ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. eISSN 1684-1719. 2025. №11
Текст статьи (pdf)
DOI: https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.11.17
УДК: 697.947; 537.523.3; 661.94
17-я Международная конференция
«Газоразрядная плазма и ее применения»
Екатеринбург, Россия, 8-12 сентября 2025
А.С. Чепусов, С.Р. Корженевский, А.А. Комарский, А.В. Пономарев, О.Д. Красный
Институт электрофизики Уральского отделения Российской академии наук
620016, г. Екатеринбург, ул. Амундсена, д. 106
Статья поступила в редакцию 2 октября 2025 г.
Аннотация. Озон является аллотропной модификацией кислорода, обладающей уникальными окислительными свойствами. Он находит широкое применение в дезинфекции медицинских инструментов и одежды, в обработке сточных вод, обеззараживании продуктов в хранилищах, а также в технологических процессах в металлургии. Наиболее распространенными способами получения этого газа являются озонаторы на барьерном разряде. Но такая технология обладает рядом существенных недостатков, не позволяющих применять ее в крупнотоннажном промышленном производстве. Альтернативой является использование стримерных коронных разрядов. Авторами разработан генератор озона на импульсах коронного разряда с частотой следования до 300 Гц. Установка позволяет изменять электродную систему, параметры газового потока, электрические характеристики разряда, что дает возможность проводить широкий спектр исследований особенностей генерации озона для промышленного применения. Проведенные эксперименты позволяют выделить 2 режима работы: с максимальной концентрацией в потоке и с наилучшей производительностью озона. Понятной зависимости от напряженности электрического поля выявлено не было. Это связано с необходимостью проведения расчетов микроскопической напряженности у поверхности катода. При большой плотности энергии, вложенной обрабатываемый воздух коронным разрядом, происходит его переход в искровую стадию, в результате чего генерация озона прекращается. Возможным путем решения этой проблемы и повышения производительности установки является использование оборудования с большей скоростью прокачки воздуха через рабочий объем и повышение частоты следования высоковольтных импульсов.
Ключевые слова: озон, генератор озона, коронный разряд, газовый реактор, генератор наносекундных импульсов высокого напряжения, твердотельная система коммутации.
Автор для переписки: Чепусов Александр Сергеевич, chepusov@iep.uran.ru
Литература
1. Крылова Л.Н. Эффективность применения озона для извлечения металлов из минерального сырья // Известия вузов. Цветная металлургия. – 2022. – Т. 28. – №. 2. – С. 4-15. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2022-2-4-15
2. В.В. Лунин, М.П. Попович, С.Н. Ткаченко. Физическая химия озона. – М: Изд-во МГУ, 1998. – 480 с.
3. Morfill G.E. et al. Nosocomial infections – a new approach towards preventive medicine using plasmas // New Journal of Physics. – 2009. – Т. 11. – №. 11. – С. 115019. https://doi.org/10.1088/1367-2630/11/11/115019
4. Shimizu T., Zimmermann J.L., Morfill G.E. The bactericidal effect of surface micro-discharge plasma under different ambient conditions // New Journal of Physics. – 2011. – Т.13. – №.2. – С.023026. https://doi.org/10.1088/1367-2630/13/2/023026
5. Pavlovich M.J. et al. Effect of discharge parameters and surface characteristics on ambient‐gas plasma disinfection // Plasma Processes and Polymers. – 2013. – Т. 10. – №. 1. – С. 69-76. https://doi.org/10.1002/ppap.201200073
6. Traylor M.J. et al. Long-term antibacterial efficacy of air plasma-activated water // Journal of Physics D: Applied Physics. – 2011. – Т. 44. – №. 47. – С. 472001. https://doi.org/10.1088/0022-3727/48/49/494002
7. Филиппов Ю.В., Вобликова В.А., Пантелеев В.И. Электросинтез озона. – МГУ, 1987.
8. Самойлович В.Г., Гибалов В.И., Козлов К.В. Физическая химия барьерного разряда. 1989 // Изд. Моск. ун-та. – 1989.
9. Sung T.L. et al. Effect of pulse power characteristics and gas flow rate on ozone production in a cylindrical dielectric barrier discharge ozonizer // Vacuum. – 2013. – Т. 90. – С. 65-69. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2012.10.003
10. Burleson G.R., Murray T.M., Pollard M. Inactivation of viruses and bacteria by ozone, with and without sonication // Applied microbiology. – 1975. – Т. 29. – №. 3. – С. 340-344. https://doi.org/10.1128/am.29.3.340-344.1975
11. Fukawa F. et al. Application of nanosecond pulsed power to ozone production by streamer corona // IEEE transactions on plasma science. – 2008. – Т. 36. – №. 5. – С. 2592-2597. https://doi.org/10.1109/TPS.2008.2004372
12. Pokryvailo A., Wolf M., Yankelevich Y. Investigation of operational regimes of a high-power pulsed corona source with an all-solid state pulser // IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation. – 2007. – Т. 14. – №. 4. – С. 846-857. https://doi.org/10.1109/TDEI.2007.4286515
13. Yuan D. et al. Ozone production with dielectric barrier discharge from air: The influence of pulse polarity // Ozone: Science & Engineering. – 2018. – Т. 40. – №. 6. – С. 494-502. https://doi.org/10.1080/01919512.2018.1476127
14. Филатов И.Е., Сурков Ю.С., Кузнецов Д.Л. Влияние параметров разрядной камеры на эффективность наработки озона импульсным коронным разрядом // Письма в Журнал технической физики. – 2022. – Т. 48. – №. 13. – С. 28-32. https://doi.org/10.21883/PJTF.2022.13.52741.19210
15. Mennad B. et al. Theoretical investigation of ozone production in negative corona discharge // Current Applied Physics. – 2010. – Т. 10. – №. 6. – С. 1391-1401. https://doi.org/10.1016/j.cap.2010.04.013
16. Корженевский С.Р. Регулировка выходного напряжения импульсного высоковольтного наносекундного генератора с индуктивным накопителем энергии и твердотельной системой коммутации / Корженевский С.Р., Комарский А.А., Чепусов А.С., Бессонова В.А., Титов В.Н. // Приборы и техника эксперимента. Электроника и радиотехника. – 2017. – №1. – С. 52 – 55. https://doi.org/10.7868/S0032816217010219
17. Васильев П.В. и др. Работа полупроводникового прерывателя при микросекундном времени накачки и низкой плотности тока // Физика и техника полупроводников. – 2009. – Т. 43. – №. 7. – С. 985.
Для цитирования:
Чепусов А.С., Корженевский С.Р., Комарский А.А., Пономарев А.В., Красный О.Д. Генератор озона на основе импульсного коронного разряда // Журнал радиоэлектроники. – 2025. – №. 11. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.11.17