Plasma diagnostics of electric discharges generated in selected configurations in liquids

摘要

Diplomová práce je zaměřena na srovnání stejnosměrného a vysokofrekvenčního (15-80 kHz) elektrického výboje generujícího nízkoteplotní plazma ve vodném roztoku chloridu sodného. V první části se především soustředí na rozbor volt-ampérových a Lissajousových křivek, které popisují jednotlivé fáze výboje: elektrolýzu, generaci bublin a samotné zapálení a hoření plazmatického výboje na štěrbině v dielektrické přepážce. Studuje také vliv frekvence, konduktivity elektrolytu, tloušťky diafragmy (či délky u kapiláry) a průměru štěrbiny na vlastní zapálení výboje, respektive na generaci bublin. Měření byla realizována v polykarbonátovém reaktoru o objemu 110 ml rozděleného polyacetátovou přepážkou na dvě stejné části, z nichž každá obsahovala nerezovou planární elektrodu. Na přepážce byly instalovány keramické disky Shapal-M o různých průměrech štěrbiny 0,3-0,9 mm a tloušťkách 0,3-1,5 mm. Počáteční konduktivita chloridu sodného byla zvolena v rozmezí 100-900 S/cm. Druhá část práce porovnává vliv stejnosměrného a vysokofrekvenčního napěťového zdroje na fyzikální vlastnosti roztoku (konduktivita, pH, teplota) a tvorbu peroxidu vodíku. V reaktoru o objemu 4 l s mícháním byla nainstalována keramická diafragma s tloušťkou 0,6 mm a dírkou o průměru 0,6 mm, která dělí reaktor na dvě části, z nichž každá obsahuje platinovou elektrodu. Měření probíhalo vždy za konstantního výkonu 45 W po dobu 40 minut na každém zdroji napětí. Peroxid vodíku byl vysrážen titanovým činidlem za tvorby žlutého komplexu, který byl spektrometricky stanoven. Vynesením závislosti výkonu vysokofrekvenčního výboje na frekvenci dostáváme exponenciální pokles frekvence se zvyšujícím se výkonem. Pro silnější přepážky je potřebné vyšší zápalné napětí pro stejnosměrný i vysokofrekvenční výboj. Pro větší průměry štěrbiny se musí nastavit nižší zápalné napětí, ale vyšší výkon pro oba režimy výboje.Zápalné napětí klesá s rostoucí konduktivitou v obou režimech díky tomu, že roztok s vyšší konduktivitou obsahuje více nosičů náboje, a proto stačí nižší napětí k zapálení výboje. Zatímco frekvence a výkon stejnosměrného výboje roste, výkon vysokofrekvenčního výboje s rostoucí konduktivitou klesá. Konduktivita i teplota roztoku elektrolytu se zvyšuje s rostoucí počáteční konduktivitou. Při vysokofrekvenčním a stejnosměrném výboji u anody je pozorován pokles pH do kyselé oblasti z důvodu tvorby reaktivních částic a elektrolýzy (u DC výboje), přičemž u katody je roztok alkalický. Koncentrace peroxidu vodíku lineárně roste během vysokofrekvenčního i stejnosměrného výboje v anodové části a je závislá na počáteční koncentraci elektrolytu.