氣體放電產(chǎn)生單重態(tài)氧的模擬研究.pdf

1、氧碘化學(xué)激光器（Chemical Oxygen Iodine Laser，簡(jiǎn)稱COIL）從誕生至發(fā)展到今天已經(jīng)有幾十年的歷史，它是唯一運(yùn)轉(zhuǎn)在電子之間躍遷的化學(xué)激光器。氧碘化學(xué)激光器（COIL）的能量來源于單重態(tài)氧，即它是通過單重態(tài)氧與碘原子的近共振傳能，使碘原子發(fā)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，從而諧振激射得到1.315μm的激光。因此，單重態(tài)氧的產(chǎn)生也成了研究的重點(diǎn)。單重態(tài)氧發(fā)生器（Singlet Oxygen Generator，簡(jiǎn)稱SOG）是COI

2、L裝置中的重要組成部分。在傳統(tǒng)的氧碘化學(xué)激光器（COIL）中，主要利用氣液反應(yīng)產(chǎn)生單重態(tài)氧，而這種用化學(xué)方法得到單重態(tài)氧的裝置有如下幾個(gè)明顯的特點(diǎn)：氣液反應(yīng)速率非常快；溶液中單重態(tài)氧的壽命非常短；再加上溶液本身包含有大量水，產(chǎn)物中必然產(chǎn)生一定量的水蒸氣，水分子對(duì)激發(fā)態(tài)碘原子的猝滅非常嚴(yán)重，這不利于激光的產(chǎn)生。而且反應(yīng)中要用到的氯氣、過氧化氫和堿溶液具有毒性、強(qiáng)腐蝕性或易爆性，會(huì)給環(huán)境帶來污染，這些就限制了氧碘化學(xué)激光器的使用范圍。放電激

3、勵(lì)產(chǎn)生單重態(tài)氧是近年來發(fā)展起來并受到人們廣泛關(guān)注的一種單重態(tài)氧產(chǎn)生方式，它依靠氣體放電來獲得單重態(tài)氧，裝置簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好，安全性高，而且從根本上消除了水汽產(chǎn)生的問題，具有全氣相和無水蒸氣的優(yōu)點(diǎn)，在應(yīng)用中具有巨大的優(yōu)勢(shì)。本論文就是在此背景下對(duì)氣體放電產(chǎn)生單重態(tài)氧的動(dòng)力學(xué)過程進(jìn)行的模擬研究。
　　本研究采用一維動(dòng)力學(xué)和流體力學(xué)混合模型模擬研究了射頻He-O2混合氣體放電產(chǎn)生單重態(tài)氧的動(dòng)力學(xué)過程及物理機(jī)制。模擬結(jié)果顯示，電子與氧氣的直接

4、碰撞激發(fā)反應(yīng)在單重態(tài)氧的產(chǎn)生過程中起著非常重要的作用，幾乎60%的單重態(tài)氧都由此反應(yīng)產(chǎn)生；單重態(tài)氧的損失通道較多，而且不同的放電階段，其損失機(jī)制不同。開始階段，空間中存在大量氧負(fù)離子時(shí)，單重態(tài)氧主要通過與它發(fā)生二體碰撞反應(yīng)產(chǎn)生其它氧分子而被損失掉，隨著放電的持續(xù)和穩(wěn)定，最終起主要損失作用的是單重態(tài)氧與電子的碰撞分解反應(yīng)，大約30%的單重態(tài)氧通過這種碰撞過程被損失。通過增加氧氣的比例可以提高單重態(tài)氧的產(chǎn)生率，但是氧氣增多會(huì)使產(chǎn)生的氧負(fù)離子