Dynamic Phenomena in Atmospheric Pressure Discharges

Mgr. Jiří Šperka, Ph.D.

Doctoral thesis

Abstract:

Cílem práce je popsat dynamické projevy plazmatu dvou typů výbojů za atmosférického tlaku - studené radiofrekvenční plazmové trysky a klouzavého výboje typu gliding arc. Tyto výboje jsou studovány především ve vzácných plynech; a to v heliu, neonu, argonu a kryptonu. Dynamika kontrahovaných filamentů plazmatu je zkoumána především pomocí optických metod, zejména rychlé digitální fotografie. Chování plazmatické trysky bylo probádáno ve fázovém prostoru proměnných výkonu a proudu plynu. Byly pozorovány tři různé dynamické módy vláken kontrahovaného plazmatu; z nich byly dva self-organizované a jeden chaotický. V chaotickém módu byly pozorovány striace plazmatu a rozličné struktury uspořádání plazmatu v prostoru a čase. V případě klouzavého výboje bylo chování plazmatu studováno i za uměle zvýšené gravitace (až 18 g), které bylo dosaženo pomocí centrifugy. Nárůst vztlakové síly za zvýšené gravitace silně ovlivnilo pohyb výbojového kanálu, zejména frekvenci jeho klouzání.

Abstract:

This work deals with experimental study on two atmospheric pressure plasma dis- charges – radiofrequency plasma jet and alternating current gliding arc. Both discharges were investigated primarily in noble gases; namely in helium, neon, argon and krypton. Dynamics of constricted plasma filament(s) was investigated mainly by means of optical methods, especially by high speed camera imaging. Plasma jet was analyzed within power/gas flow phase space. Three diverse dynamic modes of plasma filament(s) were observed; two self-organized and one chaotic. Striations of plasma string and miscellaneous 3D spatio–temporal plasma structures were observed in the latter mode. Gliding arc was investigated under varying gravity, which was artificially increased using centrifuge (up to 18 g). At higher gravity levels, increased buoyancy force effected strongly the movement of the discharge channel, especially gliding frequency.

Keywords

klouzavý obloukový výboj, plazmatická tryska, výboje v plynech, diagnostika plazmatu, spektroskopie, mikrogravitace, hypergravitace, uhlíkové materiály, nanostruktury, plazmochemická depozice z plynné fáze, centrifuga, gliding arc, plasma jet, gas discharges, plasma diagnostics, spectroscopy, microgravity, hypergravity, carbon materials, nanostructures, plasma enhanced chemical vapour deposition, centrifuge

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 13. 11. 2015

Thesis defence

• Date of defence: 14. 12. 2015
• Supervisor: doc. Mgr. Lenka Zajíčková, Ph.D.
• Reader: dr. ir. Jan van Dijk, prof. RNDr. Milan Tichý, DrSc.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Physics (4-years) / Plasma Physics