Физические и плазмохимические основы микроволнового газоразрядного метода глубокой очистки воздушной атмосферы

К числу наиболее перспективных и востребованных следует отнести плазменные источники (плазматроны), основанные на открытом и исследуемом в ИОФ РАН подпороговом самоподдерживающемся разряде, возбуждаемом микроволновым пучком в газах высокого давления. Этот новый тип микроволнового разряда представляет собой необычную комбинацию самоподдерживающегося и несамостоятельного газовых разрядов (отсюда принятая в для этого газоразрядного явления аббревиатура - СНС-разряд). Локальная («точечная») инициация СНС-разряда (путём возбуждения самоподдерживающегося разряда в объёме, значительно меньшем объёма, занимаемого пучком), сопровождается волной ионизации, распространяющейся навстречу микроволнам и формирующей столб плазмы, вытянутый вдоль оси пучка на расстояние тем большее, чем больше длительность микроволнового импульса. Таким образом, наблюдается весьма парадоксальное явление – формирование протяжённого газоразрядного плазменного столба в микроволновых полях, меньших (или существенно меньших) пороговых для возбуждения самоподдерживающегося разряда в газовой среде в свободном пространстве. Плазменный столб СНС-разряда – плазменный факел – возбуждаемый микроволновыми пучками в газе высокого давления, в определённых условиях представляет собой систему каналов («нитей») , характеризуемых чрезвычайно высокими значениями величин концентрации электронов, их температуры и, что весьма важно, - температуры газа (достигающей 5000 – 7000 К). Прохождение обрабатываемого воздушного потока через такого рода микроволновый СНС-факел сопровождается чрезвычайно быстрым нагревом газа и быстрым же его охлаждением. При нагреве происходит разложение всех более или менее крупных молекул примесей вплоть до атомов. По выходе из факела газ быстро охлаждается и соответствующая этому охлаждению закалка характеризуется чрезвычайно малой вероятностью обратных химических процессов. Задача настоящей работы заключается в расширении области фундаментальных исследований разряда со сдвигом величин давлений газовой среды в сторону близких (или несколько больших) атмосферного давления, а величин мощностей микроволнового пучка в сторону столь высоких значений, как P ≤ 1 МВт, с переходом от сантиметровых микроволн к миллиметровым (λ ≈ 0,2 – 0,8 см). Интерес к реализации указанных выше областей параметров газовой среды и микроволнового пучка определяется как стремлением продвинуться вперёд в проблеме построения адекватной физической модели газоразрядного явления, так и интересами актуальных плазмохимических приложений. На базе мощного микроволнового генератора –ГИРОТРОНа может быть разработана схема и проведены демонстрационные эксперименты по очистке образцов газовых выбросов промышленных предприятий, представляющие интерес с точки зрения современной экологии.