Diagnostic of nitrogen post-discharge by optical emission spectroscopy

Cílem předložené diplomové práce je diagnostika dohasínajícího dusíkového plazmatu metodou optické emisní spektroskopie. Dohasínající dusíkové plazma je v popředí zájmu již roky, je zkoumáno jak teoretické tak i praktické využití. Všechny naměřené výsledky byly získány metodou optické emisní spektroskopie dohasínajícího plazmatu. Aktivní výboj byl generován stejnosměrným zdrojem napětí a měření probíhalo v proudícím režimu. V dané práci můžeme vidět několik sérií experimentů. V prvním experimentu byly do výboje argonu přidávány vodní páry. Měření probíhalo při konstantním proudu 140 mA, napětí 1,5 V a tlaku 1 000 Pa. Měnili se průtoky a pro každý průtok bylo měření realizováno v různých časech dohasínání. Při druhém experimentu byl do výboje argonu přidáván dusík. Měření probíhalo při konstantním proudu 140 mA, napětí 1,5 V a tlaku 1 000 Pa. Měnil se zde průtok dusíku (0,2 sccm, 0,4 sccm a 0,8 sccm). Pro jednotlivé průtoky byly provedené stejné experimenty a měnila se opět vzdálenost od aktivního výboje. Dalším experimentem bylo přidávání rtuťových par do dusíkového dohasínání. Měřilo se při konstantním proudu 120 mA, napětí 3,5 V a tlaku 1 000 Pa. Měření bylo provedeno pro dvě různé konfigurace: clonky, kdy je světlo do detektoru spektrometru přiváděno přes dvě za sebou umístěné clonky o průměru 0,5 mm a původní konfigurace bez clonek, kdy je optické vlákno jdoucí do spektrometru umístěno přímo u stěny trubice s výbojem. Posledním experimentem bylo přidávání vzduchu do argonu. Měření probíhalo při konstantním proudu 140 mA, napětí 1,0 V a tlaku 1 000 Pa. Teplota vnější stěny výbojové trubice, která se stanovovala pomocí termočlánku a infračerveného teploměru, byla měřena pro poslední dva experimenty (dusík a argon – vzduch). Při experimentech s čistým dusíkem byl viditelný jev pink afterglow. Projevuje se značným nárůstem růžového zabarvení v části dohasínání. Optická emisní spektra dohasínajícího výboje byla u různých experimentů snímána v různém rozsahu vlnových délek. U argonu s vodní párou to bylo 280–600 nm, u titrace argonu dusíkem bylo rozmezí 320–500 nm a u titrace dusíku rtuti 320–600 nm. Pro experiment argon se vzduchem byl rozsah vlnových délek 320–600 nm. Z výsledků měření byly sestrojeny grafy závislostí vzdálenosti na intenzitě, a grafy závislostí vzdálenosti na teplotě. Při přidávání argonu do dusíkového dohasínání byl vyhodnocen první a druhý pozitivní systém.The aim of this thesis is diagnose post-discharge nitrogen plasma with optical emission spectroscopy. There is long interest of investigated of nitrogen post-discharge plasma and study how to use it in theory as well as in practice. All results were measured with method of optical emission spectroscopy of post-discharge plasma. Discharge was generated by direct-current voltage generator with flowing regime. In this thesis was used for different series of experiments. First experiment was performed with adding water vapour into argon plasma. Measuring was processed at constant current 140 mA, voltage 1.5 V and pressure 1 000 Pa. It was changed flow rate and for each individual flow rate was measured in range 1–25 cm from end of active discharge. Second experiment was with adding nitrogen into argon plasma. Measuring was processed at constant current 140 mA, voltage 1.5 V and pressure 1 000 Pa. We were changing flow rate of nitrogen (0,2 sccm, 0,4 sccm and 0,8 sccm). For each individual flow rate was same experiment with changing distance from active discharge. Third experiment was about adding mercury vapour into nitrogen post-discharge. Measuring was processed at constant current 120 mA, voltage 3.5 V and pressure 1 000 Pa. Measuring was performed with two configuration: with diaphragm and without it. Last experiment was about adding air into argon plasma. Measuring was processed at constant current 140 mA, voltage 1.0 V and pressure 1 000 Pa. Temperature of outer face of tube was measured by thermocouple and infrared thermometer, was measured for last two experiments (argon – air and nitrogen). During experiments with pure nitrogen was visible phenomenon called pink afterglow which is manifested by noticeable increase pink coloration. Optical emission spectrums post-discharge was take at various range of wavelength. At argon with water vapour was 280–600 nm and at adding nitrogen into argon was at range 320–500 nm. At added mercury vapour into nitrogen was 320–600 nm. For experiment argon – air was wavelength range 320–600 nm. From results of experiments were designed dependencies of calculated intensity from measured spectra on distance from active discharge. Also were constructed dependencies of measured temperature on distance from active discharge.