Kinetic coefficients of electrons in weakly ionized plasma of mixtures of air with water vapor in a strong electric field

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Using a numerical solution of the Boltzmann equation, the electron drift velocity, the coefficients of their longitudinal and transverse diffusion, as well as the ionization and dissociative attachment coefficients in weakly ionized plasma of mixtures of air with water vapor are calculated in a wide range of reduced electric fields (1–650 Td, 1 Td = 10–17 V cm2) and mole fractions of water vapor (0–1). The calculation results are compared with new experimental data, and good agreement between them is obtained. It is shown that for all coefficients and the average electron energy, their dependence on the gas composition changes with increasing electric field. At low reduced fields, an increase in the content of H2O water molecules in mixtures leads to a decrease in the transport coefficients and average electron energy, while the opposite trend is observed at high fields. It is shown that for the drift velocity and electron attachment coefficient there are electric fields, in which these coefficients in gas mixtures can be greater than the coefficients in dry air and water vapor. A qualitative explanation is given for the obtained dependences of the electron coefficients on the electric field and H2O content in the mixtures.

About the authors

I. V. Kochetov

Lebedev Physical Institute, Russian Academy of Sciences; Troitsk Institute for Innovation and Fusion Research

Email: nick_aleksandrov@mail.ru
Russian Federation, Moscow, 119991; Moscow, 108840

N. L. Aleksandrov

Moscow Institute of Physics and Technology; Joint Institute for High Temperatures, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: nick_aleksandrov@mail.ru
Russian Federation, Dolgoprudny, Moscow oblast, 141701; Moscow, 125412

References

  1. Fridman A. Plasma chemistry. Cambridge: Cambridge University Press, 2008.
  2. Kong M.G., Kroesen G., Morfill G., Nosenko T., Shimizu T., van Dijk J., Zimmermann J.L. // New J. Phys. 2009. V. 11. P. 115012.
  3. Starikovskiy A., Aleksandrov N. // Progr. Energy Comb. Sci. 2013. V. 39. P. 61.
  4. Starikovskaia S.M. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2014. V. 47. P. 353001.
  5. Ju Y., Sun W. // Progr. Energy Comb. Sci. 2015. V. 48. P. 21.
  6. Стариковский А.Ю., Александров Н.Л. // Физика плазмы. 2021. Т. 47. С. 126.
  7. Gallimberti I. // Pure Appl. Chem. 1988. V. 60. P. 663.
  8. Šimek M., Homola T. // Eur. Phys. J. D. 2021. V. 75. P. 210.
  9. Starikovskiy A.Yu., Bazelyan E.M., Aleksandrov N.L. // Plasma Sources Sci. Technol. 2022. V. 31. P. 114009.
  10. Хаксли Л., Кромптон Р. Диффузия и дрейф электронов в газах. М.: Мир, 1977.
  11. Gallagher J.W., Beaty E.C., Dutton J., Pitchford L.C. // J. Phys. Chem. Ref. Data. 1983. V. 12. P. 109.
  12. Pancheshnyi S., Biagi S., Bordage M., Hagelaar G., Morgan W., Phelps A., Pitchford L. // Chem. Phys. 2012. V. 398. P. 148.
  13. Pitchford L.C. et all // Plasma Process. Polym. 2017. V. 14. P. 1600098.
  14. Alves L.L., Bogaerts A., Guerra V., Turner M.M. // Plasma Sources Sci. Technol. 2018. V. 27. P. 023002.
  15. Ruız-Vargas G., Yousfi M., de Urquijo J. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2010. V. 43. P. 455201.
  16. de Urquijo J., Gonzalez-Magana O., Basurto E., Juarez A.M. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2024. V. 57. P. 125205.
  17. Кочетов И.В., Александров Н.Л. // Физика плазмы. 2019. Т. 45. С. 717.
  18. Kochetov I.V., Popov M.A., Aleksandrov N.L. // Plasma Sources Sci. Technol. 2019. V. 28. P. 025009.
  19. Hagelaar G.J.M., Pitchford L.C. // Plasma Sources Sci. Technol. 2005. V. 14. P. 722.
  20. Дятко Н.А., Кочетов И.В., Напартович А.П. // Физика плазмы. 1992. T. 18. C. 888.
  21. TRINITI database, www.lxcat.net, retrieved on November 20, 2017.
  22. Александров Н.Л., Кончаков А.М. // Физика плазмы. 1981. Т. 7. С. 185.
  23. Александров Н.Л., Кончаков А.М., Напартович А.П., Старостин А.Н., Химия плазмы, Вып. 11, С. 3, под ред. Б.М. Смирнова, М.: Энергоатомиздат, 1984.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».