ارزیابی آسیب الکترودهای تخلیه تابان به روش طیف‌سنجی طول‌ عمر نابودی پوزیترون

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار گروه گداخت، پژوهشگاه علوم و فنون هسته ‌ای، تهران، ایران

2 گروه فیزیک، دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره)

3 کارشناس گروه پژوهشکده فیزیک و شتابگرها، پژوهشگاه علوم و فنون هسته ‌ای، تهران، ایران

4 کارشناس گروه فیزیک، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران

10.30494/jndt.2021.276910.1060

چکیده

پلاسمای حاصل از تخلیه‌ الکتریکی به‌روش تابان یک پلاسمای غیرتعادلی است که کاربردهای زیادی در آزمایشگاه‌های تحقیقاتی و صنعتی دارد. پلاسمای تابان بسته به قدرت تخلیه و میزان جریان گاز می‌تواند پلاسمای حرارتی یا سرد باشد که همین امر به کاربردهای مختلف آن از جمله ضدعفونی‌کردن میوه و سبزیجات، از بین بردن گازهای آلاینده و افزایش رنگ پذیری سطوح پلاستیکی منجر می‌شود. پلاسما از یون‌ها، الکترون‌های پرانرژی، اشعه‌ی ماورائ بنفش و گونه‌های اکسنده همچون رادیکال های آزاد تشکیل شده است. در راکتورهای تابان یک تخلیه الکتریکی با ولتاژ بالا بین دو الکترود اعمال می‌شود. گونه‌های مختلف تولید شده در پلاسما از جمله الکترون‌های پر انرژی عامل موثر در تخریب و تغییر ساختار اتمی الکترودهای مسی می‌باشند. تغییرات ساختار الکترودها در دراز مدت باعث تغییرات دما، چگالی و نوع گونه‌های تشکیل شونده در پلاسما خواهد شد. بنابراین لازم است جهت تعویض به موقع الکترودهای راکتور، میزان تغییرات ساختاری الکترودها در طی زمان ارزیابی شود. در این مقاله، تغییرات ساختار الکترودهای مسی به ‌ضخامت 4 میلی‌متر و طول موثر 10 سانتی‌متر که در یک راکتور تحقیقاتی قوس تابان به مدت 80 ساعت برای ارزیابی اثر پلاسمای تولیدی در آلودگی‌زدایی از محصولات کشاورزی استفاده شده بود با روش طیف سنجی طول عمر نابودی پوزیترون به عنوان یک آزمون غیرمخرب مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می‌دهد که فاصله لایه‌ها در شبکه مسی تغییر کرده و فضای خالی میان شبکه‌های اتمی کم‌تر و تعداد آن‌ها بیش‌تر شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Evaluation of Plasma gliding-arc discharges electrode defects by positron annihilation life-time spectroscopy

نویسندگان [English]

  • Mahdieh Bakhtiari Ramezani 1
  • Effat Yahaghi 2
  • Ali Biganeh 3
  • ُSyedeh Maryam Nori Dogahi 4
1 Assistant Ro,rofessr, Fusion research School, Nuclear Science and Technology Research Institute (NSTRI), Tehran, Iran
2 Imam Khomeini International Univesity, Qazvin, Iran,
3 - Expert Physics and Accelerators Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute (NSTRI), Tehran, Iran
4 Expert, Department of Physics, Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran
چکیده [English]

Plasma gliding-arc discharges is a non-equilibrium plasma that has many applications in research and industrial laboratories. Gliding plasma can be hot or cold plasma depending on the discharge power and gas flow rate, which leads to its various applications such as disinfection of fruits and vegetables, elimination of pollutant gases, increasing the staining of plastic surfaces. Plasma has been formed of ions, high-energy electrons, UV rays, and oxidants such as free radicals. In gliding reactors, a high voltage electrical discharge is applied between the two electrodes. Various species produced in plasma, including high-energy electrons, are effective in destroying and altering the atomic structure of copper electrodes. Changes in the structure of the electrodes in the long run will cause changes in temperature, density, and the type of species formed in the plasma. Therefore, in order to replace the reactor electrodes in a timely manner, it is necessary to evaluate the amount of structural changes in the electrodes over time. In this paper, changes in the structure of copper electrodes with a thickness of 4 mm and an effective length of 10 cm, which was used in a gliding arc research reactor for 80 hours to evaluate the effect of produced plasma on decontamination of agricultural products by the positron annihilation life-time spectroscopy has been investigated as a non-destructive test. The results show that the distance between the layers in the copper lattice has changed and the empty space between the atomic lattices has decreased and their number has increased.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Copper electrode
  • Gliding arc discharge
  • Non-equilibrium plasma
  • positron annihilation life-time spectroscopy
[1]     Fridman A. (2008). Plasma chemistry. New York: Cambridge University Press.
[2]     Langmuir I. (1928). Oscillations in ionized gases. Proceedings of the National Academy of Sciences; 14: 627e37.
[3]     Goossens M. (2003). An introduction to plasma astrophysics and magnetohydrodynamics. Netherlands: Kluwer Academic Publishers.
[4]     K. Randolph, U.S. DOE, (2013). Hydrogen production - Session introduction, 2013 Annual Merit Review and Peer Evaluation Meeting, May 16.
[5]     Moreau M, Orange N, Feuilloley MGJ. (2008). Non-thermal plasma technologies: new tools for bio-decontamination. Biotechnology Advances; 26(6):610e7
[6]     Bo Z., Yan J., Li X., Chi Y., Cen K., (2009). Plasma assisted dry methane reforming using gliding arc gas discharge: effect of feed gases proportion. International Journal of Hydrogen Energy; 33(20):5545e53.
[7]     Shang C.Z., Chen G.M., Zhang H.Y., Zeng Y., (2012) .Analyses on antigen epitopes and drug resistance mutations of HIV-1 gag and pol genes, Chinese Journal of Virology, 28  351–357.
[8]     Benetoli L.O. de B., Cadorin B.M., Baldissarelli V.Z., Geremias R., Souza I.G. de, Debacher N.A., (2012). Pyrite-enhanced methylene blue degradation in non-thermal plasma water treatment reactor, J. Hazard. Mater., 237–238 55–62.
[9]      اسمی زاده ا.، رضوی نوری م. ، کلاتی وحید ع. ،(1391 ) طیف سنجی طول عمر نابودی پوزیترون- -1مقدمه‌ای بر روش و کاربردهای آن در علم پلیمر، بسپارش، فصلنامه پژوهشی-آموزشی، سال دوم، شماره ،1،  ، صفحه 12-4، ISSN: 2252-0449
[10]  Mehmandoost-Khajeh-Dad A. A., Mahjour-Shafiei, M. and Khaghani, M., )2011).  Development of a Doppler Broadening Positron Spectroscopy Setup and Relative Positron-Electron Momentum Distribution Measurement for Commercial Al, Journal of Theorical and Applied Physics, Vol. 4, No. 4, pp. 9-12.
[11]  Kansy, J., Suzuki, T., Ogawa, T., Murakami, M.and Ito, Y., (2000). Study of poly(methylphenylsilenemethylene) by elastic thermalization lifetime analysis, Radiation Physics and Chemistry 58 545-550
[12]  Biganeh A., Kakuee O., Rafi-Kheiri H., Lamehi-Rachti M., Sheikh N., Yahaghi E., (2020)  Positron Annihilation Lifetime and Doppler Broadening Spectroscopy of polymers, Radiation Physics and Chemistry 166, 108461.
[13]  ORTEC, ORTEC Application note: Experiment 27, Positron Annihilation Lifetime Spectrometry.
[14]  Paulus T. J., )1991(. Performance Characteristics of Eighteen Positron Lifetime Spectrometers, 9th International Conference on Positron Annihilation, Available at http://www.ortec-online.com/Service-Support /Library.aspx.