1. Техніко-фізичні межі можливостей технологій НТНП атмосферного тиску
Незважаючи на деякий прогрес, досягнутий у випробуваннях лабораторного масштабу, обробка холодної плазмою при атмосферному тиску не отримала ще широкого практичного поширення у вище перелічених областях (за винятком DBD при обробці поверхні, так в поліграфії на ринку обладнання є DBD обробні пристрої з корисною потужністю до 30 кВт). Перешкодою до застосування є, по-перше, те, що джерела холодної плазми в даний час представляють собою технічно складне устаткування з низькою економічною ефективністю. По-друге, існуючі методи плазмової обробки потенційно можуть призводити до руйнування матеріалів у місцях контакту плазми і оброблюваної поверхні.
У більшості розроблюваних в самий останній час електрофізичних методів для створення низькотемпературної атмосферної плазми для обробки поверхонь використовують розряди, формовані ІПК. Однак, і в цьому випадку, у авторів є великі проблеми зі створенням і експлуатацією високовольтної електротехніки, необхідної для підтримки стабільності розряду, що сильно стримує впровадження в промисловість плазмових технологій.
HPPNCD позбавлена ??цих недоліків. Вона характеризується ионизационной неравновесностью і неізотермічних, що і є її основними енергетичними перевагами перед іншими типами розрядів. Спеціальні заходи щодо запобігання шнурованія нерівноважної плазми в PPNC зводяться до двох прийомам: обмеженню тривалості підтримки плазми (100-600нс) і введенню негативного зворотного зв'язку між струмом і напругою. Розподілена зворотний зв'язок заснована на використанні реактивного опору генератора високовольтних імпульсів Фітч, Гартрі з опором плазми наносекундной стримерного корони в момент максимуму струму.
Енергетична ефективність установок, сконструйованих в МКБ «Горизонт», становить не менше 75%, тобто від розетки втрачається тільки 25% енергії, решта впроваджується в НТНП. Обладнання може міняти продуктивність і працювати від однієї кнопки в автоматичному режимі без участі оператора. Причому такі установки є єдиним у світі відомим нам прикладом газоочисного обладнання з плавно регульованими технічними характеристиками.
Ефективність плазмо-хімічного реактора прийнято виражати шляхом введення гамма фактора (G-фактор), який визначає кількість напрацьованих активних частинок, що утворилися при енерговклад в розряд у 100еВ. В імпульсному розряді залежний від часу G-фактор для сорту часток j дається виразом:
Gj (t)=Nj (t) /? (U * I) (t ) dt ,
де Nj - повне число частинок сорту j (інтеграл за обсягом розряду), напрацьоване до моменту часу t; U і I - залежать від часу напруга і струм розряду. Для реакторів коаксіального типу середнє Gj (t)=2-3.
Завдання плазмохимического реактора полягає саме в активації молекул домішок, які в цьому випадку обов'язково вступають в подальші хімічні реакції і перетворення з молекулами і атомами кисню та азоту повітря, т. е. конверсіруются.
Теоретична межа питомої щільності енергії, що вводиться в газ без його суттєвого нагріву і, відповідно, пробою (рівень 0,03 еВ/молек. або 130Дж/дм 3 ), визначається виходячи з припущення про можливість одномоментної активації (збудження , дисоціації та/або іонізації) всіх молекул кисню та азоту, що містяться в одиниці об'єму повітря.
Всі фізико-хімічні процеси, що відбуваються в плазмі газового розряду можна розділити на три тимчасових інтервалу:
. Дt? 10 - 15 с - на цьому інтервалі часу завершуються процеси збудження атомів і молекул електронним і фотонним ударом;
. Дt? 10 - 13 с - на цьому інтервалі часу завершуються процеси іонізації і дисоціації атомів і молекул;
. Аж до Дt? 10 - 3 с залежно від складу газу, температури і тиску - стадія хімічних процесів і реакцій.
З п.3 випливає, що для підтримки безперервності хімічних процесів і плазмохімічних реакцій в реакторі довгою 1 метр при швидкості потоку 1м/с необхідна частота імпульсів становить не менше 1000Гц, а з п.2 - що < b align="justify"> для стоячого повітря форма кривої зростання концентрації активних частинок повинна відповідати формі фронту імпульсу напруги.
Для реакцій між валентно-насиченими молекулами (що входять до молекули атоми мають повністю заповнену зовнішню електронну оболонку) енергія активації близька до енергії дисоціації і становить 100? 200 кДж/моль (1,04-2.08 еВ/молекулу). Реакції атомів (або радикалів) з молекулами протікають з проміжними значеннями
