Numéro
Rev. Phys. Appl. (Paris)
Volume 16, Numéro 6, juin 1981
Page(s) 343 - 352
DOI https://doi.org/10.1051/rphysap:01981001606034300
Rev. Phys. Appl. (Paris) 16, 343-352 (1981)
DOI: 10.1051/rphysap:01981001606034300

Décomposition des molécules polyatomiques dans un réacteur à plasma hors d'équilibre. I. NH3

D. Rapakoulias, M. Domange et J. Amouroux

E.N.S.C.P., Laboratoire de Génie Chimique, 11, rue Pierre-et-Marie Curie, 75231 Paris Cedex 05, France


Abstract
Plasmas at reduced pressure are complex non-equilibrium systems, in which several excitation modes coexist. The global reaction also take place by means of many elementary process in which reactants and products are often excited states. We establish a model of the reactor in three stages (excitation, hot recombinations, quench) which, when applied in NH3 decomposition, shows that the key reaction is (NH3, X) → (NH3, A, B)* → (NH, a 1Δ). We also use the theory of chemical reactivity in non-equilibrium systems in order to interpret the variation of plasma's reactivity as a function of energy repartition over the excited species. We conclude that the decomposition process is controlled by the vibrational temperature of the plasma. As the system approaches equilibrium, the decomposition rate reduces.


Résumé
Les plasmas à pression réduite sont des milieux hors d'équilibre complexes, au sein desquels coexistent plusieurs modes d'excitation. La réaction chimique globale a également lieu en plusieurs étapes élémentaires dont les réactifs et les produits sont en général excités. Nous avons établi un modèle du réacteur en trois étapes (excitation, recombinaison à chaud, trempe) qui, appliqué à la décomposition de NH3, permet de dégager le processus (NH3, X) → (NH3, A, B)* → (NH, a 1Δ) comme principale réaction de la décomposition. Nous utilisons également la théorie de la réactivité chimique en milieu hors d'équilibre pour interpréter l'évolution de la réactivité du plasma en fonction de la répartition énergétique sur les différentes espèces. Nous concluons que la décomposition est contrôlée par la température de vibration du plasma. Lorsque le système s'approche de l'équilibre le taux de décomposition diminue.

PACS
5290 - Other topics in plasma physics and electric discharges.
8220M - Nonequilibrium chemical kinetics.
8230L - Decomposition reactions pyrolysis, dissociation, and group ejection.

Key words
ammonia -- molecular dissociation -- plasma collision processes -- reaction kinetics -- polyatomic molecules -- nonequilibrium plasma reactor -- reduced pressure -- excitation modes -- reactants -- products -- excited states -- hot recombinations -- quench -- NH sub 3 decomposition -- chemical reactivity -- energy repartition -- vibrational temperature -- decomposition rate -- plasma reactivity