Studie enthüllt die Prinzipien der Elektronenerwärmung in schwach ionisierten Kollisionsplasmen

Anonim

Ein KAIST-Forscherteam hat die zugrundeliegenden Prinzipien der Elektronenerwärmung, einem der wichtigsten Phänomene in Plasmen, erfolgreich identifiziert. Da die Elektroheizung eine breite Palette physikalischer und chemischer Eigenschaften von Plasmen bestimmt, kann dieses Ergebnis den relevanten Industrien erlauben, eine Reihe von Plasmaeigenschaften für ihre spezifischen Bedürfnisse zu erweitern und effektiv anzupassen.

Plasma, das häufig als vierter Aggregatzustand bezeichnet wird, kann hauptsächlich durch künstliches Anregen von Gasen bei Standardtemperatur (25 ° C) und Druck (1 atm) gebildet werden. Unter den vielen Arten von Plasma haben Atmosphärendruckplasmen aufgrund ihrer einzigartigen Merkmale und ihrer Anwendbarkeit in verschiedenen wissenschaftlichen und industriellen Gebieten eine große Aufmerksamkeit erlangt.

Da die Plasmaeigenschaften stark vom Gasdruck im Bereich von unter Atmosphärendruck bis Atmosphärendruck abhängen, ist die Charakterisierung des Plasmas bei unterschiedlichen Drücken eine Voraussetzung für das Verständnis der grundlegenden Prinzipien von Plasmen und für ihre industriellen Anwendungen.

In diesem Sinne ist die Information über die räumlich-zeitliche Entwicklung der Elektronendichte und -temperatur sehr wichtig, da verschiedene physikalische und chemische Reaktionen innerhalb eines Plasmas von Elektronen ausgehen. Daher war die Elektronenerwärmung ein interessantes Thema auf dem Gebiet des Plasmas.

Da unter atmosphärischen Druckbedingungen Stöße zwischen freien Elektronen und neutralen Gasen häufig auftreten, gibt es physikalische Grenzen für die Messung der Elektronendichte und -temperatur in Plasmen unter Verwendung herkömmlicher Diagnosewerkzeuge, so dass die Prinzipien der freien Elektronenerwärmung experimentell nicht aufgedeckt werden konnten.

Darüber hinaus ist die fehlende Information über einen Schlüsselparameter der Elektronenerwärmung und deren Kontrollverfahren mühsam und begrenzt die Verbesserung der Reaktivität und der Anwendbarkeit solcher Plasmen.

Professor Wonho Choe und sein Team vom Institut für Kern- und Quantenengineering nutzten die neutrale Bremsstrahlungs-basierte Elektronendiagnostik, um die Elektronendichte und -temperatur in Zielplasmen genau zu untersuchen. Darüber hinaus wurde eine neuartige bildgebende Diagnostik zur zweidimensionalen Verteilung von Elektroneninformation entwickelt.

Unter Verwendung der von ihnen entwickelten Diagnosetechnik hat das Team die Nanosekunden-aufgelöste Elektronentemperatur in schwach ionisierten Kollisionsplasmen gemessen und die raumzeitliche Verteilung und das Grundprinzip des Elektronenerwärmungsprozesses aufgedeckt.

Das Team konnte das grundlegende Prinzip des Elektronenerwärmungsprozesses unter atmosphärischen Bedingungen (0.25-1 atm) durch Durchführung des Experiments zur räumlich-zeitlichen Entwicklung der Elektronentemperatur erfolgreich nachweisen.

Ihre Ergebnisse der zugrundeliegenden Forschungsdaten über freie Elektronen in schwach ionisierten Kollisionsplasmen werden dazu beitragen, das Gebiet der Plasmaforschung und ihre kommerziellen Anwendungen zu erweitern.

Professor Choe sagte: "Die Ergebnisse dieser Studie liefern ein klares Bild der Elektronenerwärmung in schwach ionisierten Plasmen unter Bedingungen, bei denen Kollisionen zwischen freien Elektronen und neutralen Teilchen häufig sind. Wir hoffen, dass diese Studie informativ und hilfreich bei der Nutzung und Vermarktung von atmosphärischem Druck sein wird Plasmaquellen in naher Zukunft. "

Artikel zu dieser Forschung, die von Research Professor Sanghoo Park geleitet wurde, wurden am 14. Mai und 5. Juli in Scientific Reports veröffentlicht.

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