Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu quang phổ phát xạ của Plasma ở áp suất khí quyểnNghiên cứu quang phổ phát xạ của Plasma ở áp suất khí quyểnNghiên cứu quang phổ phát xạ của Plasma ở áp suất khí quyểnNghiên cứu quang phổ phát xạ của Plasma ở áp suất khí quyểnNghiên cứu quang phổ phát xạ của Plasma ở áp suất khí quyểnNghiên cứu quang phổ phát xạ của Plasma ở áp suất khí quyểnNghiên cứu quang phổ phát xạ của Plasma ở áp suất khí quyểnNghiên cứu quang phổ phát xạ của Plasma ở áp suất khí quyểnNghiên cứu quang phổ phát xạ của Plasma ở áp suất khí quyểnNghiên cứu quang phổ phát xạ của Plasma ở áp suất khí quyểnNghiên cứu quang phổ phát xạ của Plasma ở áp suất khí quyểnNghiên cứu quang phổ phát xạ của Plasma ở áp suất khí quyểnNghiên cứu quang phổ phát xạ của Plasma ở áp suất khí quyểnNghiên cứu quang phổ phát xạ của Plasma ở áp suất khí quyểnNghiên cứu quang phổ phát xạ của Plasma ở áp suất khí quyển
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC PHẠM TUẤN HƯNG NGHIÊN CỨU QUANG PHỔ PHÁT XẠ CỦA PLASMA Ở ÁP SUẤT KHÍ QUYỂN LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ THÁI NGUYÊN, 10/2018 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC PHẠM TUẤN HƯNG NGHIÊN CỨU QUANG PHỔ PHÁT XẠ CỦA PLASMA Ở ÁP SUẤT KHÍ QUYỂN Chuyên ngành: Quang học Mã số: 84 40 110 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN VĂN HẢO THÁI NGUYÊN, 10/2018 i LỜI CẢM ƠN Lời em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc tới thầy giáo, TS Nguyễn Văn Hảo, người trực tiếp hướng dẫn, bảo tận tình giúp đỡ em suốt thời gian học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tất thầy cô, tập thể cán khoa Vật lý Công nghệ, trường ĐHKH Thái Nguyên, thầy cô anh chị khoa Công nghệ Sinh học, trường ĐHKH Thái Nguyên tạo điều kiện giúp đỡ em việc thử nghiệm vi sinh để hoàn thành luận văn Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy TS Đỗ Hoàng Tùng tập thể cán Phòng Cơng nghệ plasma, Viện Vật lý, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam giúp đỡ em thực nghiệm đo đạc,phân tích phổ hồn thành luận văn Cuối em xin cảm ơn tồn thể gia đình bạn bè giúp đỡ động viên em suốt trình học tập Thái Nguyên, ngày 10 tháng 10 năm 2018 Học viên Phạm Tuấn Hưng ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vi DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, HÌNH VẼ vii MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ PLASMA ÁP SUẤT KHÍ QUYỂN 1.1 Tổng quan vật lý plasma 1.1.1 Plasma gì? 1.1.2 Các ứng dụng plasma 1.1.3 Phân loại plasma 1.1.3.1 Plasma nhiệt phi nhiệt .5 1.1.3.2 Plasma tự nhiên nhân tạo 1.1.3.3 Plasma ion hóa hồn tồn ion hóa yếu .9 1.2 Plasma áp suất khí 10 1.2.1 Phân loại nguồn plasma áp suất khí 10 1.2.2 Các nguồn plasma áp suất khí 11 1.2.2.1 Phóng điện tần số thấp DC 11 1.2.2.2 Phóng điện RF .12 1.2.2.3 Plasma gây vi sóng .13 1.2.3 Plasma nhiệt hay plasma cân nhiệt động học cục 14 1.2.4 Plasma phi nhiệt hay plasma không cân nhiệt động học cục (nonLTE) .16 1.3 Ứng dụng plasma lạnh áp suất khí 17 iii CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 19 2.1 Giới thiệu nguồn phát plasma áp suất khí 20 2.1.1 Nguyên tắc hoạt động chung 20 2.1.2 Cấu tạo 21 2.2 Máy quang phổ 26 2.3 Đo đặc trưng điện plasma 27 2.4 Đo phổ phát xạ plasma 29 2.4.1 Lắp đặt hệ đo 29 2.4.2 Phương pháp quang phổ phát xạ quang OES .32 2.4.3 Xác định nhiệt độ điện tử plasma 34 2.4.4 Xác định mật độ điện tử plasma 34 2.4.5 Những đo đạc thực nghiệm thực .36 2.5 Đo cường độ UV plasma 37 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 39 3.1 Kết đo đặc trưng điện plasma 39 3.2 Kết đo phổ phát xạ plasma 39 3.2.1 Quang phổ phát xạ plasma 39 3.2.2 Đặc trưng phổ phát xạ phụ thuộc tốc độ dòng khí .42 3.2.3 Đặc trưng phổ phát xạ phụ thuộc khoảng cách đo .44 3.3 Cường độ UV plasma 46 3.4 Kết xác định nhiệt độ điện tử tia plasma .49 3.4.1 Đánh giá nhiệt độ điện tử thông qua bốn vạch argon đặc trưng 49 3.4.2 Sự phụ thuộc nhiệt độ điện tử vào tốc độ dòng khí 50 3.4.3 Sự phụ thuộc nhiệt độ điện tử theo khoảng cách đo 52 3.5 Kết xác định mật độ điện tử plasma 54 iv 3.5.1 Sự phụ thuộc mật độ điện tử theo tốc độ dòng khí 54 3.5.2 Sự phụ thuộc mật độ điện tử theo khoảng cách đo 55 KẾT LUẬN 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Viết tắt Nghĩa tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt OES Optical emission spectrum Quang phổ phát xạ quang LTE Local thermodynamic Trạng thái cân nhiệt động equilibrium lực học cục FWHM Full Width at Half Maximum Độ bán rộng phổ UV Ultra-violet Tia cực tím Te Electron Temperature Nhiệt độ electron ne Electron Density Mật độ electron PLC Programmable logic controller Bộ điều khiển trung tâm vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Những đặc trưng Plasma nhiệt Plasma phi nhiệt Bảng 1.2 Nhiệt độ mật độ điện tử số loại plasma tự nhiên nhân tạo Bảng 2.1 Các thông số vạch phổ Argon Bảng 3.1 Dữ liệu phổ vạch phổ phát xạ OH, N2, O, Ar I có liên quan Các mức lượng ban đầu, mức lượng cuối Sự dịch chuyển lượng tạo vạch phổ Bảng 3.2 Cường độ vạch phổ thay đổi theo tốc độ dòng khí Số liệu đo với khoảng cách mm từ đầu đo tới đầu plasma Bảng 3.3 Cường độ vạch phổ thay đổi theo khoảng cách đo Số liệu đo với tốc độ dòng khí lít/phút Bảng 3.4 Quan hệ số UV mối nguy hiểm đến sức khỏe người Bảng 3.5 Mối liên quan cường độ tia UV với khoảng cách chiếu tia tốc độ dòng khí, với L=20 mm độ dài chùm tia plasma phát khí nguồn plasma làm việc với tốc độ khí 10 lít/phút Bảng 3.6 Cường độ vạch phổ đặc trưng Argon nguồn hoạt động với tốc độ dòng khí Argon lit/phút, khoảng cách đo không đổi mm Bảng 3.7 Sự phụ thuộc nhiệt độ electron theo tốc độ dòng khí Khoảng cách đo cố định 5mm Tính tốn dựa sở liệu vạch Ar 696,54 nm Bảng 3.8 Sự phụ thuộc nhiệt độ electron theo khoảng cách đến đầu sợi quang Tốc độ dòng khí khơng đổi lit/phút Tính tốn dựa sở liệu vạch Ar 696nm Bảng 3.9 Mật độ điện tử plasma phụ thuộc theo tốc độ dòng khí Bảng 3.10 Mật độ điện tử plasma phụ thuộc theo khoảng cách đo vii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, HÌNH VẼ Trang Hình 1.1 Jonhannes Stark Hình 1.2 Irving Langmuir Hình 1.3 Các trạng thái q trình chuyển hóa trạng thái vật chất Hình 1.4 Mặt Trời có thành phần vật chất chủ yếu Plasma Hình 1.5 Bắc cực quang Hình 1.6 Sét Hình 1.7 Tia sét Hình 1.8 Tivi Plasma Hình 1.9 Đèn huỳnh quang Hình 1.10 Nguồn plasma phóng điện DC 12 Hình 1.11 Sơ đồ cấu tạo nguồn plasma phóng điện RF 13 Hình 1.12 Một nguồn plasma RF thực tế 13 Hình 1.13 Sơ đồ cấu tạo nguồn plasma vi sóng ECR 14 Hình 1.14 Tia sét plasma nhiệt áp suất khí 15 Hình 1.15 Hồ quang điện plasma nhiệt áp suất khí 15 Hình 1.16 Plasma lạnh dạng plasma phi nhiệt áp suất khí 17 Hình 1.17 Ứng dụng plasma lạnh điều trị vết thương ngồi da 18 Hình 1.18 Ứng dụng plasma chế tạo phận ô tô 18 Hình 1.19 Ảnh SEM polypropylen ban đầu (a) sau xử lý plasma 19 phút (b);3 phút (c); phút (d); phút (e) Hình 2.1 Thiết bị plasma jet PlasmaMed-01T 20 Hình 2.2 Minh họa (a) Ảnh chụp phóng điện hồ quang trượt (b) 21 Hình 2.3 Sơ đồ khối cấu tạo plasma jet hồ quang trượt, lạnh 22 Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý nguồn điện nuôi công suất nhỏ 22 Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý hệ thống nguồn khí 23 Hình 2.6 Mặt cắt dọc đầu phát chùm tia plasma 24 Hình 2.7 Mũ chụp thay đổi độ 25 Hình 2.8 Chùm plasma phát từ nguồn plasma Med – 01T 25 Hình 2.9 Máy quang phổ Avantes AvaSpec 26 viii Hình 2.10 Các phận máy quang phổ Avantes 26 Hình 2.11 Sơ đồ cấu tạo hoạt động đầu thu tín hiệu quang cơng 27 nghệ CCD ứng dụng máy Avantes AvaSpec Hình 2.12 Đầu dò điện Tektronix 28 Hình 2.13 Dao động ký TektronixTDS 100B 28 Hình 2.14 Đầu dò dòng Extech TL620 28 Hình 2.15 Sơ đồ đo đặc trưng điện (thế dòng) plasma 29 Hình 2.16 Sơ đồ lắp đặt hệ đo phổ phát xạ plasma 29 Hình 2.17 Hệ đo lắp đặt xong 30 Hình 2.18 Chạy phần mềm AvaSoft dành cho máy quang phổ AvaSpec 30 Hình 2.19 Đo thử phổ ánh sáng trắng 31 Hình 2.20 Đo thử phổ phát xạ plasma 31 Hình 2.21 Sợi quang vng góc với cột plasma 31 Hình 2.22 Sự chuyển quỹ đạo dừng điện tử kèm theo phát photon 33 Hình 2.23 Một ví dụ quang phổ OES thu 33 Hình 2.24 Vị trí độ bán rộng 1/ (FWHM) vạch phổ 36 Hình 2.25 Máy đo tia UV hiệu UV light meter 340B 37 Hình 3.1 Đường đặc trưng (màu đen) đường đặc trưng dòng (màu 38 đỏ) plasma Hình 3.2 Quang phổ phát xạ plasma, khí Ar cơng suất nguồn 20 W, 39 tốc độ dòng khí lit/phút, đường kính tia plasma mm Hình 3.3 Quang phổ phát xạ quang plasma sử dụng khí Ar thu 41 làm việc tốc độ dòng khí khác Hình 3.4 Liên hệ cường độ vạch phổ điển hình plasma với 42 tốc độ dòng khí argon Hình 3.5 Quang phổ phát xạ quang plasma sử dụng khí Ar thu 43 làm việc khoảng cách độ dài cột plasma khác Hình 3.6 Liên hệ cường độ vạch phổ điển hình plasma với 44 khoảng cách đo Hình 3.7 Vùng bước sóng tử ngoại UVA, UVB, UVC 45 Hình 3.8 Liên hệ cường độ tia UV với khoảng cách chiếu tia 47 49 So sánh cường độ UV plasma (cột 1) Mặt trời (cột 2) tạo 29000 30000 Cường độ UV (đvtđ) 25000 20000 15000 10000 5000 42 2(Mặt trời) 1(plasma) Nguồn phát tia UV Hình 3.10 So sánh cường độ UV plasma (cột 1) với với cường độ tia UV sinh từ Mặt trời (cột 2) Cường độ tia UV ánh nắng Mặt trời tạo gấp cường độ UV tối đa plasma tạo đến 690 lần (29000 so với 42) Nghĩa coi số UV ánh sáng Mặt trời số UV plasma khoảng 0,013 Đối chiếu với bảng 3.4, ta thấy cường độ tia UV tia plasma mức – 2,9, mức độ ảnh hưởng tới thể thấp để có ảnh hưởng đáng kể với da người phải tiếng 3.4 Kết xác định nhiệt độ điện tử tia plasma 3.4.1 Đánh giá nhiệt độ điện tử thông qua bốn vạch argon đặc trưng Bảng 3.6 Cường độ vạch phổ đặc trưng Argon nguồn hoạt động với tốc độ dòng khí Argon lit/phút, khoảng cách đo không đổi mm (nm) I (đvtđ) KT (eV) Te (K) 696,54 4959,16 0,594 6893,49 706,72 2031,92 0,571 6623,74 763,51 8796,18 0,557 6469,66 772,37 3520,34 0,585 6794,22 Nhiệt độ electron trung bình tính theo bốn vạch Argon đặc trưng là: 50 TeTB 6695, 2811( K ) Sai số phép đo lớn nhất: Te 6695, 2811 6469,6646 225,6165(K ) Sai số tương đối lớn nhất: Te ' Te 100% 3,37% TeTB Qua kết thấy thơng số tốc độ dòng khí cung cấp cho nguồn plasma, khoảng cách đo nhiệt độ electron tính theo bốn bước sóng có độ sai lệch khơng nhiều so với giá trị nhiệt độ trung bình electron Cụ thể sai số khoảng % so với nhiệt độ trung bình sai số chấp nhận Do vậy, phép đo nhiệt độ khơng thiết phải tính nhiệt độ theo bốn bước sóng Chỉ cần tính nhiệt độ theo bước sóng cụ thể Một số nguyên nhân dẫn tới sai số Thứ nhất, vạch phổ Argon đặc trưng hai vạch 696 nm 703 nm nằm vùng nhìn thấy Trong điều kiện làm thí nghiệm có phần ánh sáng Mặt trời khuếch tán vào đầu sợi quang làm tăng cường độ tín hiệu số vạch có bước sóng nằm vùng ánh sáng nhìn thấy Thứ hai, trình bày phần giới thiệu máy quang phổ, máy quang phổ Avantes sử dụng thực nghiệm có độ phân giải chưa thực cao Vì vậy, xung quanh vị trí vạch Ar 696 nm 703 nm tồn cách vạch xạ khác với cường độ nhỏ mà máy quang phổ chưa phân tách Điều dẫn tới xạ xung quanh bị cộng cường độ vào xạ Ar 696 nm 703 nm dẫn tới cường độ vạch phổ mà máy đo chưa xác hoàn toàn 3.4.2 Sự phụ thuộc nhiệt độ điện tử vào tốc độ dòng khí Bảng 3.7 Sự phụ thuộc nhiệt độ electron theo tốc độ dòng khí R Khoảng cách đo cố định mm Tính tốn dựa sở liệu vạch Ar 696,54 nm R (lít/phút) I (đvtđ) KT (eV) Te (K) 4959,16 0,594 6893,49 14550,74 0,624 7240,87 41054,32 0,656 7610,43 49252,08 0,662 7679,22 64191,96 0,671 7781,57 51 0.80 KT 0.75 KT (eV) 0.70 0.65 0.60 0.55 0.50 Tốc độ dòng khí R (lít/phút) Hình 3.11 Sự phụ thuộc nhiệt độ điện tử KT (tính theo eV) vào tốc độ dòng khí 9000 Nhiệt độ điện tử Te (K) Nhiệt độ điện tử Te 8000 7000 6000 5000 Tốc độ dòng khí R (lít/phút) Hình 3.12 Sự phụ thuộc nhiệt độ điện tử Te (tính theo K) vào tốc độ dòng khí Khoảng cách đo khơng đổi mm Thơng qua kết tính tốn phân tích đồ thị (Hình 3.12) ta thấy nhiệt độ electron tăng theo tốc độ dòng khí Ngun nhân tăng tốc độ dòng khí làm tăng tỉ lệ va chạm đàn hồi Đây loại va chạm mà electron gặp nguyên tử trung hòa ion chậm khơng bị tái hợp hay lượng đáng kể Do khơng 52 làm giảm lượng nhiệt độ electron Qua ta nhận thấy điều chỉnh nhiệt độ điện tử cách điều khiển tốc độ dòng khí 3.4.3 Sự phụ thuộc nhiệt độ điện tử theo khoảng cách đo Bảng 3.8 Sự phụ thuộc nhiệt độ electron theo khoảng cách d đến đầu sợi quang Tốc độ dòng khí khơng đổi lít/phút Tính toán dựa sở liệu vạch Ar 696 nm d (mm) I (đvtđ) KT (eV) Te (K) 64347,58 0,672 7782,52 52699,28 0,662 7705,10 53931,64 0,661 7713,98 49252,08 0,660 7679,22 15128,84 0,625 7254,10 0.80 KT 0.75 KT (eV) 0.70 0.65 0.60 0.55 0.50 Khoảng cách đo d (mm) Hình 3.13 Sự phụ thuộc nhiệt độ điện tử KT (tính theo eV) vào khoảng cách đo 53 9000 Te 8500 Te (K) 8000 7500 7000 6500 6000 Khoảng cách đo d (mm) Hình 3.14 Sự phụ thuộc nhiệt độ điện tử Te (tính theo K) vào khoảng cách đo Từ kết tính tốn nhiệt độ điện tử Bảng 3.8 phân tích đồ thị (Hình 3.14) ta thấy nhiệt độ electron giảm dần ta tăng khoảng cách đo Khoảng cách từ đầu súng plasma đến đầu sợi quang lớn quãng đường di chuyển hạt chùm plasma lớn dần Chúng ta biết quãng đường di chuyển xa hạt nhiều lượng va chạm không đàn hồi dẫn tới giải phóng lượng tượng ion tái hợp tạo thành hạt trung hòa Do đó, xa nguồn phát số lượng hạt lượng cao Để phát xạ xạ 696,54 nm hạt cần có mức lượng định Nhưng nói tăng khoảng cách đo đồng thời tăng khoảng cách tới nguồn phát plasma số hạt có lượng đủ lớn để phát photon ứng với vạch 696,54 nm Vì vậy, xa nguồn phát plasma cường độ vạch phổ giảm xuống Qua hai kết ta thấy nhiệt độ electron phụ thuộc vào tốc độ dòng khí Ar khoảng cách đo ta kiểm sốt nhiệt độ electron thơng qua hai yếu tố Vì electron loại hạt chiếm tỉ lệ cao plasma nên việc kiểm soát nhiệt độ phương pháp cụ thể đóng góp vào thành cơng nghiên cứu mở rộng plasma sau 54 Kết nhiệt độ electron tính bị ảnh hưởng sai số hệ thống Sai số yếu tố độ nhạy độ phân giải máy quang phổ chưa đủ cao nên vị trí vạch có vạch khác có cường độ nhỏ Bên cạnh điều kiện làm thực nghiệm chưa thực lý tưởng ánh sáng mặt trời tán xạ vào phòng gây sai lệch cường độ vạch phổ 3.5 Kết xác định mật độ điện tử plasma 3.5.1 Sự phụ thuộc mật độ điện tử theo tốc độ dòng khí Dưới kết tính tốn mật độ điện tử theo thay đổi tốc độ dòng khí (Bảng 3.9) Bảng 3.9 Mật độ điện tử plasma phụ thuộc theo tốc độ dòng khí R (lít/phút) I (đvtđ) KT (eV) Te (K) 1/ (nm) ne (cm3 ) 4959,16 0,59 6893,49 2,10 1,905.1017 14550,74 0,62 7240,87 2,08 1,909.1017 41054,32 0,65 7610,43 2,12 1,912.1017 49252,08 0,66 7679,22 2,14 1,913.1017 64191,96 0,67 7781,57 2,92 2,756.1017 Mật độ điện tử (x 1017 cm-3) Mật độ điện tử 5 Tốc độ dòng khí R (lít/phút) Hình 3.15 Sự phụ thuộc mật độ electron vào tốc độ dòng khí Argon 55 Thơng qua kết tính tốn bảng phân tích đồ thị (Hình 3.15) ta thấy mật độ điện tử có xu hướng tăng thay đổi tốc độ dòng khí từ lít/phút đến lít/phút Nguyên nhân tốc độ dòng khí Ar đẩy lớn hỗn hợp hạt plasma cung cấp động lớn hơn, va chạm đàn hồi (va chạm không làm electron bị tái hợp) xảy phổ biến Vì số lượng electron bị tái hợp giảm tăng tốc độ dòng khí, qua trì làm tăng lên số lượng electron 3.5.2 Sự phụ thuộc mật độ điện tử theo khoảng cách đo Dưới kết đo mật độ điện tử theo thay đổi khoảng cách Bảng 3.10 Mật độ điện tử plasma phụ thuộc theo khoảng cách đo d d (mm) I (đvtđ) KT (eV) Te (K) 1/ (nm) 64347,60 0,67 7782,50 3,53 3,46.1017 52699,00 0,66 7705,10 2,59 2,40.1017 53931,00 0,66 7713,98 2,24 2,02.1017 49252,00 0,66 7679,22 2,24 2,02.1017 15128,80 0,63 7254,10 2,07 1,90.1017 Mật độ điện tử (x1017(cm-3)) ne (cm3 ) Mật độ điện tử 0 Khoảng cách đo d (mm) Hình 3.16 Sự phụ thuộc mật độ electron vào khoảng cách đo 56 Thơng qua kết tính tốn Bảng 3.10 phân tích đồ thị (Hình 3.16) ta thấy mật độ electron plasma giảm dần ta tăng khoảng cách đo từ mm đến mm Điều chứng tỏ xa nguồn phát plasma mật độ electron giảm xuống Nguyên nhân xa nguồn cường độ thành phần plasma giảm dẫn tới tỉ lệ electron tạo giảm theo Để giải thích điều cần biết xa nguồn electron bị lượng nhiều phải di chuyển quãng đường xa Khi lượng electron giảm chúng dễ dàng việc tái hợp sau va chạm không đàn hồi với ion dương để trở thành hạt trung hòa điện Một quan sát thấy mắt thường độ sáng chùm plasma giảm xuống xa nguồn phát Ở phía ngồi chùm plasma ánh sáng phát xạ khơng mạnh tia plasma khơng tập trung dày đặc vùng trung tâm gần khu vực mũ chụp, nơi chùm plasma bắt đầu ngồi khí Quan sát phù hợp với số liệu đo đạc tính tốn Càng xa nguồn phát cường độ vạch phổ, nhiệt độ electron, mật độ electron giảm xuống chứng tỏ mật độ hạt ion dương khác giảm xuống Những kết kéo theo lượng plasma giảm xuống xa nguồn phát làm giảm khả phát quang plasma xa nguồn phát Kết mật độ điện tử tính tốn phù hợp với kết số nghiên cứu trước mật độ điện tử plasma tính toán theo phương pháp mở rộng Stark vạch Ar I (696.5 nm) [18] Các kết mật độ điện tử plasma áp suất khí khí Argon tương đồng với mật độ điện tử plasma áp suất khí khí Hydro, khoảng 1017 cm-3 [19] Qua hai kết nghiên cứu ta thấy mật độ electron phụ thuộc trực tiếp vào hai yếu tố tốc độ dòng khí Ar khoảng cách đo đạc Vì ta kiểm sốt mật độ electron thơng qua hai yếu tố Mật độ electron có liên quan trực tiếp tới tồn thành phần hoạt hóa (các ion lượng cao, ion chậm, hạt trung tính) plasma thông qua tượng tái hợp va chạm khơng đàn hồi Do mật độ electron kiểm sốt mật độ thành phần hoạt hóa việc hướng đáng để nghiên cứu tiếp tương lai Các thành phần hoạt hóa plasma trình nghiên cứu ứng dụng nhiều lĩnh vực từ khoa học tới Y- 57 sinh học Từ việc kiểm sốt mật độ electron thông qua hai yếu tố tốc độ khí khoảng cách có thêm ý nghĩa việc nghiên cứu, kiểm soát ứng dụng thành phần hoạt hóa khác khoa học Y-sinh học KẾT LUẬN 58 Nội dung luận văn tóm lược qua kết luận sau: Đã thu quang phổ phát xạ plasma áp suất khí số liệu bước sóng cường độ vạch phổ Nhận diện tồn thành phần hạt (nguyên tử, phân tử, ion) Argon (969 nm, 763 nm), gốc OH- (308 nm), phân tử N2 (337 nm), nguyên tử O (777 nm) Qua thấy plasma ni khí Argon tiếp xúc với khơng khí (có chứa N2, O2, H2O…) plasma tạo gốc tự chứa oxy nguyên tử oxy Cường độ UV plasma áp suất khí ảnh hưởng khơng đáng kể an tồn mơ sống người Nhiệt độ electron plasma phụ thuộc vào tốc độ dòng khí khoảng cách tới nguồn phát (khoảng cách đo) Nhiệt độ electron tăng theo tốc độ dòng khí Nhiệt độ electron giảm tăng khoảng cách đo Trên sở kiểm sốt nhiệt độ electron để tiếp tục nghiên cứu ứng dụng lĩnh vực cần đến electron mang lượng nhiệt độ chùm plasma vào cỡ nhiệt độ phòng Mật độ electron plasma phụ thuộc vào tốc độ dòng khí khoảng cách tới nguồn phát (khoảng cách đo) Mật độ electron tăng theo tốc độ dòng khí, đặc biệt tăng nhanh tốc độ dòng khí đủ lớn Mật độ electron giảm tăng khoảng cách đo Dựa vào phụ thuộc này, điều chỉnh mật độ electron để điều chỉnh cường độ tác động electron đến đối tượng mà ta nghiên cứu Hướng phát triển đề tài Nghiên cứu ứng dụng plasma jet khí Ar áp suất khí y sinh học, cụ thể: thử nghiệm khả diệt vi khuẩn, nấm mốc tế bào ung thư dày nguồn plasma 59 Danh mục cơng trình cơng bố Nguyễn Văn Hảo, Nguyễn Trường Sơn, Trịnh Đình Khá, Nguyễn Xuân Hưởng, Phạm Tuấn Hưng, Vũ Xuân Hòa Đỗ Hoàng Tùng, Nghiên cứu khả diệt nấm mốc Aspergillus Flavus plasma lạnh áp suất khí quyển, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ - Đại học Thái Nguyên, Tập 185, số 9, tr 3-7, 2018 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: Tạ Phương Hòa, Plasma ứng dụng kỹ thuật vật liệu polime, NXB Đại học Bách khoa Hà Nội, 2012 Phạm Luận, Phương pháp phân tích phổ nguyên tử NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, 2006 Tiếng Anh: Laroussi, M., Kong, M., Morfill, G & Stolz, W (2012), Plasma Medicine: Applications of Low-Temperature Gas Plasmas in Medicine and Biology Cambridge: Cambridge University Press Laroussi, M (2008), The biomedical application of plasma: A brief history of the development of a newfield of research IEEE Trans Plasma Sci 36 (4): 1612-1614 Kong, M.G., Kroesen, G., Morfill, G., Nosenko, T., Shimizu, T., Van Dijk, J & Zimmermann, J.L (2009), Plasma medicine: An introductory review New J Phys.11: 115012 Zhang, Q., Sun, P., Feng, H., Wang, R., Liang, Y., Zhu, W., Becker, K.H., Zhang, J & Fang, J (2012), Assessment of the roles of various inactivation agents in an argon-based direct current atmospheric pressure cold plasma jet Journal of Applied Physics 111: 123305 Kim, K., Choi, J.D., Hong, Y.C., Kim, G., Noh, E.J., Lee, J.S & Yang, S.S (2011), Atmospheric-pressure plasma-jet from micro-nozzle array and its biological effects on living cells for cancer therapy Applied Physics Letters 98: 073701 Joh, H.M., Kim, S.J., Chung, T.H & Leem, S.H (2013), Comparison of the characteristics of atmospheric pressure plasma jets using different working gases and applications to plasma-cancer cell interaction AIP Advances 3: 092128 Keidar, M., Shashurin, A., Volotskova, O., Stepp, M.A., Srinivasan, P., Sandler, A & Trink, B (2013), Cold atmospheric plasma in cancer therapy Physics of Plasmas 20: 057101 61 10 Nastuta, A.V., Pohoata, V & Topala, I (2013) Atmospheric pressure plasma jetliving tissue interface: Electrical, optical, and spectral characterization Journal of Applied Physics 113: 183302 11 Goree, J., Liu, B., Drake, D & Stoffels, E (2006) Killing of S mutansbacteria using a plasma needle at atmospheric pressure IEEE Transactions on Plasma Science 34 (4): 1317-1324 12 Raheem, H & Mahmood, M.A (2013) Deactivation of Staphylococcus aureusand Escherichia coliusing plasma needle at atmospheric pressure International Journal of Current Engineering and Technology 3(5) (Dec 2013): 1848-1851 13 Mariotti, D., Shimizu, Y., Sasaki, T & Koshizaki, N (2007) Gas temperature and electron temperature measurements by emission spectroscopy for an atmospheric microplasma Journal of Applied Physics 101: 013307 14 J Meichsner, M Schmidt, R Schneider, and H E Wahner (eds.), Nonthermal Plasma Chemistry and Physics, Plasma Surface Chemistry (CRC Press, Boca Raton, 2013), pp 312–387 15 Q Son et al., Nonthermal Atmospheric Plasma Treatment for Deactivation of Oral Bacteria and Improvement of Dental Restoration In Plasma for BioDecontamination, Medicine and Food Security, NATO Science, ed Z Machala et al (Springer, Dordrecht, 2012), pp 215–230 16 M Schmidt, Surface Treatment In Non-Equilibrium Air Plasmas at Atmospheric Pressure, ed K H Becker, U Kogelschatz, K H Schoenbach, and R J Barker (IOP Publication, Bristol, 2006), pp 597–621 17 A Fridman, Plasma Chemistry (Cambridge University Press, New York, 2008) 18 M Bonitz, J Lopez, K Becker, H Thomsen (eds.), Complex Plasmas: Scientific Challenges and Technological Opportunities (Springer, New York, 2014) 19 M K Mishra, A K Misra, A Phukan, P K Devi, H K Sarma, and T Das (2014), Prog Theor Exp Phys 2014, 033J01 20 M Sharma, B Saikia, and S Bujarbarua (2008), “Optical emission spectroscopy of DC pulsed plasmas used for steel nitriding, Surface and Coatings Technology,” Surface and Coatings Technology, Vol 203, pp.229–233 62 21 C Cali, R Macaluso, and M Mosca (2001), In situ monitoring of pulsed laser indium tin-oxide film deposition by optical emission spectroscopy, Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy, Vol 56, pp.743–751 22 A D Giacomo, V Shakhatov, and O D Pascale (2001), Optical emission spectroscopy and modeling of plasma produced by laser ablation of titanium oxides, Atomic Spectroscopy, Vol 56, pp.753–776 23 S Qin and A McTeer (2007), Plasma characteristics in pulse-mode plasmas using time-delayed, time-resolved Langmuir probe diagnoses, Surface and Coat-ings Technology, p 6508–6515 24 Yanguas-Gil, A., Focke, K., Benedikt, J & Keudell, A.V (2007) Optical and electrical characterization of an atmospheric pressure microplasma jet for Ar/CH4 and Ar/C2H2 mixtures Journal of Applied Physics 101: 103307 25 T Duguet, V Fournée, J Dubois, and T Belmonte (2010), Study by optical emission spectroscopy of a physical vapour deposition process for the synthesis of complex AlCuFe(B) coatings, Surface and Coatings Technology, 240, pp 9–14 26 Hofmann, S., van Gessel, A.F.H., Verreycken, T & Bruggeman, P (2011) Power dissipation, gas temperatures and electron densities of cold atmospheric pressure helium and argon RF plasma jets Plasma Sources Sci Technol 20: 065010 27 Xiong, Q., Nikiforov, A.Y., Gonzalez, M.A., Leys, C & Lu, X.P (2013) Characterization of an atmospheric helium plasma jet by relative and absolute optical emission spectroscopy Plasma Sources Sci Technol 22: 015011 28 https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1919/stark/biographical/ 29 Richard Fitzpatrick (2014), The Physics of Plasmas, The University of Texas at Austin, USA 30 Do Hoang Tung et al (2014), Cold atmospheric pressure gliding ARC plasma jet for decontamination Communications in Physics, Vol 24, No 3S2, pp 101-106 31 Weiman Jiang et al (2014), Characterization of argon direct-currentglow discharge with a longitudinalelectric field applied at ambient air SCIENTIFIC REPORTS : 6323 32 https://physics.nist.gov/PhysRefData/ASD/lines_form.html 63 33 Kadhim A Aadim, Ali A-K Hussain, Nisreen Kh.Abdalameer, Hasan Ali Tawfeeq, Hamid H Murbat (2015), Electron Temperature and Density Measurement of Plasma Jet in Atmospheric Pressure, Novelty Journals, Vol 2, Issue 2, pp.28-32 34 A Yu Nikiforov, Ch Leys, M A Gonzalez and J L Walsh (2015), Electron density measurement in atmospheric pressure plasma jets: Stark broadening of hydrogenated and non-hydrogenated lines, Plasma Sources Science and Technology 24, 034001, p.1-18 35 https://www.avantes.com/products/spectrometers 36 A.V Nastuta, I Topala, V Pohoata, I Mihaila, C Agheorghiesei, N Dumitrascu (2017), Atmospheric pressure plasma jets in inert gases: Electrical, Optical and mass Spectrometry diagnosis, Physics 69, 407 37 Wenzheng LIU et al., (2018), Exploration to generate atmospheric pressure glow discharge plasma in air, Plasma Science and Technology, Volume 20, Number 38 Gungor Durur and Nilufer Yıldız Varan (2018), Low Pressure Plasma Treatment of PET and PET/Elastane Fabrics, Journal of Material Sciences & Engineering, Volume 7, Issue 4, 1000475 ... Nghiên cứu quang phổ phát xạ plasma áp suất khí quyển Mục tiêu luận văn: Nghiên cứu quang phổ phát xạ để tìm hiểu thành phần hoạt tính đặc trưng plasma áp suất khí Nội dung luận văn: Luận văn. .. [29, 1] Plasma nhiệt áp suất khí tiêu biểu sét hồ quang Hình 1.14 Tia sét plasma nhiệt áp suất khí Hình 1.15 Hồ quang điện plasma nhiệt áp suất khí Trong tương lai plasma nhiệt áp suất khí ứng... PHẠM TUẤN HƯNG NGHIÊN CỨU QUANG PHỔ PHÁT XẠ CỦA PLASMA Ở ÁP SUẤT KHÍ QUYỂN Chuyên ngành: Quang học Mã số: 84 40 110 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN VĂN HẢO THÁI NGUYÊN,