Дуговой разряд — одна из наиболее распространённых форм электрического газового разряда — возникает при прохождении между металлическими электродами электрического тока высокой плотности (обычно порядка 100–1000 А/см²). В дуговой плазме вследствие высокой плотности тока и высокого давления велико число столкновений электронов с тяжёлыми частицами, в результате чего происходит эффективный обмен энергией между электронами и остальными компонентами плазмы и, как следствие, устанавливается одинаковая температура электронов и газа. Эта температура достаточно высока: в зависимости от условий разряда она составляет от 4500 до 8000 К.
Неравновесные плазмохимические системы получения водорода
В последние годы предпринимаются многочисленные попытки использовать неравновесную плазму импульсных искровых, барьерных, коронных, СВЧ-разрядов, главным образом чтобы снизить затраты энергии на нагрев газа для инициирования химических реакций, которые в квазиравновесной дуговой плазме составляют не менее 40 %. Ниже предпринята попытка проанализировать современное состояние проблем прикладной неравновесной плазмохимии атмосферного давления с перспективой её применения в крупнотоннажном производстве. В последние десятилетия большое внимание уделяется получению водорода, в том числе в неравновесных плазмохимических системах. Это обусловлено задачами развития водородной энергетики с использованием топливных элементов, обеспечивающих прямое преобразование химической энергии топлива в электрическую с максимальным КПД и минимальным загрязнением окружающей среды, что требует наращивания промышленного производства водорода.
Электродуговая паровая плазма
Особое место занимает вода как плазмообразующая среда. Это вещество широко распространено в природе и играет в ней огромную роль, обеспечивая разнообразные химические реакции и физические процессы. Предметом рассмотрения является водяной пар околоатмосферного давления с температурами до нескольких десятков тысяч градусов. Так называемая плазма водяного пара — одна из наиболее химически активных сред, а водяной пар — чрезвычайно дешёвый плазмообразующий газ. Плазма водяного пара является не только теплоносителем, но и активным реагентом в физико-химических реакциях. Благодаря уникальным свойствам — энтальпии, экологичности, взрывобезопасности, широкой доступности — плазма водяного пара перспективна в технологических процессах металлургии, энергетики, машиностроения, плазмохимии. Преимущество пароводяной плазмы — отсутствие вредных оксидов азота при работе плазмотрона на водяном паре. На сегодняшний день основной вклад в развитие плазмохимических процессов пиролиза и окислительной конверсии углеводородов получен в квазиравновесной дуговой плазме.