Modelování kladného sloupce doutnavého výboje v kyslíku v oblasti středních tlaků

Abstract

The aim of the presented work was to create model of the glos discharge positive column of the oxygen in the middle pressures (in range 100-1000 Pa) with the methods of the computer physics, specifically with the method of the chemical kinetics. I have focused on the existence of two forms of the discharge positive column in the oxygen, low and high gradient form with axial electrical field about 100 V/m and 1 kV/m. I developed continuous model of the low temperature plasma as the steady state solution of the continuity equation with the neglected divergent member. The model involves twelve different kinds of the particles and reactions among them: electrons, ground and excited states of the atomic and molecular oxygen, of course negative and positive ions. I had numerically solved time evolution of the particle concentration at constant pressure, until the system reached equilibrium state. My numerical results were compared with experimental measurements of the electron density, which had been done in the Department of Surface and Plasma Science. To get a consistency between my results and experimental ones for electron density, I had to variate reaction coefficients of the reactions in which charged particles are produced.

Úlohou prezentovanej práce bolo vytvoriť model pozitívneho stĺpca dútnavého výboja v kyslíku v oblasti stredných tlakov (100 -1000 Pa) metódami počítačovej fyziky, konkrétne metódou chemickej kinetiky. Zameral som sa na existenciu dvoch foriem pozitívneho stĺpca výboja v kyslíku, nízko a vysokogradientnú formu s axiálnym elektrickým poľom rádovo 100 V/m a 1 kV/m. Vytvoril som spojitý model nízkoteplotného plazmatu ako stacionárne riešenie rovnice kontinuity so zanedbaním divergentného členu. Model zahrnuje dvanásť rôznych druhov častíc a reakcie medzi nimi: elektróny, základné a excitované stavy atomárneho a molekulárneho kyslíku, samozrejme negatívne a pozitívne ionty. Za konštantného tlaku som numericky riešil časový vývoj koncentrácie častíc, pokiaľ systém nedosiahol rovnovážny stav. Moje numerické výsledky boli porovnané s experimentálnymi meraniami, ktoré boli vykonané na Katedre fyziky povrchoch a plazmatu. Aby som získal zhodu medzi mojimi a experimentálnymi výsledkami, bolo nutné variovať reakčné koeficienty reakcií, v ktorých dochádza k produkcii náboja.