Конверсия углекислого газа в плазме СВЧ разряда, поддерживаемого мощным непрерывным излучением технологического гиротрона при атмосферном давлении

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 21-12-00376

НазваниеКонверсия углекислого газа в плазме СВЧ разряда, поддерживаемого мощным непрерывным излучением технологического гиротрона при атмосферном давлении

Руководитель Мансфельд Дмитрий Анатольевич, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова Российской академии наук" , Нижегородская обл

Конкурс №55 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-502 - Физика низкотемпературной плазмы

Ключевые слова СВЧ разряд, гиротрон, микроволновое излучение, неравновесная плазма, разложение углекислого газа

Код ГРНТИ29.27.43

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на решение жизненно важной проблемы, стоящей перед человечеством, связанной со снижением выбросов парниковых газов, прежде всего, диоксида углерода, путем его конверсии в монооксид углерода и последующего сжигания (нулевой цикл эмиссии CO2) либо образования экономических выгодных органических веществ (отрицательный цикл эмиссии CO2). Одним из наиболее перспективных путей решения проблемы является разложение высокостабильных молекул CO2 в неравновесной плазме СВЧ разряда, в которой диссоциация молекул СО2 осуществляется за счет энергии электронов, что делает этот процесс возможным при низких температурах газа и потому энергетически выгодным, по сравнению с термической диссоциацией в равновесных условиях. В проекте продолжает развитие подход, предложенные ранее авторами, связанный с исследованием процессов разложения молекул углекислого газа в неравновесной плазме СВЧ разряда, поддерживаемого мощным непрерывным высокочастотным (относительно использовавшегося в предыдущих работах излучения магнетронов) излучением гиротрона в потоке углекислого газа при атмосферном давлении. Реализация неравновесного СВЧ разряда при использовании магнетронов, как правило, возможна при пониженном давлении (десятки Торр), что затрудняет его применение для многих приложений. Именно поэтому, в настоящее время актуальным представляется исследование свойств и параметров неравновесной плазмы СВЧ разряда при давлении близком к атмосферному, что становится возможным при повышении частоты микроволнового поля и связано с разработкой и внедрением новых технологических источников сантиметрового и миллиметрового излучения высокой мощности. Ключевой задачей проекта является выяснение условий существования неравновесного режима горения разряда, определение параметров плазмы (пространственного распределения температуры электронов и газа, колебательной температуры молекул, плотности плазмы) и ее химического состава, и что самое главное – реализация возможности управления степенью неравновесности разряда. Планируется изучение основных механизмов, влияющих на степень конверсии и энергоэффективности разложения СО2 в равновесном и неравновесном режимах горения разряда, поддерживаемого микроволновым излучением гиротрона с частотой 24 ГГц в потоке СО2, а также в смесях СО2 с другими газами, при атмосферном давлении. Применение мощного СВЧ излучения гиротронов для создания плазмы позволит реализовать процессы разложения СО2 при атмосферном давлении, что сделает данную технологию более привлекательной для реального использования в рамках решения проблем защиты окружающей среды и сокращения выбросов СО2 в атмосферу.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Мансфельд Д.А., Водопьянов А.В., Синцов С.В., Чекмарев Н.В., Преображенский Е.И., Викторов М.Е. Разряд атмосферного давления, поддерживаемый миллиметровым излучением в волноводном плазмотроне Письма в Журнал технической физики, Письма в ЖТФ, 2023, том 49, вып. 1, с. 39 (год публикации - 2023)
10.21883/PJTF.2023.01.54057.19384

2. Чекмарев Н.В., Синцов С.В., Мансфельд Д.А., Преображенский Е.И., Водопьянов А.В. СВЧ плазмотрон для конверсии углекислого газа XXVII Нижегородская сессия молодых ученых (технические, естественные, математические науки), страница 168-173 (год публикации - 2022)

3. Синцов С.В., Мансфельд Д.А., Веселов А.П., Фокин А.П., Ананичев А.А., Глявин М.Ю., Водопьянов А.В. Разложение углекислого газа в разряде, поддерживаемом непрерывным сфокусированным субтерагецевым излучением при атмосферном давлении Письма в Журнал технической физики, том 49, выпуск 2, стр. 3 (год публикации - 2023)

4. Чекмарев Н.В., Синцов С.В., Мансфельд Д.А., Водопьянов А.В. Модель измерения электронной плотности в плазменном цилиндре методом микроволнового зондирования Сборник докладов и тезисов XX научной школы «Нелинейные волны – 2022» (Нижний Новгород, 7 – 13 ноября 2022 г.), с. 297-298 (год публикации - 2022)

5. Синцов С.В., Водопьянов А.В., Мансфельд Д.А., Чекмарев Н.В., Преображенский Е.И. Филаментарная структура неравновесного плазменного факела атмосферного давления, поддерживаемого в потоке газа в квазиоптическом пучке непрерывного миллиметрового излучения Сборник докладов и тезисов XX научной школы «Нелинейные волны – 2022» (Нижний Новгород, 7 – 13 ноября 2022 г.), стр. 247 (год публикации - 2022)

6. Синцов С.В., Водопьянов А.В., Степанов А.Н., Мансфельд Д.А., Чекмарев Н.В., Преображенский Е.И., Мурзанев А.А., Ромашкин А.В. Особенности формирования нитевидной структуры микроволнового разряда в потоке аргона Журнал технической физики, том 93, вып. 1., c. 95 (год публикации - 2023)
10.21883/JTF.2023.01.54068.226-22

7. Чекмарев Н.В., Мансфельд Д.А., Преображенский Е.И., Синцов С.В., Ремез М.А, Водопьянов А.В. Подавление обратных реакций при разложении углекислого газа в плазме микроволнового разряда Письма в Журнал технической физики (год публикации - 2023)

8. Чекмарев Н.В., Мансфельд Д.А., Синцов С.В., Е.И. Преображенский, Водопьянов А.В., Фокин А.П., Ананичев А.А. Application of technological gyrotrons for plasma-chemical decomposition of carbon dioxide IEEE Xplore (год публикации - 2024)

9. Кутьин А.М., Мансфельд Д.А., Поляков В.С. АНАЛИЗ СТАЦИОНАРНО-НЕРАВНОВЕСНЫХ СОСТОЯНИЙ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ СО2 – Аr Неорганические материалы, 1 (год публикации - 2024)

10. Чекмарев Н.В., Синцов С.В., Мансфельд Д.А. , Водопьянов А.В. Effect of nitrogen on carbon dioxide conversion in nonequilibrium plasma supported by microwave radiation of a gyrotron at atmospheric pressure IEEE Xplore (год публикации - 2024)

11. Мурзанев А. А., Мансфельд Д. А. , Чекмарев Н. В., Синцов С. В. , Викторов М. Е. , Преображенский Е. И. , Водопьянов А. В. ИНТЕРФЕРОМЕТРИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА ТЕМПЕРАТУРЫ ГАЗА В РАЗРЯДЕ, ПОДДЕРЖИВАЕМОМ СВЧ ИЗЛУЧЕНИЕМ ГИРОТРОНА С ЧАСТОТОЙ 24 ГГЦ В ПОТОКЕ АРГОНА ПРИ АТМОСФЕРНОМ ДАВЛЕНИИ Известия вузов. Радиофизика (год публикации - 2024)

12. Чекмарев Н.В., Мансфельд Д.А., Водопьянов А.В., Синцов С.В., Преображенский Е.И., Ремез М.А. Enhancement of 𝑪𝑶𝟐 conversion by counterflow gas quenching of the post-discharge region in microwave plasma sustained by gyrotron radiation arxiv.org Cornell University (год публикации - 2023)

Публикации