Генератор холодной плазмы
Электрический разряд является одним из способов генерации химически активных частиц [7]. Больше всего электрический разряд используется для получения озона [8]. Однако озон является селективным окислителем, есть много соединений, которые практически не взаимодействуют с озоном.
Поэтому представляет большой интерес генерирование универсальных высоко активных окислителей, к числу которых относятся гидроксильные радикалы. Гидроксильные радикалы с большой вероятностью гибнут во взаимодействиях между собой на месте образования. В работе [9] найдены условия, при которых время жизни радикалов составляет ~ 1 сек. Этого времени достаточно, чтобы извлечь радикалы из разрядной камеры с эффективностью порядка 50% и осуществить контактирование с обрабатываемой жидкостью. Наличие в числе активных частиц гидроксильных радикалов принципиально меняет ход окислительных процессов в жидкости, так как радикалы инициируют цепные реакции. Поддержание цепных процессов в обработанной жидкости позволяет, несмотря на малый абсолютный выход радикалов, получить результаты, недостижимые с помощью озонирования. В данной работе рассмотрены конструктивные особенности прибора, реализующего принципы генерации активных частиц, предложенные в обзоре [7] и патентах [5, 6, 10].Холодная плазма вспышечного коронного электрического разряда при отрицательной полярности высокого напряжения на разрядном электроде образуется в области высокой напряжённости электрического поля. Если выбрать рабочее напряжение, обеспечивающее начало образования лавин, и ограничивать ток в разрядной цепи, то на электроде возникают импульсы Тричела [11]. При образовании лавины ток в цепи начинает возрастать. Ограничение тока на балластном резисторе приводит к падению высокого напряжения, которое уменьшается ниже порога образования лавины. При этом ток разряда падает и напряжение снова повышается. Образуются импульсы тока амплитудой ~ 200 мА, следующие с частотой ~ 100 кГц.
Длительность импульса порядка 0,1 мкс. Напряжённость электрического поля при возникновении импульсов Тричела достигает 300 кВ/см [12]. Еслиразряд происходит на воздухе в присутствии паров воды, то образуются
первичные активные частицы: озон, радикалы ОН* и Н*.
Рисунок 4. Эскиз генератора. 1 - источник питания; 2 - изолятор; 3 - разрядные электроды; 4 - заземлённый электрод; 5 - обрабатываемая вода; 6 - слив обработанной воды; 7 - эжектор; 8 - трубка вывода активных частиц; 9 - трубка подачи свежего воздуха или кислорода.
Эскиз генератора представлен на рис. 4. Прибор состоит из корпуса, в котором находится обрабатываемая вода 5, разрядные электроды 3 и заземлённый электрод 4. Разрядные электроды закреплены во фторопластовом изоляторе 2 толщиной 5 мм. На каждый разрядный электрод
3 через RC-цепочку подаётся высокое напряжение 11 кВ отрицательной полярности от источника питания 1. RC-цепочка (R = 20 МоМ, 6 шт по 3,3 МоМ типа С2-33м, 1 Вт; C = 34 пф, последовательно 2 шт 68 пф, 6,3 кВ типа К15-5) используется для формирования разряда требуемого типа. Источник питания представляет собой генератор тока, обеспечивающий в рабочем режиме (V = - 11 кВ, I = 4 мА) динамическое выходное сопротивление 0,5 МоМ.
Вспышечный коронный электрический разряд возникает между разрядными электродами 3 и заземлённым электродом 4. Ток разряда с каждого электрода 70 - 100 мкА. Величина разрядного промежутка 6 мм. Для того, чтобы обеспечить концентрацию поля на каждом электроде, расстояние между электродами должно составлять не менее 25 мм, длина каждого электрода не менее 25 мм. Диаметр разрядных электродов 2 мм. Материал электродов - проволока из нержавеющей стали. Электроды специально не затачивались, достаточно острия, возникающего на краях при обрезании проволоки. Фотография разряда, образующегося между электродами 3 - 4 внутри камеры генератора, приведена на рисунке 5.
Рисунок 5. Вид разряда в камере генератора.