The authors would like to thank the Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen &#8222;Otto von Guericke&#8220; e.V., AiF (German Federation of Industrial Research Associations) and the Deutsche Forschungsgemeinschaft, DFG (German Research Foundation) for partly funding the presented work under contract number 14248 and STR 662/4-1, respectively.

1. מדידה של Magnetron הערה: סכמטי של הגדרת הניסוי למדידת magnetron מתואר באיור 1 א. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את magnetron למבודד בהיקף של circulator ומי עומס עם 10 ברגים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את מבודד למצמד כיוונית עם 10 ברגים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את המצמד כיווני לשני עומס מים עם 10 ברגים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לספק את כל עומסי המים עם מים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לכייל את מנתח הספקטרום עם פונקצית כיולה על פי הפרוטוקול של היצרן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר 20 dB מחליש למנתח הספקטרום על ידי חיבור 20 dB המחליש למנתח הספקטרום. הערה: 20 dB המחליש משמש להגנה על מנתח הספקטרום מסמכויות גבוהות מדי מעל וו 1 </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את מנתח הספקטרום המצויד 20 מחליש dB עד סוף הכבלים קואקסיאליים מצוידים במחבר BNC ידי חיבור שיתוףכבל צירי ל -20 מחליש dB. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את הקצה של כבל קואקסיאלי מצויד במחבר N למצמד כיווני ידי חיבור הכבלים קואקסיאליים לכבל כיוונית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את magnetron באמצעות אספקת החשמל ואת הספקטרום של המיקרוגל הנפלט מוצג על מנתח הספקטרום. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> במידת צורך, להתאים את מוצג abscissa, לתאם והרזולוציה שלהם בהתאם להוראות של מנתח הספקטרום. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי למדוד את התדר של מיקרוגל הפלט בתלות של כוח המיקרוגל, להגדיל את כוח המיקרוגל מ -10% ל המרבי של כוח התפוקה ב 5% עד 10% וצעדים על כל צעד לקבוע את התדירות של משרעת המקסימלי של הקשת מוצג על ידי מנתח הספקטרום. הערה: בדרך כלל, ספקטרום התדרים של magnetron מתחת ל -10% מההספק המרבי שלה הוא רחב מאוד, מציג פסגות רבות ושונות, ולכן אינו שמיש. </li></ol> 2. התאמה שלתדר תהודה הערה: סכמטי של הגדרת הניסוי למדידה והתאמת תדר התהודה מתוארת באיור 2 א. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לכייל את מנתח הרשת עם ערכת הכיול להפעלת S11 (על פי הפרוטוקול של היצרן). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את הכבלים קואקסיאליים באמצעות N-המחבר לחלק קואקסיאליים של מעבר מדריך קואקסיאליים אל מלבני-גל על ​​ידי חיבור הכבלים קואקסיאליים לגל-מדריך-המעבר קואקסיאליים ל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את החלק המלבני של מעבר המדריך קואקסיאליים אל מלבני-גל למקלט שלושה בדל עם 10 ברגים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את מקלט שלושה בדל להרכבת לפיד הפלזמה מיקרוגל עם 10 ברגים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> במתג תפריט מנתח הרשת לפעולת S11. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בתפריט הרשת Analyzer לעבור למצב VSWR או כדי להיכנס למצב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> איטרטיבי להתאים את תדר התהודה של ההרכבה לפיד הפלזמה המיקרוגל לfreque המדודncy של magnetron בתפוקת חשמל של 25% - 60% מההספק המרבי על ידי נע מעלה ומטה הזרבובית. תדר התהודה של ההרכבה לפיד הפלזמה המיקרוגל ניתן על ידי הטבילה של מדידת פרמטר S11 כמתואר באיור 2. התאם לטבול זה על ידי הזזת הזרבובית למעלה ולמטה כדי התדירות המומלצת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כאשר תדר התהודה מותאם, לנעול את המיקום של הזרבובית עם אגוז הנעילה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להגדיל את כוח המיקרוגל קדימה איטרטיבי על ידי התאמת שלושה הספחים של מקלט שלושה בדל ידי נע מעלה ומטה הספחים. כוח המיקרוגל נקלט על ידי ההרכבה לפיד הפלזמה המיקרוגל ניתן על ידי את עומק הטבילה של פרמטר S11. כך, למקסם את הטבילה זה על ידי התאמת הספחים של מקלט שלושה בדל. בדרך כלל, די בכך ששניים משלושת הספחים משמשים. </li></ol> 3. הצתה של פלזמה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יש להרכיב משקפיים הגנת UV מאז הפלזמה פולטת רדיע UVtion. הפעל את לפיד הפלזמה תחת אוורור גז המקומי מאז הפלזמה מייצרת תחמוצות ניטריד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את ההרכבה לפיד הפלזמה מיקרוגל עם המהוד המותאם קואקסיאליים (זרבובית נעולה) והמקלט שלושה בדל המותאם לmagnetron מצויד במבודד בהיקף של circulator המחובר למי עומס. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את אספקת הגז ללפיד הפלזמה מיקרוגל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את אספקת הגז ל5 עד 20 SLM. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מכיוון שקרינת מיקרוגל במינונים גבוהים יותר מזיקה במיוחד לעיניים, לבדוק שאין דליפות מיקרוגל. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשם כך, להפעיל את המיקרוגל בעצמה נמוכה מאוד של 10% עד 12% ובדקו את כל חיבורי המיקרוגל עם מד מיקרוגל לדליפות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אם יש דליפות להסיר לחלוטין אותם לפני הגדלת כוח המיקרוגל או הפעלת לפיד הפלזמה מיקרוגל. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אם אין דליפות להפעיל את המיקרוגל מתחיל עם כוחות נמוכים של 10% ולהגדיל את המיקרופוןכוח rowave לאט בתוך 10 עד 60 שניות עד הפלזמה מציתה בשפופרת קוורץ של לפיד הפלזמה מיקרוגל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אנא קראו בעיון אם והיכן הפלזמה מציתה אבל להיזהר עם מיקרוגל אולי הקרין. רצוי להשתמש במראה להתבוננות בהצתת הפלזמה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אם לא מציתה פלזמה, לכבות את חשמל המיקרוגל ולבדוק היטב אם כוח המיקרוגל בשילוב כראוי למהוד קואקסיאליים ולא מוטעה לרכיבים אחרים מתחממים או אפילו לפגוע בהם. בדקו אם חלק מהמרכיבים מקבלים התחממו. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אם כל רכיב מתחמם - כלומר, כוח המיקרוגל הוא מוטעה - להעביר את כל הספחים של מקלט שלושה בדל ממוליך הגל ולהתאים אותם למקסם את צימוד המיקרוגל להרכבת לפיד הפלזמה כמתואר בשלב 2.9. ואז להתחיל שוב עם שלב 3.1. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התאם את תדר התהודה של המהוד קואקסיאליים של לפיד הפלזמה לתדר השליחה של magnetron בכוח מיקרוגל תפוקה גבוהה מספיק של 25% עד 60% מההספק המרבי עם מנתח הרשת כמתואר בשלב 2. כדי לשפר את ההצתה, להתאים את תדר התהודה של המהוד קואקסיאליים כמתואר בשלב 2 לגבוה יותר תפוקת חשמל. ואז להתחיל שוב עם שלב 3.1. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אם הפלזמה מציתה אי שם בלפיד הפלזמה ולא לעבור באופן אוטומטי למצב קואקסיאליים או גלילי, להשתנות את זרימת חשמל המיקרוגל וגז המסופקת עד ששורף במצב הגלילי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כאשר הפלזמה שורפת במצב הגלילי, איטרטיבי להתאים את הספחים של מקלט שלושה בדל ידי הזזתם למעלה ולמטה, כך שכל כוח המיקרוגל מסופק נספג על ידי הפלזמה וכוח המיקרוגל לידי ביטוי הופך לאפס. הערה: אם דיודה מיקרוגל מחוברת לעומס המים והקלט המקביל של יחידת הבקרה, חשמל המיקרוגל משתקף מוצג ביחידת הבקרה של אספקת חשמל המיקרוגל.איך לעשות את זה מתואר במדריך של אספקת חשמל המיקרוגל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כאשר כוחות מיקרוגל גבוהים יותר של 1.5 קילוואט או יותר ותזרים גז הנמוך של פחות מ -15 SLM משמשים, לבדוק היטב שהפלזמה לא לגעת בקירות של צינור קוורץ. שפופרת קוורץ אסור זוהרת בכל מקום. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אם שפופרת קוורץ זוהרת בצבע אדום, להקטין את כוח המיקרוגל או להגביר את זרימת הגז עד שנעלם לגמרי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מאז ניתן הקרין מיקרוגל על ​​ידי הפלזמה בשל המוליכות של הפלזמה, לבדוק עם מד מיקרוגל שהכח המיקרוגל המוקרן הוא מתחת לסף. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אם כוח המיקרוגל המוקרן הוא מעל הסף, להגן על הפלזמה עם רשת מתכתית שבו גודל הרשת הוא הרבה יותר קטן ממחצית אורך גל מיקרוגל בשימוש. </li></ol> סרט מצלמה 4. מהיר של ההצתה פלזמה הערה: מאחר שההצתה של הפלזמה והמעבר שלה למצב הגלילי היא בטווח שלכמה מאה מילי-שניות, יכולים להיות הכי טובות חקרו את התהליך הזה באמצעות מצלמה במהירות גבוהה. עם זאת, אין זה הכרחי כדי לבחון את תהליך ההצתה באמצעות מצלמה במהירות גבוהה בכל פעם הפלזמה ניצתת. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את העדשה של המצלמה במהירות הגבוהה מול לפיד הפלזמה המיקרוגל מחפש דרך חריץ האבחון בחלק הקדמי של לפיד הפלזמה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התאם עד המצלמה פונים למהוד קואקסיאליים בקצה הנחיר המתכתי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> למקד את המצלמה על קצה הנחיר המתכתי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התחל הקלטה עם 1,000 תמונות בשניה (פריימים לשניה) של המצלמה במהירות הגבוהה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להצית את הפלזמה כאמור בסעיף 3. </li></ol> 5. פלזמה פעולה יציבה ורציפה הערה: כאשר הפלזמה כבר הציתה במצב הגלילי ומקלט שלושה הבדל הותאם על מנת למקסם את הספיגה של כוח המיקרוגל על ​​ידי הפלזמה יציבה וContinפעולת uous של לפיד הפלזמה היא אפשרית. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התאם את הממד - רדיאלי וצירי ההארכה - של הפלזמה לממד הרצוי על ידי שינוי כוח המיקרוגל סיפק בין 10% ל ההספק המרבי ואת זרימת הגז בין 10 ל 70 SLM. שמור את הממד הרדיאלי מוגבל לקוטר של צינור קוורץ. הפלזמה אסור לגעת בקיר של צינור קוורץ מה שאומר ששפופרת קוורץ אסור זוהרת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לעצב את הפלזמה לצורות שונות, להשתמש בשפופרת קוורץ קצרה שרק מגבילה את הפלזמה פנימית של המהוד הגלילי ולמקם את פתח אחד בחלק העליון של ההרכבה לפיד פלזמה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> במידת צורך, להדק את הפתחים עם כמה ברגים. </li></ol>

<ol>
	<li>Hong, Y. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microwave+plasma+torch+abatement+of+NF3+and+SF6.">Microwave plasma torch abatement of NF3 and SF6.</a> Phys. Plasma. 13, 033508 (2006).</li><li>Kabouzi, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Abatement+of+perfluorinated+compounds+using+microwave+plasmas+at+atmospheric+pressure.">Abatement of perfluorinated compounds using microwave plasmas at atmospheric pressure.</a> J. Appl. Phys. 93 (12), 9483-9496 (2003).</li><li>Kabouzi, Y., Moisan, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pulsed+Microwave+Discharges+Sustained+at+Atmospheric+Pressure:+Study+of+Contraction+and+Filamentation+Phenomena.">Pulsed Microwave Discharges Sustained at Atmospheric Pressure: Study of Contraction and Filamentation Phenomena.</a> IEEE Transaction on Plasma Science. 33, 292-293 (2005).</li><li>Hong, Y. C., Uhm, H. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Abatement+of+CF4+by+atmospheric-pressure+microwave+torch.">Abatement of CF4 by atmospheric-pressure microwave torch.</a> Phys. Plasma. 10 (8), 3410-3414 (2003).</li><li>Leins, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+and+Characterisation+of+a+Microwave-heated+Atmospheric+Plasma+Torch.">Development and Characterisation of a Microwave-heated Atmospheric Plasma Torch.</a> Plasma Process. Polym. 6, 227-232 (2009).</li><li>Alberts, L., Kaiser, M., Leins, M., Reiser, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=&#252;ber+die+M&#246;glichkeit+des+Abbaus+von+C-haltigen+Abgasen+mit+atmosph&#228;rischen+Mikrowellen-Plasmen.">&#252;ber die M&#246;glichkeit des Abbaus von C-haltigen Abgasen mit atmosph&#228;rischen Mikrowellen-Plasmen.</a> Proc. UMTK, VDI-Berichte 2040 P3. , 217-221 (2008).</li><li>Leins, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Entwicklung+und+Charakterisierung+einer+Mikrowellen-Plasmaquelle+bei+Atmosph&#228;rendruck+f&#252;r+den+Abbau+von+VOC-haltigen+Abgasen.">Entwicklung und Charakterisierung einer Mikrowellen-Plasmaquelle bei Atmosph&#228;rendruck f&#252;r den Abbau von VOC-haltigen Abgasen.</a> Proc. UMTK, VDI-Berichte 2040 P3. , (2008).</li><li>Fridman, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Plasma Chemistry. , (2008).</li><li>Azizov, R. I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+nonequilibrium+plasma+chemical+process+of+decomposition+of+CO2+in+a+supersonic+SHF+discharge.">The nonequilibrium plasma chemical process of decomposition of CO2 in a supersonic SHF discharge.</a> Sov. Phys. Dokl. 28, 567-569 (1983).</li><li>Moisan, M., Zakrzewski, Z., Pantel, R., Leprince, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Waveguide-Based+Launcher+to+Sustain+Long+Plasma+Columns+Through+the+Propagation+of+an+Electromagnetic+Surface+Wave.">Waveguide-Based Launcher to Sustain Long Plasma Columns Through the Propagation of an Electromagnetic Surface Wave.</a> IEEE Transaction on Plasma Science. 3, 203-214 (1984).</li><li>Moisan, M., Pelletier, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Microwave Excited Plasmas. , (1992).</li><li>Moisan, M., Sauv&#233;, G., Zakrzewski, Z., Hubert, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+atmospheric+pressure+waveguide+fed+microwave+plasma+torch:+the+TIA+design.">An atmospheric pressure waveguide fed microwave plasma torch: the TIA design.</a> Plasma. Sources Sci. Technol. 3, 584-592 (1994).</li><li>Jin, Q., Zhu, C., Borer, M. W., Hieftje, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+microwave+plasma+torch+assembly+for+atomic+emission+spectrometry.">A microwave plasma torch assembly for atomic emission spectrometry.</a> Spectorchim. Acta Part B. 46, 417-430 (1991).</li><li>Baeva, M., Pott, A., Uhlenbusch, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modelling+of+NOx+removal+by+a+pulsed+microwave+discharge.">Modelling of NOx removal by a pulsed microwave discharge.</a> Plasma Sources Sci. Technol. 11, 135-141 (2002).</li><li>Korzec, D., Werner, F., Winter, R., Engemann, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scaling+of+microwave+slot+antenna+(SLAN):+a+concept+for+efficient+plasma+generation.">Scaling of microwave slot antenna (SLAN): a concept for efficient plasma generation.</a> Plasma Sources Sci. Technol. 5, 216-234 (1996).</li><li>Tendero, C., Tixier, C., Tristant, P., Desmaison, J., Leprince, P. h. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Atmospheric+pressure+plasmas:+A+review.">Atmospheric pressure plasmas: A review.</a> Spectorchimica Acta Part B. 61, 2-30 (2006).</li><li>Ehlbeck, J., Ohl, A., Maa&#223;, M., Krohmann, U., Neumann, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Moving+atmospheric+microwave+plasma+for+surface+and+volume+treatment.">Moving atmospheric microwave plasma for surface and volume treatment.</a> Surface and Coatings Technology. 174-175, 493-497 (2003).</li><li>Pipa, A. V., Andrasch, M., Rackow, K., Ehlbeck, J., Weltmann, K. -. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Observation+of+microwave+volume+plasma+ignition+in+ambient+air.">Observation of microwave volume plasma ignition in ambient air.</a> Plasma Sources Sci. Technol. 21 (3), 035009 (2012).</li><li>Baeva, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Puls+microwave+discharge+at+atmospheric+pressure+for+NOx+decomposition.">Puls microwave discharge at atmospheric pressure for NOx decomposition.</a> Plasma Sources Sci. Technol. 11, 1-9 (2002).</li><li>Pott, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Experimentelle und theoretische Untersuchung gepulster Mikrowellenplasmen zur Abgasreinigung in Gemischen aus Stickstoff, Sauerstoff und Stickstoffmonoxid. , (2002).</li><li>Rackow, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microwave-based+characterization+of+an+athmospheric+pressure+microwave-driven+plasma+source+for+surface+treatment.">Microwave-based characterization of an athmospheric pressure microwave-driven plasma source for surface treatment.</a> Plasma Sources Sci. Technol. 20, 1-9 (2011).</li><li>Nowakowska, H., Jasinski, M., Mizeraczyk, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electromagnetic+field+distributions+waveguide-based+axial-type+microwave+plasma+source.">Electromagnetic field distributions waveguide-based axial-type microwave plasma source.</a> Eur. Phys. J. D. , 1-8 (2009).</li><li>Leins, M., Walker, M., Schulz, A., Schumacher, U., Stroth, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spectroscopic+Investigation+of+a+Microwave-Generated+Atmospheric+Pressure+Plasma+Torch.">Spectroscopic Investigation of a Microwave-Generated Atmospheric Pressure Plasma Torch.</a> Contrib. Plasma Phys. 52 (7), 615-628 (1002).</li><li>Leins, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Development and Spectroscopic Investigation of a Microwave Plasma Source for the Decomposition of Waste Gases. , (2010).</li><li>Langbein, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Entwicklung und Optimierung eines mikrowellenbasierten Atmosph&#228;rendruck-Mikroplasmas f&#252;r lokale Oberfl&#228;chenbehandlungen. , (2008).</li><li>Kamm, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Spektroskopische Untersuchung eines Mikrowellen-Mikroplasma-Brenners. , (2011).</li><li>Weinrauch, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Spektroskopische Charakterisierung eines Mikrowellen-Mikroplasmabrenners f&#252;r die lokale Oberfl&#228;chenbehandlung. , (2012).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

הסרט הוצג מסביר כיצד הצתה של פלזמה מיקרוגל לחץ אטמוספרי ללא כל igniters נוסף יכולה להתממש, את העקרונות הבסיסיים של לפיד זה מיקרוגל פלזמה, התאמת, תהליך ההצתה של הפלזמה והפעולה היציבה והמתמשכת שלה. כפי שתואר במבוא, יש סוגים של לפידי פלזמה מיקרוגל שונים כבר אבל אף אחד מאותם יספק הצתה של הפלזמה ללא כל igniters נוסף, כמו גם פעולת פלזמה יציבה ומתמשכת. כדי להשיג הצתה של הפלזמה ללא כל igniters נוסף בלחץ אטמוספרי שדה חשמלי גבוה הוא הכרחי ולכן בזמן לפעולת פלזמה רציפה ויציבה יש צורך באיכות נמוכה מהוד עם איכות גבוהה. זו יכולה להתממש על ידי שילוב של מהוד קואקסיאליים באיכות גבוהה המבטיח הצתה של הפלזמה ומהוד גלילי באיכות נמוכה המספק רציף ופעולת פלזמה יציבה. התדר של המיקרוגל שסופק יש להתאים בצורה מושלמת את תדר התהודה של מהוד קואקסיאליים באיכות גבוהה, כך שהכח הניתן בשילוב לתוך תא התהודה. לכן התלות בתדר של magnetron צריכה להיות ידועה ותדר התהודה של המהוד קואקסיאליים צריך להיות מתכווננת. תדירות השליחה של magnetron ניתן למדוד עם מנתח ספקטרום בזמן שתדר התהודה של המהוד קואקסיאליים ניתן למדוד באמצעות מנתח רשת והותאם על ידי זרבובית מטלטלין. על מנת להבטיח את ההצתה של הפלזמה אך ורק על ידי המיקרוגל מסופק, זה קריטי, כי תדר התהודה של המהוד קואקסיאליים אופן מושלם את תדירות השליחה של magnetron. יתר על כן, המיקרוגל יש שילוב לחלוטין למהוד קואקסיאליים של ההרכבה לפיד פלזמה אשר מושגת על ידי למקסם את הכח קדימה wה- i מקלט שלושה בדל. אם שלבים הקריטיים אלה לא נערכו בקפידה ייתכן שהפלזמה לא להצית או שהמיקרוגל הוא מצמידים להגדרת הניסוי איפשהו מה עלול להוביל לניזק של חלקים אלה. לכן, אם אין הצתה של הפלזמה הוא ציין, את השלבים הבאים צריכים להיבדק בזהירות שוב. יתר על כן, זה אפשרי, כי הפלזמה מציתה אבל לא לעבור למצב קואקסיאליים או גלילי בכוחות עצמו. במקרה זה הפלזמה יכולה בדרך כלל להיות מופעלת ראשונה למצב קואקסיאליים ולאחר מכן למצב הגלילי על ידי שינוי זרימת הגז וחשמל המיקרוגל מסופק. כדי להשיג הצתה ופעולה אוטומטיות יותר של הפלזמה מקלט שלושה בדל אוטומטי אשר באופן אוטומטי מתאים את ספחיה לשלטון מוגדל קדימה יכול לשמש במקום מדריך אחד. כך ההתאמה של הספחים להצתה של הפלזמה ולאחר מכן ההתאמה להפעלת הפלזמה מתבצעת באופן אוטומטי על ידימקלט שלושה בדל זה. כדי להשיג הצתה פלזמה ללא כל igniters נוסף ותפעול פלזמה יציב ורציף שילוב הציג החכם של שני מבני המהוד והטכניקה שהוצגה במדידה של magnetron על ידי מנתח ספקטרום והמדידה וההתאמה של תדר התהודה באמצעות מנתח רשת הוא קריטיים. ההצתה של הפלזמה נחקרה בפירוט עם מצלמה במהירות גבוהה. מהממצאים עולים כי הפלזמה מציתה במהוד קואקסיאליים, רוחות עד לקצה בוער זרבובית במצב קואקסיאליים, עליות בעוצמה ונפח, מתנתקות מהנחיר המתכתי, מגבירה עוד יותר ואז שורפת בחופשיות מעל הנחיר המתכתי ב מצב גלילי. לאחר ההצתה של הפלזמה והמעבר שלה למצב הגלילי הפלזמה יכולה להיות מופעלת ביציבות וברציפות. הממד של הפלזמה תלויה במתח המסופק על המיקרוגל וזרימת גז והעלייהs כאשר כוח המיקרוגל מסופק גדל או את זרימת הגז היא ירד. יתר על כן, הפלזמה יכולה להיות בצורה למחטים, מברשות או פלזמות זוהר חלקות באמצעות פתחים. זרימת הגז וחשמל המיקרוגל של לפיד הפלזמה המיקרוגל הציג מוגבלת לכ -100 SLM וכמה קילוואט שגם מגביל את נפח הפלזמה. מאז לא חייבת להיות פגום שפופרת קוורץ הקוטר הרדיאלי של הפלזמה מוגבל לקוטר הפנימי של צינור קוורץ. אם דרושה גדולה יותר נפח פלזמה או תזרים גז גדול צריך להיות מטופלים, מקור הפלזמה ניתן לשנותם-ידי שימוש בתדרי מיקרוגל נמוך יותר, למשל 915 MHz במקום 2.45 GHz. עם 915 MHz יותר כוח המיקרוגל זמין, שהובילו לכרכי פלזמה גדולים המאפשרים תזרים גז גדול יותר לטיפול. עם זאת, כאשר כוחות עליונים משמשים, את הסיכון לניזק, במיוחד של הזרבובית מתכתית, במהלך ההצתה של הפלזמה או בעליות תפעול ולכן anoמנגנון ההצתה יס יש לשקול. יתר על כן, הפרמטרים הפלזמה, כמו אלקטרונים וטמפרטורת גז, אינם תלויים בפרמטרים החיצוניים כמו זרימת גז וחשמל מיקרוגל מסופק. לכן, אם יש צורך בפלזמה בלחץ אטמוספרי עם פרמטרים פלזמה שונים, מקור שונה יש להשתמש או אחד שעונה על הצרכים הנדרש, צריך להיות חדש שפותח. מאז את לפיד הפלזמה מיקרוגל לחץ אטמוספרי מוצג מספק הצתה של הפלזמה ללא כל igniters נוסף, כמו גם פעולת פלזמה יציבה ורציפה, מקור הפלזמה מתאים ליישומים תעשייתיים רבים. היתרון של ההצתה של הפלזמה ללא כל igniters נוסף לתהליכים תעשייתיים, במיוחד כאשר הוא משמש מקלט שלושה בדל אוטומטי, הוא שרק המיקרוגל יש להיות מופעל והתהליך מתחיל לרוץ באופן מהימן ובאופן אוטומטי. יתר על כן, אם יש צורך בפעולה רציפה שבה התהליך בו פועלבמשך זמן מה אחריו intermittency, ניתן להפעילו מחדש בתהליך הפלזמה במהירות, אמין ובאופן אוטומטי ואין התשה של מערכת הצתה נוספת. תהליכי נפח כמו סינתזה כימית, כמו גם טיפולי משטח עם הפלזמה הזוהר יכולים להיות שם כמו יישומים של לפיד הפלזמה מיקרוגל. מחקרים על השפלה המוצלחת של גזי פליטה מזיקים, במיוחד לגזי חממה כמו תרכובות perfluorinated אשר נמצא בשימוש בתעשיית המוליכים למחצה גדלה, על הניתוק של CO 2 לCO ו- O, כמו גם על פירוליזה של מתאן למימן ופחמן כבר נערך. יתר על כן, פלזמות הזוהר שמשו לטיפול במשטחים להגדיל את ההידבקות של דבק וצבע ולמטרות טיהור ועיקור. לדוגמא, מקור הפלזמה יכול לשמש לטיהור של פני השטח של פקקי השעם להשפיל trichloroanisole, מה שגורם לכתם הפקק מה שנקרא. applic נוסףation הוא ההפחתה של חיידקים על משטחים, כמו על חומרי אריזה או על מזון. הטכניקה הציגה כיצד תדירות השליחה של אספקת חשמל בתדירות גבוהה נמדדה באמצעות נתח ספקטרום ואיך תדר התהודה של מבנה תהודה נמדד ומתואם באמצעות מנתח רשת יכולה להיות מיושם גם למקורות פלזמה בתדירות גבוהה אחרים . כדוגמא סילון קטנטן מיקרו פלזמה מיקרוגל המבוסס על λ / 4 מהוד-יכול להיות שם 25-27. לבסוף, הסרט הציג יוביל לפיתוחים ושיפורים בלחץ של אטמוספרה ו / או מקורות פלזמה מיקרוגל נוספים.

לפידי פלזמה מיקרוגל לחץ אטמוספרי מציעים מגוון רחב של יישומים שונים. מצד אחד הם יכולים לשמש לתהליכים כימיים ונפח מצד שני הפלזמה הזוהר שלהם יכולה להיות מיושמת לטיפול במשטחים. כטיפול שטח תהליכי הטיפול להגדיל את ההידבקות של דבק, צבע או לכה או הטיהור או עיקור של משטחים יכול להיות שם. הפלזמה החמה ותגובתי עצמו יכול לשמש לתהליכי נפח כמו הפירוק של גזי פליטה 1-7. גזי פליטה אלה מזיקים, תורמים להתחממות כדור הארץ וכמעט לא יכולים להיות מושפלים באופן קונבנציונלי. עם זאת, הם נדרשים בגידול ענפי תעשייה כגון ענף המוליכים למחצה. יישומים אחרים הם סינתזה כימית כמו הניתוק של CO 2 לCO ו- O 2 או 4 CH לפחמן ומימן 8,9. אנרגיה חשמלית עודפת ממקורות אנרגיה מתחדשים יכולה לשמש כדי לנתק CO <sub&gt; 2 לCO ו- O 2. CO יכול להיות מעובד נוסף לפחמימנים גבוהים יותר שיכול לשמש כדלקים מלאכותיים לתחבורה, כמו כימיקלים פלטפורמה לתעשייה הכימית או כאחסון כימי. יש כמה לפידי פלזמה מיקרוגל אבל רובם יש חסרונות: יש להם רק בנפחי פלזמה קטנים מאוד, צריך igniters נוסף, צריך קירור של כור הפלזמה או יכולים להיות מופעלים רק במצב 10-18 פעם. לפיד הפלזמה המיקרוגל מוצג בסרט הזה מציע הצתה של הפלזמה אך ורק עם כוח המיקרוגל הניתן ללא igniters נוסף, כמו גם פעולה יציבה ורציפה ללא כל קירור של כור הפלזמה עבור מגוון רחב של פרמטרים תפעול וניתן להשתמש בם לכל היישומים שהוזכרו לעיל. לפיד הפלזמה המיקרוגל מבוסס על שילוב של שתי תהודה: אחד קואקסיאליים ואחד גלילי. יש המהוד הגלילי באיכות נמוכה, והוא operated ב-mode E 010 הידוע עם השדה החשמלי הגבוה ביותר במרכזו. המהוד קואקסיאליים ממוקם מתחת למהוד הגלילי והוא מורכב מפיית מתכת מטלטלין בשילוב עם אספקת גז משיקה. האיכות הגבוהה של המהוד קואקסיאליים מציגה עקומת תהודה מאוד צרה אך עמוקה. בשל האיכות הגבוהה של המהוד קואקסיאליים ניתן להגיע לשדה חשמלי גבוה הנדרש להצתה של הפלזמה. עם זאת, באיכות הגבוהה של המהוד קואקסיאליים קשורה עם עקומת תהודה צרה מאוד ולכן תדר התהודה יש ​​להתאים את התדר של המיקרוגל מסופק בצורה מושלמת. מאז משמרות תדר תהודה לאחר ההצתה של הפלזמה בשל permittivity של הפלזמה, המיקרוגל כבר לא יכול לחדור לתוך המהוד קואקסיאליים. לפעולה רציפה של הפלזמה יש צורך המהוד הגלילי עם איכות נמוכה ועקום תהודה רחבה. אספקת גז צירי נוספת באמצעות הזרבובית מתכתית של המהוד קואקסיאליים אפשרית. הפלזמה מובערת ומוגבלת בצינור מיקרוגל-שקוף, למשל שפופרת קוורץ. Permittivity של שפופרת קוורץ משפיע גם על תדר התהודה. מאז קוורץ יש permittivity של&gt; 1, הנפח של המהוד הגלילי הוא כמעט מוגדל שמוביל לתדר תהודה נמוך יותר. תופעה זו יש לקחת בחשבון כאשר הממדים של המהוד הגלילי נועדו. ניתן למצוא דיון מפורט על איך תדר התהודה מושפע משפופרת קוורץ הוכנסה בהתייחסות 23. אם נעשה שימוש בשפופרת קוורץ ארוכה וממושכת, זה יכול לשמש גם תא התגובה לתהליכי הנפח. עם זאת, לטיפולי שטח הפלזמה יכולה להיות גם בצורה שונה על ידי סוג של פתחים שונים. המיקרוגל מסופק באמצעות מוליך גל מלבני מmagnetron. כדי למנוע מטרדי רעש השימוש בmagnetron אדווה נמוך הוא recommהסתיים. Magnetron המשמש בסרט הוא אדווה נמוכה אחד. להצתה של הפלזמה המהוד קואקסיאליים באיכות גבוהה משמש בעת פעולה יציבה ורציפה מסופקת על ידי המהוד הגלילי. כדי להשיג את ההצתה של הפלזמה על ידי המהוד קואקסיאליים באיכות הגבוהה תדר התהודה של מהוד זה יש להתאים את התדר של המיקרוגל הניתן על ידי magnetron להשתמש בצורה מושלמת. מכיוון שכל magnetrons אינו פולט תדרי מיקרוגלם בדיוק בתדר הנומינלי ומאז התדירות תלויה בתפוקת החשמל, magnetron יש למדוד עם מנתח ספקטרום. תדר התהודה של המהוד קואקסיאליים יכול להיות מותאם על ידי נע מעלה ומטה הזרבובית מתכתית. תדר תהודה זו ניתן למדוד ובכך גם מותאם לתדירות השליחה של magnetron שימוש עם מנתח רשת. כדי להגיע לשדה החשמלי הגבוה בקצה הנחיר, הנדרש להצתהשל הפלזמה, יש צורך במקלט שלושה בדל בנוסף. מקלט בדל שלושה זהו מרכיב מיקרוגל נפוץ. מקלט שלושה הבדל הוא רכוב בין לפיד הפלזמה המיקרוגל וmagnetron. לאחר תדר התהודה של המהוד קואקסיאליים מותאם, הכח קדימה מוגדל והכוח בא לידי ביטוי למזער על ידי iteratively התאמת הספחים של מקלט שלושה בדל. לאחר שהתאים את תדר התהודה של המהוד קואקסיאליים כמו גם שמרבית הסמכויות קדימה באמצעות מקלט שלושה בדל, הפלזמה של לפיד הפלזמה מיקרוגל ניתן הציתה כאשר לפיד הפלזמה המיקרוגל מחובר לmagnetron. להצתה של הפלזמה כוח מיקרוגל מינימום של כ 0.3-1 כ&quot;ס מספיק. הפלזמה מציתה במהוד קואקסיאליים. לאחר ההצתה של הפלזמה תדר התהודה של המהוד קואקסיאליים מוסט בשל permittivity דיאלקטרי של הפלזמה והמיקרוגל יכול לאעוד לחדור לתוך המהוד קואקסיאליים. לפיכך, מתגי הפלזמה מהמצב למצב קואקסיאליים הגלילי הרבה יותר המורחב שלה בוערים בחופשיות-עומדים מעל הנחיר המתכתי במרכז המהוד הגלילי. מכיוון שאיכות המצב הגלילי היא נמוכה מאוד, ולכן מציגה עקומת תהודה רחבה, המיקרוגל עדיין יכול לחדור לתוך המהוד הגלילי למרות המשמרת של תדר התהודה בשל permittivity דיאלקטרי של הפלזמה. לפיכך, פעולה רציפה ויציבה של הפלזמה במצב הגלילי מסופקת על ידי לפיד הפלזמה מיקרוגל. עם זאת, כדי להגיע לקליטה של ​​כוח המיקרוגל סופק מוחלטת, הספחים של מקלט בדל שלושה צריכים להיות וסדרה. אחרת כוח המיקרוגל סיפק לא נספג לחלוטין על ידי הפלזמה אבל אחוז מסוים של המיקרוגל סיפק בא לידי ביטוי ונקלט על ידי עומס המים. כדי לבחון את ההצתה של הפלזמה בקואקסיאלייםמצב ולאחר מכן המעבר שלה למצב הגלילי המורחב, ההצתה הפלזמה נצפתה על ידי מצלמה במהירות גבוהה. הסרט הוצג יציג כיצד התלות בתדר של magnetron נמדדת, תדר התהודה של המהוד קואקסיאליים מותאם, איך הכח קדימה מוגדל ואיך הפלזמה שמוצתת באמצעות כוח המיקרוגל מסופק. הקלטת מצלמת המהירות הגבוהה מוצגת גם כן.

<table><tbody><tr><td>2 kW magnetron</td><td>Muegge&amp;nbsp;</td><td>MH2000S 211BA</td><td></td></tr><tr><td>2 kW power supply</td><td>Muegge&amp;nbsp;</td><td>ML2000D-111TC</td><td></td></tr><tr><td>insulator - circulator with water load</td><td>Muegge&amp;nbsp;</td><td>MW1003A-210EC</td><td></td></tr><tr><td>water load</td><td>Muegge&amp;nbsp;</td><td>MW1002E-260EC</td><td></td></tr><tr><td>three stub tuner</td><td>Muegge&amp;nbsp;</td><td>MW2009A-260ED</td><td></td></tr><tr><td>orifices</td><td>homemade</td><td></td><td></td></tr><tr><td>microwave plasma torch</td><td>homemade</td><td></td><td></td></tr><tr><td>spectrum analyzer</td><td>Agilent</td><td>E4402B</td><td></td></tr><tr><td>network analyzer</td><td>Anritsu</td><td>MS4662A</td><td></td></tr><tr><td>calibration kit</td><td>Anritsu</td><td>model 3753</td><td></td></tr><tr><td>directional coupler</td><td>homemade</td><td></td><td></td></tr><tr><td>20 dB attenuator</td><td>Weinschee engineering</td><td>20 dB AA57u8</td><td></td></tr><tr><td>coaxial to rectangular wave guide transition</td><td>Muegge&amp;nbsp;</td><td>MW5002A-260YD</td><td></td></tr><tr><td>adaptor 7-16 to N connector</td><td>Teleg&amp;auml;rtner</td><td>7-16/N Adaptor</td><td></td></tr><tr><td>coaxial cable</td><td>Rosenberger Hochfrequenztechnik</td><td>LU7_070_800</td><td></td></tr><tr><td>high speed camera</td><td>Photron</td><td>fastcam SA5</td><td></td></tr><tr><td>lens</td><td>Revueflex</td><td>makro revuenon 1:3.5/28mm</td><td></td></tr><tr><td>local gas ventilation</td><td>Industrievertrieb Henning</td><td>ACD220</td><td></td></tr><tr><td>UV protection glasses</td><td>uvex</td><td>HC-F9178265</td><td></td></tr><tr><td>microwave leakage tester</td><td>conrad electronic</td><td>not available</td><td></td></tr><tr><td>microwave survey meter</td><td>Holaday industries inc.</td><td>81273</td><td></td></tr></tbody></table>

how to ignite an atmospheric pressure microwave plasma torch without any additional igniters

סרט זה מראה כיצד לפיד פלזמה לחץ אטמוספרי ניתן הצית ידי כוח המיקרוגל ללא igniters נוסף. לאחר ההצתה של הפלזמה, פעולה יציבה ומתמשכת של הפלזמה היא אפשרית ולפיד הפלזמה יכול לשמש ליישומים רבים ושונים. מצד אחד, הפלזמה החמה (3,600 טמפרטורת K גז) יכולה לשמש לתהליכים כימיים ומצד שני הזוהר הקר (טמפרטורות עד כמעט RT) יכולות להיות מיושמות בתהליכי פני השטח. לדוגמא סינתזות כימיות הם תהליכי נפח מעניינים. הנה לפיד הפלזמה המיקרוגל יכול לשמש לפירוק של גזי פליטה מזיקים ותורמים להתחממות הגלובלית, אבל יש צורך בתחריט גזים בגידול מגזרי תעשייה כמו ענף המוליכים למחצה. יישום נוסף הוא הניתוק של CO 2. אנרגיה חשמלית עודפת ממקורות אנרגיה מתחדשים יכולה לשמש כדי לנתק CO 2 לCO ו- O 2. CO יכול להיות פרו נוסףcessed לפחמימנים גבוהים יותר גזים או נוזליים ובכך לספק אחסון כימי של האנרגיה, דלקים סינטטיים או כימיקלים פלטפורמה לתעשייה הכימית. יישומים של הזוהר של לפיד הפלזמה הם טיפול במשטחים להגדיל את ההידבקות של לכה, דבק או צבע, ועיקור או חיטוי מסוג של משטחים שונים. הסרט יסביר כיצד להצית את הפלזמה אך ורק על ידי כוח המיקרוגל ללא כל igniters נוסף, למשל, ניצוצות חשמליים. לפיד הפלזמה המיקרוגל מבוסס על שילוב של שתי תהודה - אחד קואקסיאליים המספק ההצתה של הפלזמה ואחת גלילי המבטיחה פעולה רציפה ויציבה של הפלזמה לאחר הצתה. הפלזמה יכולה להיות מופעלת בצינור שקוף מיקרוגל ארוך לתהליכי נפח או מעוצבת על ידי פתחים למטרות טיפול פני השטח.

Watch this Scientific Journal Video about How to Ignite an Atmospheric Pressure Microwave Plasma Torch without Any Additional Igniters at JoVE.com

How to Ignite an Atmospheric Pressure Microwave Plasma Torch without Any Additional Igniters

This movie shows how an atmospheric plasma torch can be ignited by microwaves with no additional igniters and provides a stable and continuous plasma operation suitable for plenty of applications.

כיצד להצית לחץ האטמוספרה מיקרוגל פלזמה לפיד ללא כל igniters נוסף

This movie shows how an atmospheric pressure plasma torch can be ignited by microwave power with no additional igniters. After ignition of the plasma, a ...

how-to-ignite-an-atmospheric-pressure-microwave-plasma-torch-without

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Engineering

19.4K Views.  University of Stuttgart. This movie shows how an atmospheric plasma torch can be ignited by microwaves with no additional igniters and provides a stable and continuous plasma operation suitable for plenty of applications. 

Video: How to Ignite an Atmospheric Pressure Microwave Plasma Torch without Any Additional Igniters

Flame Experiments at the Advanced Light Source: New Insights into Soot Formation Processes

The following experimental protocols and the accompanying video are concerned with the flame experiments that are performed at the Chemical Dynamics Beamline of the Advanced Light Source (ALS) of the Lawrence Berkeley National Laboratory1-4. This video demonstrates how the complex chemical structures of laboratory-based model flames are analyzed using flame-sampling mass spectrometry with tunable synchrotron-generated vacuum-ultraviolet (VUV) radiation. This experimental approach combines isomer-resolving capabilities with high sensitivity and a large dynamic range5,6. The first part of the video describes experiments involving burner-stabilized, reduced-pressure (20-80 mbar) laminar premixed flames. A small hydrocarbon fuel was used for the selected flame to demonstrate the general experimental approach. It is shown how species&#8217; profiles are acquired as a function of distance from the burner surface and how the tunability of the VUV photon energy is used advantageously to identify many combustion intermediates based on their ionization energies. For example, this technique has been used to study gas-phase aspects of the soot-formation processes, and the video shows how the resonance-stabilized radicals, such as C3H3, C3H5, and i-C4H5, are identified as important intermediates7. The work has been focused on soot formation processes, and, from the chemical point of view, this process is very intriguing because chemical structures containing millions of carbon atoms are assembled from a fuel molecule possessing only a few carbon atoms in just milliseconds. The second part of the video highlights a new experiment, in which an opposed-flow diffusion flame and synchrotron-based aerosol mass spectrometry are used to study the chemical composition of the combustion-generated soot particles4. The experimental results indicate that the widely accepted H-abstraction-C2H2-addition (HACA) mechanism is not the sole molecular growth process responsible for the formation of the observed large polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs).

Gas sampling from laboratory-scale flames with online analysis of all species by mass spectrometry is a powerful method to investigate the complex mixture of chemical compounds occurring during combustion processes. Coupled with tunable soft ionization via synchrotron-generated vacuum-ultraviolet radiation, this technique provides isomer-resolved information and potentially fragment-free mass spectra.

ניסויי להבה במקור האור מתקדם: תובנה חדשות על תהליכי היווצרות פיח

The following experimental protocols and the accompanying video are concerned with the flame experiments that are performed at the Chemical Dynamics ...

Simultaneous Synthesis of Single-walled Carbon Nanotubes and Graphene in a Magnetically-enhanced Arc Plasma

Carbon nanostructures such as single-walled carbon nanotubes (SWCNT) and graphene attract a deluge of interest of scholars nowadays due to their very promising application for molecular sensors, field effect transistor and super thin and flexible electronic devices1-4. Anodic arc discharge supported by the erosion of the anode material is one of the most practical and efficient methods, which can provide specific non-equilibrium processes and a high influx of carbon material to the developing structures at relatively higher temperature, and consequently the as-synthesized products have few structural defects and better crystallinity.
 To further improve the controllability and flexibility of the synthesis of carbon nanostructures in arc discharge, magnetic fields can be applied during the synthesis process according to the strong magnetic responses of arc plasmas. It was demonstrated that the magnetically-enhanced arc discharge can increase the average length of SWCNT 5, narrow the diameter distribution of metallic catalyst particles and carbon nanotubes 6, and change the ratio of metallic and semiconducting carbon nanotubes 7, as well as lead to graphene synthesis 8. 
 Furthermore, it is worthwhile to remark that when we introduce a non-uniform magnetic field with the component normal to the current in arc, the Lorentz force along the J&times;B direction can generate the plasmas jet and make effective delivery of carbon ion particles and heat flux to samples. As a result, large-scale graphene flakes and high-purity single-walled carbon nanotubes were simultaneously generated by such new magnetically-enhanced anodic arc method. Arc imaging, scanning electron microscope (SEM), transmission electron microscope (TEM) and Raman spectroscopy were employed to analyze the characterization of carbon nanostructures. These findings indicate a wide spectrum of opportunities to manipulate with the properties of nanostructures produced in plasmas by means of controlling the arc conditions.

Anodic arc discharge is one of the most practical and efficient methods to synthesize various carbon nanostructures. To increase the arc controllability and flexibility, a non-uniform magnetic field was introduced to process the one-step synthesis of large-scale graphene flakes and high-purity single-walled carbon nanotubes.

סינתזה סימולטני של יחיד חומה פחמן ו גרפן פלזמה ארק מגנטית מוגברת

Carbon nanostructures such as single-walled carbon nanotubes (SWCNT) and graphene attract a deluge of interest of scholars nowadays due to their very ...

Bioengineering

Experimental Methods of Dust Charging and Mobilization on Surfaces with Exposure to Ultraviolet Radiation or Plasmas

Electrostatic dust transport has been hypothesized to explain a number of observations of unusual planetary phenomena. Here, it is demonstrated using three recently developed experiments in which dust particles are exposed to thermal plasma with beam electrons, beam electrons only, or ultraviolet (UV) radiation only. The UV light source has a narrow bandwidth in wavelength centered at 172 nm. The beam electrons with the energy of 120 eV are created with a negatively biased hot filament. When the vacuum chamber is filled with the argon gas, a thermal plasma is created in addition to the electron beam. Insulating dust particles of a few tens of microns in diameter are used in the experiments. Dust particles are recorded to be lofted to a height up to a few centimeters with a launch speed up to 1 m/s. These experiments demonstrate that photo and/or secondary electron emission from a dusty surface changes the charging mechanism of dust particles. According to the recently developed &#34;patched charge model&#34;, the emitted electrons can be re-absorbed inside microcavities between neighboring dust particles below the surface, causing the accumulation of enhanced negative charges on the surrounding dust particles. The repulsive forces between these negatively charged particles may be large enough to mobilize and lift them off the surface. These experiments present the advanced understanding of dust charging and transport on dusty surfaces, and laid a foundation for future investigations of its role in the surface evolution of airless planetary bodies.

Dust charging and mobilization is demonstrated in three experiments with exposure to thermal plasma with beam electrons, beam electrons only, or ultraviolet (UV) radiation only. These experiments present the advanced understanding of electrostatic dust transport and its role in shaping the surfaces of airless planetary bodies.

שיטות נסיוניות של אבק טעינה והתגייסות על משטחים עם חשיפה לקרינה אולטרה סגולה או פלזמות

Electrostatic dust transport has been hypothesized to explain a number of observations of unusual planetary phenomena. Here, it is demonstrated using ...

Environment

Emission Spectroscopic Boundary Layer Investigation during Ablative Material Testing in Plasmatron

Ablative Thermal Protection Systems (TPS) allowed the first humans to safely return to Earth from the moon and are still considered as the only solution for future high-speed reentry missions. But despite the advancements made since Apollo, heat flux prediction remains an imperfect science and engineers resort to safety factors to determine the TPS thickness. This goes at the expense of embarked payload, hampering, for example, sample return missions. 
Ground testing in plasma wind-tunnels is currently the only affordable possibility for both material qualification and validation of material response codes. The subsonic 1.2MW Inductively Coupled Plasmatron facility at the von Karman Institute for Fluid Dynamics is able to reproduce a wide range of reentry environments. This protocol describes a procedure for the study of the gas/surface interaction on ablative materials in high enthalpy flows and presents sample results of a non-pyrolyzing, ablating carbon fiber precursor. With this publication, the authors envisage the definition of a standard procedure, facilitating comparison with other laboratories and contributing to ongoing efforts to improve heat shield reliability and reduce design uncertainties.
The described core techniques are non-intrusive methods to track the material recession with a high-speed camera along with the chemistry in the reactive boundary layer, probed by emission spectroscopy. Although optical emission spectroscopy is limited to line-of-sight measurements and is further constrained to electronically excited atoms and molecules, its simplicity and broad applicability still make it the technique of choice for analysis of the reactive boundary layer. Recession of the ablating sample further requires that the distance of the measurement location with respect to the surface is known at all times during the experiment. Calibration of the optical system of the applied three spectrometers allowed quantitative comparison. At the fiber scale, results from a post-test microscopy analysis are presented.

Development of new ablative materials and their numerical modeling requires extensive experimental investigation. This protocol describes procedures for material response characterization in plasma flows with the core techniques being non-intrusive methods to track the material recession along with the chemistry in the reactive boundary layer by emission spectroscopy.

חקירת Layer פליטה ספקטרליים Boundary במהלך פולשני חומר בדיקה ב Plasmatron

Ablative Thermal Protection Systems (TPS) allowed the first humans to safely return to Earth from the moon and are still considered as the only solution ...

Non-equilibrium Microwave Plasma for Efficient High Temperature Chemistry

A flowing microwave plasma based methodology for converting electric energy into internal and/or translational modes of stable molecules with the purpose of efficiently driving non-equilibrium chemistry is discussed. The advantage of a flowing plasma reactor is that continuous chemical processes can be driven with the flexibility of startup times in the seconds timescale. The plasma approach is generically suitable for conversion/activation of stable molecules such as CO2, N2 and CH4. Here the reduction of CO2 to CO is used as a model system: the complementary diagnostics illustrate how a baseline thermodynamic equilibrium conversion can be exceeded by the intrinsic non-equilibrium from high vibrational excitation. Laser (Rayleigh) scattering is used to measure the reactor temperature and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) to characterize in situ internal (vibrational) excitation as well as the effluent composition to monitor conversion and selectivity.

This article describes a flowing microwave reactor that is used to drive efficient non-equilibrium chemistry for the application of conversion/activation of stable molecules such as CO2, N2 and CH4. The goal of the procedure described here is to measure the in situ gas temperature and gas conversion.

פלזמה מיקרוגל לא שיווי משקל עבור כימיה יעילה טמפרטורה גבוהה

A flowing microwave plasma based methodology for converting electric energy into internal and/or translational modes of stable molecules with the purpose ...

Chemistry

An Atmospheric Pressure Plasma Setup to Investigate the Reactive Species Formation

Non-thermal atmospheric pressure (&#39;cold&#39;) plasmas have received increased attention in recent years due to their significant biomedical potential. The reactions of cold plasma with the surrounding atmosphere yield a variety of reactive species, which can define its effectiveness. While efficient development of cold plasma therapy requires kinetic models, model benchmarking needs empirical data. Experimental studies of the source of reactive species detected in aqueous solutions exposed to plasma are still scarce. Biomedical plasma is often operated with He or Ar feed gas, and a specific interest lies in investigation of the reactive species generated by plasma with various gas admixtures (O2, N2, air, H2O vapor, etc.) Such investigations are very complex due to difficulties in controlling the ambient atmosphere in contact with the plasma effluent. In this work, we addressed common issues of &#39;high&#39; voltage kHz frequency driven plasma jet experimental studies. A reactor was developed allowing the exclusion of ambient atmosphere from the plasma-liquid system. The system thus comprised the feed gas with admixtures and the components of the liquid sample. This controlled atmosphere allowed the investigation of the source of the reactive oxygen species induced in aqueous solutions by He-water vapor plasma. The use of isotopically labelled water allowed distinguishing between the species originating in the gas phase and those formed in the liquid. The plasma equipment was contained inside a Faraday cage to eliminate possible influence of any external field. The setup is versatile and can aid in further understanding the cold plasma-liquid interactions chemistry.

An experimental setup was created for the helium-operated kHz frequency plasma jet. The setup includes a cage for the plasma power supply and jet and an in-house built reactor to monitor plasma-induced reactive species without the interference of the ambient atmosphere.

התקנת פלזמת לחץ אטמוספרה לחקר היווצרות המינים הריאקטיבי

Non-thermal atmospheric pressure (&#39;cold&#39;) plasmas have received increased attention in recent years due to their significant biomedical potential. ...

Treating Surfaces with a Cold Atmospheric Pressure Plasma using the COST-Jet

In recent years, non-thermal atmospheric pressure plasmas have been used extensively for surface treatments, in particular, due to their potential in biological applications. However, the scientific results often suffer from reproducibility problems due to unreliable plasma conditions as well as complex treatment procedures. To address this issue and provide a stable and reproducible plasma source, the COST-Jet reference source was developed.
In this work, we propose a detailed protocol to perform reliable and reproducible surface treatments using the COST reference microplasma jet (COST-Jet). Common issues and pitfalls are discussed, as well as the peculiarities of the COST-Jet compared to other devices and its advantageous remote character. A detailed description of both solid and liquid surface treatment is provided. The described methods are versatile and can be adapted for other types of atmospheric pressure plasma devices.

This protocol is presented to characterize the setup, handling, and application of the COST-Jet for the treatment of diverse surfaces such as solids and liquids.

טיפול במשטחים עם פלזמת לחץ אטמוספרי קר באמצעות עלות סילון

In recent years, non-thermal atmospheric pressure plasmas have been used extensively for surface treatments, in particular, due to their potential in ...

Building Langmuir Probes and Emissive Probes for Plasma Potential Measurements in Low Pressure, Low Temperature Plasmas

Langmuir probes have long been used in experimental plasma physics research as the primary diagnostic for particle fluxes (i.e., electron and ion fluxes) and their local spatial concentrations, for electron temperatures, and for electrostatic plasma potential measurements, since its invention by Langmuir in the early 1920s. Emissive probes are used for measuring plasma potentials. The protocols exhibited in this work serve to demonstrate how these probes may be built for use in a vacuum chamber in which a plasma discharge may be confined and sustained. This involves vacuum techniques for building what is essentially an electrical feedthrough, one that is rotatable and translatable. Certainly, complete Langmuir probe systems may be purchased, but they can also be built by the user at considerable cost savings, and at the same time be more directly adapted to their use in a particular experiment. We describe the use of Langmuir probes and emissive probes in mapping the electrostatic plasma potential from the body of the plasma up to the sheath region of a plasma boundary, which in these experiments&#160;is created by a negatively biased electrode immersed within the plasma, in order to compare the two diagnostic techniques and assess their relative advantages and weaknesses. Although Langmuir probes have the advantage of measuring the plasma density and electron temperature most accurately, emissive probes can measure electrostatic plasma potentials more accurately throughout the plasma, up to and including the sheath region.

The main goal of this work is to make it easier for research groups unfamiliar with Langmuir probes and emissive probes to use them as plasma diagnostics, especially near plasma boundaries. We do this by demonstrating how to build the probes from readily available materials and supplies.

בניית גשושיות Langmuir ו- Emissive Probes למדידות פוטנציאליות פלזמה בפלזמה בלחץ נמוך, פלזמה בטמפרטורה נמוכה

Langmuir probes have long been used in experimental plasma physics research as the primary diagnostic for particle fluxes (i.e., electron and ion fluxes) ...

Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectroscopy: Principle

Inductively coupled plasma (ICP) is the most widely used plasma source in atomic emission spectroscopy (AES), also known as Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectroscopy (ICP-OES). The ICP source, or torch, consists of three concentric quartz tubes with argon gas flowing through them. A spark from a Tesla coil initiates the ionization of argon, generating a high-temperature plasma.
The ions and electrons produced interact with the fluctuating magnetic field created by a water-cooled induction coil powered by a radio-frequency generator. This interaction leads to ohmic heating, forming a high-temperature plasma and providing an optimal environment for elemental analysis. Sample introduction in ICP-AES can be achieved using different methods, such as a concentric glass nebulizer or electrothermal vaporization. In the former, the sample is transported by the Bernoulli effect with the help of high-velocity argon gas, forming fine droplets that enter the plasma. In the latter, the sample is vaporized in a furnace before being introduced into the plasma via a stream of argon.
Configurations for ICP spectrometers include radial or axial viewing. Horizontally oriented, axially viewed plasma is ideal for high-sensitivity analyses. It features a unique cooled cone interface (CCI) that prevents the optics from considering the cooler plasma tail, reducing interferences and improving the system&#39;s tolerance to high dissolved solids. Vertically oriented, radially viewed plasma is suitable for challenging applications, such as the analysis of oils, organic solvents, geological/metal digests, and high total dissolved solids (TDS) solutions.
Isothermal contours depict the range of temperatures experienced by sample atoms in the plasma during their residence time before reaching the observation point. This results in more complete atomization and fewer chemical interferences. The ICP source in AES offers numerous advantages, including chemically inert atomization, uniform temperature distribution, linear calibration curves over a wide range of concentrations, and significant ionization, making it an excellent choice for ICP-MS applications.

ספקטרוסקופיית פליטה אטומית פלזמה מצומדת אינדוקטיבית: עקרון

Inductively coupled plasma (ICP) is the most widely used plasma source in atomic emission spectroscopy (AES), also known as Inductively Coupled Plasma ...

כיצד להצית לחץ האטמוספרה מיקרוגל פלזמה לפיד ללא כל igniters נוסף

Summary

Explore More Videos

Chapters in this video

ניסויי להבה במקור האור מתקדם: תובנה חדשות על תהליכי היווצרות פיח

סינתזה סימולטני של יחיד חומה פחמן ו גרפן פלזמה ארק מגנטית מוגברת

שיטות נסיוניות של אבק טעינה והתגייסות על משטחים עם חשיפה לקרינה אולטרה סגולה או פלזמות

חקירת Layer פליטה ספקטרליים Boundary במהלך פולשני חומר בדיקה ב Plasmatron

פלזמה מיקרוגל לא שיווי משקל עבור כימיה יעילה טמפרטורה גבוהה

התקנת פלזמת לחץ אטמוספרה לחקר היווצרות המינים הריאקטיבי

טיפול במשטחים עם פלזמת לחץ אטמוספרי קר באמצעות עלות סילון

בניית גשושיות Langmuir ו- Emissive Probes למדידות פוטנציאליות פלזמה בפלזמה בלחץ נמוך, פלזמה בטמפרטורה נמוכה

ספקטרוסקופיית פליטה אטומית פלזמה מצומדת אינדוקטיבית: עקרון

ספקטרוסקופיית פליטה אטומית פלזמה מצומדת אינדוקטיבית: עקרון