3 Международный симпозиум по теоретической и прикладной плазмохимии

3-й МЕЖДУНАРОДНЫЙ СИМПОЗИУМ ПО ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ И ПРИКЛАДНОЙ ПЛАЗМОХИМИИ

(16-21 сентября 2002 г., Плес, Россия)

3-й Международный симпозиум по теоретической и прикладной плазмохимии проходил 16—21 сентября 2002 г. в г. Плес. Он был проведен после семилетнего перерыва и продолжил тематику и традиции отечественных плазмохимических симпозиумов, первый из которых состоялся в 1972 г. Симпозиум был посвящен памяти основателя отечественной школы плазмохимии профессора Льва Соломоновича Полака.

В работе симпозиума приняло участие 98 человек из России, Германии, Латвии, Украины, Беларуси и Кыргызстана. Они представляли 17 университетов и учебных институтов, 20 академических и отраслевых исследовательских институтов, 5 научно-производственных объединений, предприятий и фирм. Всего было представлено 126 докладов.

На пленарных заседаниях в 13 докладах-лекциях был рассмотрен широкий круг проблем физики, химии и применения низкотемпературной плазмы.

В пленарной лекции Д.И. Словецкого (Россия, Москва) представлено современное состояние и перспективы процессов плазмохимической переработки углеводородов. Отмечалось, что за последние десятилетия наблюдается устойчивый рост потребности в водороде, а в связи с проблемой снижения стоимости его производства большое внимание привлечено к неравновесным процессам конверсии углеводородов в водород и синтез-газ. Показано, что наиболее перспективными направлениями плазмохимической переработки углеводородного сырья являются: использование для получения водорода неравновесной плазмы при атмосферном давлении с применением новых типов генераторов; плазменная активация процессов горения, окисления и конверсии углеводородов, а также комплексные способы конверсии, снижающие энергозатраты и повышающие выходы продуктов.

Возможности использования сильно неравновесной плазмы при атмосферном давлении для разрушения токсичных соединений рассмотрены в лекции В.Я. Черняка (Украина, Киев). Основное внимание уделено обсуждению физических процессов в разработанной с участием докладчика многоэлектродной комбинированной разрядной системе в потоке газа, состоящей из вспомогательного и основного разряда (по терминологии автора - вторичного разряда), для которого вспомогательный разряд служит катодом.

Одним из наиболее эффективно используемых типов разряда является барьерный разряд. Однако, несмотря на более чем вековую историю исследования и успешного использования в озонаторах, знаний о нем недостаточно для моделирования и оптимизации процессов. Лекция К.В. Козлова (Россия, Москва) посвящена детальному рассмотрению существующих физических моделей процессов в канале микроразрядов, из которых состоит барьерный разряд. Сложная пространственно-временная структура разряда определяется совокупностью процессов пробоя, химической кинетики и переноса массы и энергии, имеющих различные характерные времена. Основное внимание уделено пробою.

В лекции Ю.С. Акишева, М.Е. Грушина, А.П. Напартовича, Н.И. Трушкина (Россия, Троицк) предложены различные газоразрядные устройства атмосферного давления для неразрушающей обработки полимерных материалов. Одно из них позволяет создать диффузный тлеющий разряд постоянного тока между плоским анодом и системой игольчатых катодов с раздельными балластными резисторами в поперечном потоке газа. Разряд обладает большой химической активностью и может служить источником плазмы в процессах вне плазменного генератора. Другое устройство - "барьерная корона переменного тока" - система, состоящая из плоского электрода и набора игольчатых электродов и сочетающая свойства барьерного и коронного разрядов. Рассмотрены свойства различных разрядных устройств.

Неравновесная плазма в больших объемах в любых газах в широком диапазоне давлений в газовых средах, содержащих аэрозоли и твердые частицы, может быть получена при инжекции электронного пучка в плазмохимический реактор. Лекция М.Н. Васильева и А.Н. Махира (Россия, г. Долгопрудный, Московская обл.) посвящена анализу достоинств таких реакторов, вопросам их проектирования и применения.

В лекции А.Б. Гилъман и Л.А. Ришиной (Россия, Москва) представлены экспериментальные данные, полученные в течение последних 5 лет как авторами, так и французскими исследователями. Эти данные свидетельствуют о том, что воздействие плазмы на полимерные материалы приводит не только к изменению их поверхностных свойств, но и влияет на весь объем полимера. С помощью современных методов исследования (рентгеноструктурный анализ, ¹³С ЯМР, гель-хроматография, дифференциальная сканирующая калориметрия, ИК-спектроскопия и др.) показано, что в полипропилене, синтезированном с помощью методов гетерогенного или гомогенного катализа, в результате обработки в плазме тлеющего НЧ-(50 Гц) и СВЧ-(433 МГц) разрядов наблюдается изменение температуры плавления образцов, увеличение средневесовой и среднечисловой молекулярных масс, увеличение стерео- и регио-регулярности, исчезновение инверсий, изменение степени кристалличности и переходы из одной кристаллической фазы в другую. Перед исследователями открываются широкие перспективы изучения нового аспекта воздействия плазмы на полимерные материалы.

Лекция А.И. Максимова, A.M. Кутепова, А.Г. Захарова, В.А. Титова (Россия, Иваново) посвящена проблеме исследования систем плазмы в электролитах, которая приобретает большое значение в связи с необходимостью замены в легкой и текстильной промышленности ряда процессов с использованием вредных реагентов, таких, как, например, жидкий хлор. Исследования квазистационарного тлеющего (с одним или двумя электродами в газовой фазе), скользящего и диафрагменного разрядов при условии прохождения тока разряда через раствор электролита показали, что изучение кинетики и механизма плазменного инициирования химических реакций в растворах требует анализа не только природы первичных активных частиц и кинетики их генерации, но и учета изменений физико-химических свойств раствора, как среды протекания реакций с их возможным влиянием на термодинамические, кинетические и транспортные характеристики процессов.

Обзор по исследованию наночастиц, полученных с помощью плазмы, а также процесса контролируемого взрыва (наночастицы алмаза, циркония, SiC, A1 и т.п.) сделан в пленарной лекции А.А. Калачева (Германия). Такие частицы представляют значительный интерес для получения нанокомпозитов, наноабразивов, электролитического осаждения металлов и пр. Исследования, проведенные рядом методов (ультрацентрифугирование, порометрия с помощью низкотемпературной адсорбции азота, растровая электронная микроскопия, диффракционный анализ и др.), показали, что большинство синтезированных наночастиц имеют би- и тримодальное распределение по размерам из-за условий их получения. Было также показано, что в любой среде ни один из исследованных материалов не находится в состоянии "единичного нанокластера", всегда существует равновесие агрегат - изолированный нанокластер.

Примером успешного применения плазмохимии в промышленности является использование плазмы в энергетике. Электродуговую плазму используют для безмазутной растопки котлов тепловых электростанций, подсветки пылеугольного факела, плазменной газификации и др. Достоинством является то, что на организацию плазменного процесса расходуется малая доля вырабатываемой электроэнергии, существенно улучшая при этом эффективность работы котлов. Процесс позволяет решать и ряд важных экологических проблем. Они рассмотрены в лекции Е.М. Карпенко, В.Е. Мессерле, А.В. Мессерле, Ю.Е. Карпенко (Россия, Бурятия, г. Гусиноозерск).

Пленарная лекция Э.Ф. Абдрашитова и А.Н. Пономарева (Россия, Черноголовка) посвящена применению низкотемпературной плазмы для изменения поверхностных свойств и улучшения эксплуатационных характеристик эластомеров и готовых резинотехнических изделий. Обработка в плазме в среде фторсодержащих соединений позволяет существенно снизить коэффициент трения и повысить износостойкость, а также устранить залипание резиновых прокладок в стыковочных узлах. Процесс с успехом используется для модификации крупных партий резинотехнических изделий, например, различного рода прокладок и уплотнителей для насосов и запорной арматуры, работающих в среде нефти и нефтепродуктов, технических масел, синтетических охлаждающих жидкостей и т. п.

Новые экспериментальные данные, свидетельствующие об униполярной низкоэнергетической плазме в зоне осуществления ряда каталитических процессов, приведены в пленарном докладе М.М. Томишко (Россия, Москва). Наблюдаемое возникновение электрических зарядов в зоне каталитических реакций присуще не только окислительным, но и неокислительным процессам, а само явление важно для понимания природы каталитических реакций.

Ряд пленарных докладов не был прямо связан с проблемами плазмохимии, однако опыт в разработке плазменных устройств может оказаться полезным при создании новых плазмохимических реакторов или при определении перспективных направлений применения плазмы.

В лекции А.Н. Диденко, Б.В. Зверева, А.В. Прокопенко (Россия, Москва) представлены результаты разработки новых эффективных плазменных источников света на основе СВЧ-разряда в газовых средах, содержащих аргон и серу. Основным источником излучения таких ламп являются димеры серы, спектр излучения которых близок к спектру излучения Солнца, хотя обеднен в УФ-области. Шаровые разрядные камеры, помещенные в различные СВЧ-устройства, работают при высоком давлении в энергонапряженном режиме, и одной из основных задач является обеспечение температурного режима работы устройства.

Интенсивно развивающаяся область физики неравновесной плазмы в настоящее время - изучение явлений в плазме, содержащей вводимые извне твердые частицы, которые при определенных условиях образуют упорядоченные структуры, так называемые плазменные кристаллы. Исследование таких структур связано с изучением заряда частиц, влияния на них электрических и температурных полей. Этим проблемам посвящена лекция В.И. Молоткова, М.Ю. Пустыльника, В.М. Торчинского, В.Е. Фортова (Россия, Москва).

На симпозиуме работали следующие секции:

1) кинетика, термодинамика и механизмы плазмохимических реакций;

2) моделирование плазмохимических процессов, включая оценку технологической и экономической эффективности;

3) органический и неорганический синтез в плазме. Ультрадисперсные порошки, пленки, покрытия, композиционные материалы: получение, свойства, применение;

4) модифицирование поверхности материалов и изделий в плазме;

5) генераторы плазмы и диагностика реагирующей плазмы;

6) плазмохимические технологии и аппаратостроение.

Всего на секциях было сделано 43 устных доклада. Кроме того, в каждой секции состоялись стендовые сессии, на которых было представлено 70 докладов.

Все представленные на симпозиум доклады вошли в сборник материалов в двух томах. Следующий симпозиум решено провести в 2005 г.

Анализ работ, представленных на симпозиум, показал, что в настоящее время в России развиваются все традиционные направления фундаментальной плазмохимии. Однако по сравнению с предыдущим симпозиумом значительно уменьшилось количество прикладных работ, в том числе связанных с квазиравновесными процессами при атмосферном давлении. Большое количество работ было посвящено применению плазмы для решения экологических задач. Важно также отметить наблюдающуюся тенденцию увеличения числа молодых ученых среди докладчиков.