Σ

g



+

) → e + O

2

(X

3



Σ

g



) + O

2

(X



3

Σ

g





O

2



+ O(

3

P) → O



2

(X

3



Σ

g



) + O

 



O

2



+ O(


3

P) → e + O

3

 



O

2



+ O

2

+



→ O

2

(X



3

Σ

g



) + O


2

(X

3



Σ

g



O



2

+ O



2

+

→ O(



3

P) + O(


3

P) + O


2

(X

3



Σ

g



O



2

+ O



+

→ O(


3

P) + O


2

(X

3



Σ

g



 

References 

[1] D. A. Toneli, R. S. Pessoa, M. Roberto, and J. 

T. Gudmundsson. J. Phys. D: Appl. Phys. 48 (2015) 

325202. 

[2] D. A. Toneli, R. S. Pessoa, M. Roberto, and J. 

T. Gudmundsson. J. Phys. D: Appl. Phys. 48 (2015) 

495203. 


Topic number 

99


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

 

 



Luminescent spectra of noble gases and their binary mixtures under ion beam 

excitation 

 

A.K. Amrenov, M.U. Khasenov 



 

Nazarbayev University, National Laboratory Astana, Astana, Kazakhstan  

 

Emission  spectra  of  noble  gases  and  their  binary mixtures were measured under heavy ion beam 



excitation in the range of 200-1000 nm. Lines of p-s and d-p atomic transitions prevail in the gas 

spectra, bands of the third continuum of Ar, Kr and Xe were observed in UV region, strong bands 

of  heteronuclear  ionic  molecules  were  observed  in  Ar-Xe,  Ar-Kr  and  Kr-Xe  mixtures.  The 

presence  of  impurities  leads  to  the  appearance  of  N

2

,  N


2

bands,  KrO,  ArO,  XeO  excimer 



molecules’ bands and atomic oxygen lines in the spectra. Radiation distribution among 2p-levels 

of  atoms  of  noble  gases  was  measured.  Conclusions  were  made  about  mechanisms  of  level 

population in lasers on d-p transitions of noble gas atoms, 2p-1s-neon transitions. 

 

 



Interest  in  the  study  of  spectral-luminescent 

properties  of  low-temperature  plasma  excited  by 

nuclear radiation stems to that fact that such plasma 

is  an  active  medium  of  gas  lasers  with  nuclear  or 

beam  pumping,  scintillation  detectors,  as  well  as  in 

spontaneous  emission  sources.  Spectral-luminescent 

studies  of  noble  gases  excited  by  ionizing  radiation 

began  more  than  50  years  ago  [1,  2].  The  most 

detailed study was carried out by irradiation of dense 

gases with uranium fission fragments [3]. 

 In  this  work,  studies  of  spectral-luminescent 

characteristics  of  single  component  noble  gases  and 

binary mixtures excited by heavy ions are interesting 

from  the  standpoint  of  practical  applications  and 

were  made  under  the  same  experimental  conditions. 

The  studies  were  conducted  on  the  DC-60 

accelerator  [4].  Light  was  extracted  through  the 

quartz  window  located  on  the  lid  of  the  irradiation 

chamber.  The  spectrum  of  radiation  was  registered 

by compact QE65Pro and USB2000+ spectrometers; 

the relative spectral sensitivity of the installation was 

measured with the help of calibrated halogen lamp in 

the range of 400-1000 nm.  

The  continuous  spectra  of  pure  gases  were 

presented  by  the  “third  continuum”  of  Ar,  Kr  and 

Xe, the weak band was observed in neon in the range 

of  200-370  nm.  Strong  bands  of  ArXe

+

,  ArKr



+

  and 


KrXe

+

  heteronuclear  ionic  molecules  were  observed 



in  the  binary  mixtures  of  gases.  The  radiation  of 

impurities  is  presented  by  N

2

  and  N


2

bands  in 



helium  and  neon,  N

bands  in  argon,  KrO,  ArO  and 



XeO excimer molecules’ bands near 557 nm, atomic 

oxygen  lines  in  helium,  neon,  and  argon.  2p-1s  and 

3d-2p  (Paschen  notations)  transition  lines  prevail  in 

atomic spectra.    

Distribution  of  radiation  intensity  among  atomic 

2p-levels  differs  noticeably  from  the  distribution  of 

flow  of  the  dissociative  recombination  of  molecular 

ions  among  levels  given  at  [5].  In  less  degree  it  is 

related  to  neon,  the  distribution  of  intensity  is  more 

uniform  there.  The  significant  part  of  the  flow  of 

Ar

2



dissociative  recombination  refers  to  the  2p

9

 



level  in  argon,  while  about  half  of  the  radiation 

refers to 2p

2

 level. The half of radiation occurs from 



2p

level  in  xenon,  there  is  only  4%  of  the  flow  of 



Xe

2

+



  ion  recombination  at  this  level.  Apparently, 

population  of  atomic  2p-levels  of  noble  gases 

happens  in  cascade  transitions  from  d-levels  [6,  7], 

and the dissociative recombination of molecular ions 

with electrons is not the major process in population 

of 2p atomic levels of noble gases.  

Table 1. Emission intensity distribution (in percentage) 

on  the  2p  levels  of  Xe  in  xenon  and  Ar-Xe,  He-Xe  with 

1% of Xe and 0.8 kPa total pressure 

P, kPa 


2p

5

 



2p

6

 



2p

7

 



2p

8

 



2p

9

 



2p

10

 



0.27 

56.0 


8.0 

4.3 


16.8 

7.4 


6.4 

0.53 


47.2 

8.6 


4.4 

19.8 


7.6 

11.3 


0.81 

41.6 


9.1 

3.6 


23.0 

7.9 


13.7 

Ar-Xe 


3.8 

9.4 


10.5 

3.5 


4.8 

66.9 


He-Xe 

1.2 


42.7 

1.4 


11.7 

9.1 


33.4 

References   

 [1] W.R. Bennett, Ann. Phys. 18 (1962) 367- 

420.  

[2] R.J. De Young, W.R. Weaver, J. Opt. Soc. 



Am. 70 (1980) 500–506. 

[3] V.V. Gorbunov et al., Proceedings of RFNC-

VNIIEF, (2004) 148-185 (in Russian). 

[4] B. Gikal et al., Physics of Particls and Nuclei 

Letters, 5 (2008) 642–644. 

[5] V.A. Ivanov, Soviet Physics Uspekhi35 

(1992) 17-36. 

[6] M.U. Khasenov, Laser and Particle Beams, 32 

(2014) 501-508. 

[7] S.P. Mel’nikov et al., Lasers with Nuclear 

Pumping. Springer (2015).    

Topic 13 

umb13er 

100


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

 

 



 

 Mode conversion characteristics of the electrostatic hybrid waves in a 

magnetized plasma slab 

 

M.-J. Lee



P

1

P



U

G. Jung



UP

1

P



, Y.-D. Jung

P

2



P

 

 



P

1

P

 Depatment of Physics, Hanyang University, Seoul 04763, Republic of Korea  

P

2

P

 Department of Applied Physics and Department of Bionanotechnology, Hanyang University, Ansan,  



Kyunggi-Do 15588, Republic of Korea

 

 



Mode  conversion  characteristics  of  electrostatic  hybrid  surface  waves  due  to  the  magnetic  field 

orientation in a magnetized plasma slab have been investigated. The dispersion relations for the 

symmetric  and  anti-symmetric  modes  of  hybrid  surface  waves  are  derived  for  two  different 

magnetic  field  configurations:  parallel  and  perpendicular.  For  the  parallel  magnetic  field 

configuration, we have found that the symmetric mode propagates as upper-and lower-hybrid waves. 

However,  the  hybrid  characteristics  disappear  and  two  non-hybrid  waves  are  produced  for  the 

anti-symmetric  mode.  For  the  perpendicular  magnetic  field  configuration,  however,  the 

anti-symmetric  mode  propagates  as  the  upper-and  lower-hybrid  waves  and  the  symmetric  mode 

produces two non-hybrid branches of waves. 

 

1. Theory and calculations 

 We consider a magnetized dusty plasma slab with 

the  sharp  boundaries  at 

0

x

 and



  x L

such  that 



the  characteristic  length  of  plasma  is  much  greater 

than the scale length of the inhomogeneity.  Then, the 

specular  reflection  condition  can  be  used  as  the 

boundary  condition  for  the  study  of  surface  waves 

[1,2].  This boundary condition yields the dispersion 

equation for electrostatic surface waves propagating 

in  the 

z

 

direction  in  an  isotropic  plasma  slab 



represented by [3] 

 

2

1



1

1

0



( , ) 1

ik L

ik L

l

dk k

e

k

k

e

 















    



 

 

where 



 is  the  wave  frequency, 

(

)

x



k

k



 and 

(

)



z

k

k



 are  the  x-  and  z-components  of  the  wave 

vector  k,  respectively, 



 is  the  longitudinal 



component of the plasma dielectric permittivity. 

When  the  parallel  magnetic  field 

0

0

ˆ



B



B



z

 is 


applied  to  the  boundary  surfaces,  the  longitudinal 

plasma  dielectric  permittivity  in  dusty  plasma  for 

,

,

T



cd

ci

ce

kv

 









 is  obtained  as  follows 

[22]: 

2

2



2

2

2



2

,||


2

2

2 2



2

2

( , , ) 1



pe

x

pe

z

pi

pd

l

x

z

ce

k

k

k k

k

k



 





 




 

where 


1 2



4

p

n q

m

 





 is  the  plasma 

frequency of species 

 ( = eid for electron, ion and 



dusty  grain,  respectively)  and 

0

c



q B m c





 is 

the 


cyclotron 

frequency 

of 

species 


0

c

q B m c





.  

    Then  the  integral  equation  can  be  performed  to 

derive the dispersion relation for the surface waves in 

the magnetized plasma slab. 

 

2. Results 

2.1. Symmetric mode 

 


1

2

2



2

2

2



2

2

2



2

2

1



1

1

tanh



0

2

pe



pi

pd

pe

pi

pd

ce

z

F

k L









































2.2. Anti-symmetric mode 

 


1

2

2



2

2

2



2

2

2



2

2

1



1

1

coth



0

2

pe



pi

pd

pe

pi

pd

ce

z

F

k L







































 

3. References 

 [1] A. F. Alexandrov, L. S. Bogdankevich, and A. 

A. Rukhadze, Principles of Plasma Electrodynamics 

(Springer, Berlin, 1984).  

[2] Yu M. Aliev, H. Schlüter, and A. Shivarova, 



Guided-Wave-Produced Plasmas  (Springer,  Berlin, 

2000).  


[21] H. J. Lee and Y. K. Lim, J. Korean Phys. Soc. 

50, 1056 (2007).  

101


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

 

 



Experimental and numerical study of a bubble plasma gas initiated by a 

wire explosion in a liquid 

 

Z. Laforest, 



U

J.-J. Gonzalez, P. Freton 

 

Université de Toulouse, UPS, INPT, LAPLACE (Laboratoire Plasma et Conversion d’Energie), 118 route de 

Narbonne F-31062 Toulouse, France

 

 



Applications, using electrical arc in liquid, increase with the use of pulsed energy of microseconds 

or nanoseconds. Some observed phenomena are common to those applications like the presence of 

a  gas  bubble  surrounding  the  discharge.  In  order  to  understand  the  different  mechanisms  driving 

the  bubble  behavior,  a  numerical  and  an  experimentation  studies  with  a  longer  pulse  of  energy 

around 10ms were developed. The experimental results show an expansion and then a collapse of 

this  bubble  during  the  discharge.  These  observations  linked  to  simulation  results  suggest  some 

similitudes with the literature, such as the heating of the liquid and the gas by the discharge and a 

rise of pressure during the expansion of the bubble.   

 

1. Overviews 

Electrical arcs in liquids have many applications 

such  as  electrohydraulic  discharges  in  water  [1], 

nanostructures 

synthesis 

in 


various 

aqueous 


solutions [2] or oil circuit breakers [3]. Although the 

conditions  on  time  and  energy  discharges  are 

different for each of those applications, a gas bubble 

surrounds  the  arc.  The  aim  of  this  work  is  to 

understand  the  mechanisms and phenomena  driving 

the  gas  bubble  with  experimental  and  numerical 

approaches.  

The  experimental  setup  is  composed  of  an 

electrical alimentation, a reactor and measurements. 

The  electrical  alimentation  enables  to  generate  a 

10ms  pulse  current  of  a  few  kA.  The  reactor 

contains  two  tungsten  plane  electrodes  of  1.6mm 

diameter  immersed  in  the  liquid.  The  area  between 

the  two  electrodes  is  observed  by  a  fast  camera.  In 

the  same  time,  the  electric  discharge  characteristics 

are measured by current and voltage probes.  

A  numerical  model  is  also  proposed  to  support 

the  experimental  results.  The  Fluent  ANSYS 

software  is  chosen  [4].  The  VOF  (Volume-Of-

Fluids)  model  is  adopted  and  completed  with  the 

change phase Lee’s model [4].  

 

2. Study cases 

The  experimental  setup  allows  to  change  some 

parameters  such  as  the  inter-contact  gap,  the 

injected 

energy 


and 

power 


or 

the 


liquid 

environment.  For  example,  a  case  in  water  liquid 

can  be  studied  with  a  distance  between  the  two 

electrodes  of  3mm  initially  linked  by  a  copper  fuse 

wire  of  100µm.  The  delivered  energy  for  the 

electrical  arc  is  1kJ  during  10ms.  As  other  author 

observations  [1-3][5],  a  gas  bubble  containing  the 

electrical  arc  is  observed.  The  simulation  results 

show a global rise of the temperature as in Burakov 

et al. work [2] due to Joule effect and of the pressure 

as  in  Chen  et  al.  work  [1].  In  our  theoretical  case, 

the  central  temperature  and  pressure  can  reach 

respectively  16kK  and  15bars  inside  the  bubble. 

Consequently,  these  characteristics  lead  to  the 

bubble  expand.  When  the  injected  energy  is  not 

sufficient,  the  gas  is  cooled  and  the  pressure 

decreases.  So  after  one  phase  of  expansion,  the 

bubble quickly collapses. This dynamic is also noted 

by  others  authors  using  different  experimental 

conditions [3] like a shorter time of discharge [5].    

 

3. Conclusions - Perspectives 

An  experimental  setup  and  a  theoretical  model 

are  developed  to  study  the  plasma  bubble  behavior 

in a liquid. In order to be able to discuss the bubble 

dynamic  a  parametric  study  is  made  changing  the 

distance  between  the  two  electrodes,  the  nature  of 

the liquid, the apply energy. All these results will be 

presented and discussed. 

 

4. References 

[1]  W.  Chen,  O.  Maurel,  C.  LaBorderie,  T. 

Reess,  A.  DeFerron,  M.  Matallah,  G.  Pijaudier-

Cabot,  A.  Jacques,  F.  Rey-Bethbeder,  Heat  Mass 



Transfer 50, 673 (2014).

 

[2] V.S. Burakov, E.A. Nevar, M.I. Nedel'ko, N. 



V. Tarasenko, Russ. J. Gen. Chem85, 1222 (2015). 

[3] J. Slepian, T. E. Browne,

 

AIEE Transactions 

60, 823 (1941).  

[4]  Ansys  Inc.  PDF  Documentation,  15.0, 



http://148.204.81.206/Ansys/readme.html

 (2013).  

[5]  A.  Claverie,  J.  Deroy,  M.  Boustie,  G. 

Avrillaud, A. Chuvatin, E. Mazanchenki, G. Demol, 

B. Dramane, Rev. Sci. Instrum. 85, 063701 (2014). 

102


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

 

 



Influence of the radial plasma non-uniformity on the etch process   

 

V. Georgieva



P

U



S. Tinck

UP

, A. Bogaerts



PP

  

 



Research Group PLASMANT, Department of Chemistry, University of Antwerp, Antwerp, Belgium 

 

SF



6

/O

2



 plasmas sustained in an inductively-coupled plasma (ICP) reactor are simulated by a hybrid 

model.  An additional model based on the Monte Carlo method is used to simulate the Si etch rate 

and  profiles.  Extensive  gas-phase  and  surface  chemistry  sets  are  developed.  The  reactive  species 

fluxes control the deposition rate of the passivation SO

x

F

y



 layer and the chemical etching, while the 

ion  energy  and  angular  distributions  control  the  physical  sputtering.  It  is  found  that  the  reactive 

species  fluxes  decrease,  the  ion  energy  range  contracts  and  the  ion  angular  distribution  becomes 

wider,  away  from  the  wafer  centre.  The  present  research  investigates  the  effect  of  the  spatial 

variation in the plasma properties on the etch rate and profile.  

 


Download 9.74 Mb.

Do'stlaringiz bilan baham:
1   ...   16   17   18   19   20   21   22   23   ...   85




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