On phenomena in ionized gases


Download 9.74 Mb.
Pdf ko'rish
bet38/85
Sana24.01.2018
Hajmi9.74 Mb.
#25134
1   ...   34   35   36   37   38   39   40   41   ...   85

2. Experimental :  

An  intense  microwave  plasma  based  low  energy 

ion source has been developed and employed in the 

experiment  [2].  The  wetting  property  has  been 

characterised  by  contact  angle  and  it  has  been 

measured  by  sessile  drop  method.  The  surface 

roughness is characterised by RMS roughness which 

is  obtained  by  Atomic  Force  Microscopy  (AFM) 

studies.    

2.2. Results and discussions: 

 

Figure  1  shows  the  variation  of  static 



contact  angle  of  de-ionised  water  on  Cu  substrates 

irradiated  with  different  ion  beam  species.  It  is 

observed  that  the  substrate  undergoes  a  transition 

from hydrophilic to hydrophobic nature indicating a 

reduction in surface energy. 

            

  

Fig. 1: Variation of water contact angle with fluence for 



different ion species 

It is believed that the dispersive intermolecular force 

between  the  metal  atoms  is  perturbed  by  the 

presence of inert gas molecule. The resultant surface 

energy  is  dictated  by  the  polarizability  of  the 

implanted  species.  However,  for  real  surfaces,  the 

definition  of  a  static,  equilibrium  contact  angle  is 

not unique and the possible values of contact angles 

are found to lie between the advancing and receding 

contact  angles.  We  found  that  both  these  angles 

increase with beam fluence and a nominal hysteresis 

is  induced  by this process.  AFM studies reveal that 

nanomeric  rough  surfaces  are  developed  by  the 

irradiation  process,  which  has  very  little  impact  on 

the  static  contact  angle,  however,  it  is  responsible 

for the nominal hysteresis according to the Johanny-

de  Gennes  theory  [3].  The  details  of  the  analysis 

will be presented in the conference.  



3. References 

[1]


 

P.G. de Gennes., Rev. Mod. Phys. 57, (1985) 

827.  

[2]


 

A. Chowdhury and S.  Bhattacharjee, J Phys. D: 

Appl Phys, 46, (2013) 435304. 

 

[3]  J.  F.  Johanny  and  P.  G.  de  Gennes,  J.  Chem. 



Phys, 81, (1984), 1.

 

Topic number: 14 



178

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

 

 



 Modeling of self-consistent mode formation in an electrostatic plasma lens 

 

I. Litovko

1

, A. Goncharov

2

, A. Dobrovolskiy

2

, A. Bugaev

3

, V. Gushenets

3

, E. Oks



1

Institute for Nuclear Research NAS of Ukraine, Kiev, Ukraine 

2

 Institute of Physics NAS of Ukraine, Kiev, Ukraine 

3

Institute of High Current Electronics, Tomsk, Russia 

 

Here we described the modeling of self-consistent mode formation in an electrostatic plasma lens under transport 

through it a wide-aperture, high-current, low energy, metal-ion plasma flow produced by a cathode arc discharge. 

When the negative potential applied on the central cylindrical lens electrode, a radial directed stream of energetic 

electrons is formed. The formation of the electric potential jump near the inner surface of the cylinder has been 

modelled.  High-energy  electrons  appear  near  the  inner  cylindrical  surface  by  secondary  ion-electron  emission 

under  surface  bombardment  by  peripheral  flow  ions.  These  energetic  electrons  can  accumulate  on  axis  and 

provide a mechanism for the plasma flow focusing. It has been shown that the presence of fast electrons in the 

volume of the plasma lens improves the propagating ion plasma flow.  

 

New  approach  for  devise  a  novel  plasma 

technology for elimination of micro-droplets or their 

reduction  to  the  nano-scale  from  the  dense  metal 

ion-plasma  flow  formed  by  erosion  plasma  sources 

(vacuum  arc  and  laser  produced  plasma  sources), 

without  loss  of  plasma  production  efficiency  was 

proposed  and  described  in  [1].  This  approach  is 

based  on  application  of  the  cylindrical  electrostatic 

plasma  lens  configuration  for  introducing  in  a 

volume  of  propagating  along  the  axis  dense  low 

energy  ion-plasma  flow  convergent  toward  axis 

energetic  electron  beam  produced  self-consistently 

by  ion-electron  secondary  emission  from  internal 

cylindrical  surface  of  plasma  lens  central  electrode 

(see Fig.1) 

 

 

Fig.1. The scheme of model 

Here  we  are  modelling  the  transport  through  an 

electrostatic  plasma  lens  of  a  wide-aperture,  high-

current,  low  energy,  metal-ion  plasma  flow 

produced  by  a  cathodic  arc  discharge.  The  lens 

consists  from  three  electrostatic  ring  electrodes 

located  in  a  magnetic  field  formed  by  permanent 

magnets.  Modelling  parameters  were  closed  to 

experimental:  the  lens  input  aperture  -  80  mm,  the 

lens length 140 mm, the outer electrodes are ground 

and  the  central  electrode  voltage  up  to  -3  kV.  The 

plasma  is a copper plasma with directed ion energy 

20–40  eV,  and  the  equivalent  ion  current  is  up  to 

several  amperes  depending  on  the  potential  applied 

to the central lens electrode.  

We  modeled  of  electrical  potential  jump  formation 

near  the  inner  surface  of  the  cylinder  and 

appearance  of  self-consistent  electron  beam  across 

the plasma flow. It is shown that beam is formed by 

double  layer,  appeared  in  a  cylindrical  channel  of 

the plasma-optical system in crossed radial electrical 

and longitudinal magnetic fields. It is accelerated by 

electric  potential  jump.  High-energy  electrons 

appear  near  the  inner  cylindrical  surface  by 

secondary  ion-electron  emission  at  this  surface 

bombardment by peripheral flow ions. Electrons are 

magnetized  and  ions  are  not  magnetized.  The 

electron mobility across a magnetic field is strongly 

suppressed. The electron movement along magnetic 

field  is  free  up  to  region  of  electric  potential  jump. 

Under  these  conditions  the  magnetic  field  lines  are 

equipotential up to region of electric potential jump. 

Thus,  the  magnetic  field  lines  are  equipotential 

inside  flow.  Then  in  space,  filled  with  plasma,  the 

electrical  field  is  created,  the  form  of  which  is 

approximately similar the structure of magnetic field 

lines.  Because  the  electrons  of  the  flow  are 

magnetized,  they  in  the  field  of  the  short  coil  are 

displaced to its axis, damping expansion of the flow 

due  to  electric  field  of  plasma  flow  polarization. 

Thus,  with  increase  of  magnetic  field  the  near  axis 

density  of  flow  increases.  It  is  shown  the  energetic 

electrons  accumulate  on  axis  and  provide  ion 

focusing. Note that they can also provide additional 

energy pumping into system for reducing the micro-

droplet  component  in  the  dense,  low-temperature, 

metal plasma.  

[1] A. A. Goncharov, Rev. Sci. Instrum., 87 (2016), 

02B901


 

Topic number 5 

179


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

 

 



Activity of catalase enzyme in P. tomentosa seeds after direct plasma 

treatments and treatments with plasma activated water  

 

N. Puač



P

1

P



, N. Škoro

1

P



, K. Spasić

P

1



, S. Živković

P

2



P

, M. Milutinović

2

, V. Šašić



2

, G. Malović

P

1

 and 



Z.Lj. Petrović

1,3


 

 

P



1

P

 Institute of Physics, University of Belgrade, Pregrevica 118, 11080 Belgrade, Serbia  

P

2

P

Institute for Biological research “Siniša Stanković”, University of Belgrade, B. despota Stefana 142, 11000 



Belgrade, Serbia 

3

Serbian Academy of Sciences and Arts, Knez Mihailova 35, 11000 Belgrade, Serbia

 

 

In this abstract we report on influence of direct and indirect plasma treatments on catalase enzyme 



activity  in  Paulownia  tomentosa  seeds.  The  direct  treatment  of  the  seeds  was  performed  in  low-

pressure RF plasma system for different treatment times. After treatments these seeds were imbibed 

with distilled water. The other set of P. tomentosa seeds was imbibed with plasma activated water 

(PAW).  PAW  was  produced  by  using  atmospheric  pressure  plasma  source  in  treatments  with 

different  durations.  Seeds  from  both  sets  were  exposed  to  the  same  conditions  and  after  5  days 

activity of catalase enzyme was measured. In comparison to the control sample, differences in the 

activity  was  observed  both  regarding  direct  and  PAW  treated  seeds  and  regarding  duration  of 

treatments. 

 

1. Introduction 

Non-equilibrium  low  and  atmospheric  pressure 

plasmas  can  be  efficiently  used  in  stimulation  of 

seed growth, increase of germination percentage and 

decontamination,  breaking  of  dormancy  or  increase 

in  the  length  of  seed  sprout.  We  have  developed 

several  low  pressure  and  atmospheric  pressure 

plasma  systems  for  treatment  of  seeds  and  plant 

cells [1-3]. Here we will present the results obtained 

in treatments of Paulownia tomentosa seeds by non-

equilibrium  plasma  that  operates  at  low  and 

atmospheric  pressures.  We  have  determined  the 

germination  percentage  and  activity  of  catalase 

enzyme  for  all  treated  samples  and  compared  it  to 

the control samples.  

 

2. Results and discussion  

Low  pressure  plasma  treatments  of  seeds  were 

performed  in  the  cylindrically  shaped  RF  plasma 

system  that  operates  at  13.56 MHz  reactor.  The 

seeds were then imbibed with distilled water. Unlike 

low pressure plasma treatments where seeds were in 

direct  contact  with  plasma,  in  case  of  atmospheric 

pressure plasma treatments we have treated distilled 

water (PAW) which was then used for imbibition of 

seeds.  After  the  imbibition  process  seeds  were 

exposed to red light for 5 min. In Figure 1 we show 

activity  of  catalyse  enzyme  5  days  after  imbibition 

of  water.  The  catalase  activity  for  the  treated 

samples  is  increased  comparing  to  the  untreated 

sample.  This  is  in  accordance  with  the  observed 

increase  in  germination  percentages  obtained  for 

this samples.  

 

Figure 1. The activity of the catalase enzyme obtained by 



using  native  page.  Data  was  obtained  five  days  after  the 

imbibition of water (distilled). 



 

This  work  was  supported  by  the  MESTD  of 

Serbia projects III41011 and ON171037. 

 

3. References 

[1]  N.  Puač,  Z.Lj.  Petrović,  S.  Živković,  Z. 

Giba,  D.  Grubišić  and  A.R.  Đorđević,  Plasma 



Processes and Polymers, Wiley-VCH Verlag GmbH 

& Co. (2005). 

[2]  N.  Puač,  Z.Lj.  Petrović,  G.  Malović,  A. 

Đorđević,  S.  Živković,  Z.  Giba  and  D.  Grubišić, 



J. Phys. D:Appl. Phys. 39 (2006) 3514-3519. 

[3]  N.  Puač,  S.  Živković,  N.  Selaković,  M. 

Milutinović,  J.  Boljević,  G.  Malović  and  Z.Lj. 

Petrović, Appl. Phys. Lett. 104(21) (2014) 214106.

 

0

50



100

150


200

250


 

 

Relat



ive a

ctivity [

% of c

on

tro



l]

Ctrl                1 min               5 min             10 min

Topic number 17 

180


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

Growth of nano-tendril bundles on tungsten in

impurity-rich helium plasmas

D. Hwangbo

1

, S. Kajita



2

, S. Kawaguchi

1

, H. Tanaka



1

, N. Ohno

1

1

Graduate School of Engineering, Nagoya University, Nagoya, Japan

2

Institute of Materials and System for Sustainability, Nagoya University, Nagoya, Japan

Tungsten samples were irradiated with helium plasma which contains impurity gases to investigate

the effect of impurity ions on the morphology changes under the sputtering dominant regime. The

surfaces of the samples after irradiation were not uniform and the isolated nano-tendril bundles were

found on the surfaces when the incident ion energy was higher than the threshold energy of

sputtering by He ions. The size of the nano-tendril bundles were several tens m and this was

unexpectedly huge considering the sputtering effect under several hundreds eV of the incident ion

energy. This result suggests that the impurity ions may work as an important source to form the

isolated nano-tendril bundles.

1. Introduction

It is known that surface morphology changes

occur on tungsten (W), one of the most promising

candidates of divertor plate material in nuclear fusion

devices, when exposed to helium (He) plasmas:

nanostructures, so-called fuzz, are formed [1]. The

growth mechanisms of the fuzz have been argued in

several ways: surface migration by viscoelastic

model [2] or adatom diffusion [3], or growth and

burst of He bubbles under the surface [4].

It has been known that fuzz growth is affected

with sputtering by impurity ions in He plasmas [5].

Here we examine the effect of impurity ions on the

morphology changes on the W surfaces when the

incident ion energy is higher than the threshold of He

ions, It is demonstrated unexpected formation of

nano-tendril bundles(NTBs) in impurity-rich He

plasma irradiation is introduced.



2. Experimental setup

Experiments were performed in the linear divertor

plasma simulator NAGDIS-II. He plasmas were

produced in DC arc discharge with the typical

electron density and temperature of ~1 × 10

19

m



-2

and


~5 eV, respectively. W samples were installed in the

He plasma and biased negatively via a bipolar power

supply to control the incident ion energy. The ion flux

was in the range of 0.8 - 2 × 10

22

m

-2



s

-1

. To compare



the effect of sputtering by impurities, two different

discharge conditions were set up by opening/closing

the moving valve of turbo molecular pump near the

end target of NAGDIS-II. By closing the valve,

background pressure was changed from ~6 × 10

-7

to



~2 × 10

-6

Torr, meaning that the impurity level



increased by factor of three. He gas flow was fixed in

the range of 150-160 sccm.



3. Results and discussion

After the plasma irradiation with high impurity

level condition, although the surfaces of samples

were not covered with fuzz, isolated nano-tendril

bundles were formed on the surfaces. As shown in

Fig. 1, the sizes of the NTBs were over several tens

m, which was unexpectedly huge considering the



present condition, such as 500 eV of incident ion

energy. The remaining surface where the NTBs were

not formed had no fuzz or tiny loops grown. Similar

bundles were fabricated with the addition of RF

modulation of the ion energy [6]. This result suggests

NTBs can also be fabricated without ion energy

modulation in the impurity-rich He plasmas.

Figure 1. SEM micrograph of nano-tendril bundle with

incident ion energy 500 eV.

References

[1] S. Kajita et al., Nucl. Fusion



49 (2009) 095005.

[2] S.I. Kracheninnikov Phys. Src.



T145 (2011)

014040.


[3] D. Trufanov et al., Phys. Procedia

71 (2015) 20.

[4] A.M. Ito et al., Nucl. Fusion



55 (2015) 73013.

[5] T.J. Petty et al., Nucl. Fusion



55 (2015) 093033.

[6] K.B. Woller et al., 26

th

IAEA FEC, MPT/P5-26,



Kyoto, Japan, 2015.

Topic number : 3

181


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

 



State-by-state emission spectra fitting for non-equilibrium plasmas: OH spectra 

of surface barrier discharge at argon/water interface 

 

J. Voráč, 



U



P. Synek

UP



P



, V. Procházka

P



P



, T. Hoder 

 

P



 

Department of Physical Electronics, Faculty of Science, Masaryk University, Kotlářská 2, Brno, Czech Republic

 

 



A novel method of state-by-state fitting of OH(A

2



Σ



+

→X



2



Π) spectra is introduced and applied to a

 

 



   

 

   



 

 

 



   

 

 



     

special case of surface dielectric barrier discharge (DBD) in contact with water level. The resulting

 

   


 

 

 



 

   


 

 

 



 

 

 



Boltzmann plot revealed three groups of OH(A

2



Σ



+

) ₋



hot group

,



cold group

, and group influenced by



 

 

 



 

   


 

   


 

 

 

 

 

 



   

isoenergetic vibrational energy transfer OH(A

2



Σ

+



,



v

’=1→



v’

=0). The state-by-state fitting is incorporated



 

 

 



 

 

 



 

 

 



   

 

in the



massiveOES software package and available for free to the scientific community. The linearity of

 

 



 

 

 



 

 

 



   

 

 



 

 

   



the problem ensures low computational demands ₋ the whole fit for one spectrum takes few seconds on a

 

 



 

 

 



   

 

     



 

 

 



 

     


usual office computer. The Boltzmann plot was extensively analysed, the three groups were decoupled

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



and the of OH production pathways were investigated.  

 

 



Figure: The population distribution of OH(A 

2



Σ



+

) rotational states and two-exponential fit. The corresponding 



temperatures are 

K and 


K.

 

40



0

T

rot

low

= 3


± 3

 

800 



50

T

rot

high

= 7


± 5

 

 



Recently, the interest in discharges in contact with

 

 



   

   


 

 

water increased enormously [1]. Often, the



 

 

 



 

 

 



discharges are ignited in a noble gas and the atoms

 

 



     

 

 



 

 

 



and water fragments are the only available spectral

 

 



 

 

 



 

 

 



signature. In such cases, the spectrum of hydroxyl

   


 

 

 



   

 

radical (OH) may seem attractive for neutral gas



 

 

 



 

 

 



 

 

thermometry. This contribution brings an extensive



 

 

 



   

 

analysis of OH(A



2



Σ

+



→X



2

Π) spectrum obtained on



   

 

 



 

 

   



special case of kHz driven surface DBD in contact

 

   



 

 

 



   

 

with water. As other groups, we have observed a



 

 

 



 

 

 



 

   


spectrum that may be interpreted as a superposition

 

 



   

     


 

of emission from several groups of OH. We have

 

 

 



 

   


 

 

 



distinguished three groups -

cold group

, best


 

 

   



 

 

 



observable for low

N

’ quantum numbers,



hot group

,



 

 

   



 

 

 

 

best observable for higher



N’

quantum numbers and



 

 

 



   

 

 



 

the


third group influenced by isoenergetic

 

 



 

 

 



 

vibrational

energetic

transfer


OH(A

2



Σ



+

,



 

 

 



 

 

v

’=1→


v’

=0), best observable for 9 ≤



N

’≤ 13. The



 

 

 



     

 

 



 

unusual accuracy of our Boltzmann plot (see the

 

   


 

 

 



 

 

figure) was enabled by the novel method of



 

 

 



 

 

 



 

 

state-by-state fitting. This approach combines



 

 

 



 

 

spectral simulation and traditional Boltzmann



 

 

 



 

 

construction procedure. A synthetic spectrum is



 

   


 

   


simulated for each rovibronic upper state, including

 

 



 

 

 



 

 

the instrumental broadening and matched with the



 

 

 



 

 

 



 

measurement. Best-fitting linear combination is then

 

 

 



   

 

searched for. This functionality was incorporated to



 

 

 



 

 

   



the 

massiveOES

 software package [2,3,4]. 



 


Download 9.74 Mb.

Do'stlaringiz bilan baham:
1   ...   34   35   36   37   38   39   40   41   ...   85




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