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

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».