The activation of vibrational-induced dissociation of CO2 in cold non-equilibrium plasma discharges is investigated by means of a 0D self-consistent kinetic model, which, with a state-to-state approach, is able to calculate the CO2 vibrational distribution function (vdf) of the asymmetric mode levels, the electron energy distribution function and the corresponding vibrational-induced and electron impact CO2 dissociation rates. The conditions for the onset of such activation are linked to the achievement of a sufficiently high CO2 vibrational excitation characterized by the presence of a non-equilibrium plateau in the CO2 vdf, resulting from the combined effect of electron–vibrational and vibrational–vibrational collisions, which, by overpopulating the higher vibrational levels, enhances dissociation. Such non-equilibrium conditions are maximized at lower gas temperature, lower pressure and higher power density values. In particular, for the power density, an activation threshold value can be obtained from simulations and its dependence on the gas temperature and pressure can be investigated. The dependence of the maximum vibrational temperature reached at the end of the discharge as a function of the gas temperature and pressure is also analyzed. A satisfactory agreement from our simulation results with the Kotov's criterion for vibrational activation has been found.
非平衡低温プラズマ中におけるCO2の振動誘起解離の活性化について、0次元自己無撞着動力学モデルを用いて調査した。このモデルは、状態間遷移アプローチにより、CO2の非対称モード準位の振動分布関数(vdf)、電子エネルギー分布関数、および対応する振動誘起解離率と電子衝突解離率を計算することができる。このような活性化の条件は、CO2の振動励起が十分に高いレベルに達することと関連しており、その特徴は、電子-振動衝突と振動-振動衝突の複合効果によって高振動準位が過剰に占有されることで生じる、CO2のvdfにおける非平衡プラトーの存在である。このような非平衡条件は、ガス温度が低く、圧力が低く、パワー密度が高いほど最大化される。特に、パワー密度については、シミュレーションから活性化閾値を得ることができ、そのガス温度および圧力への依存性を調べることができる。放電終了時に到達する最大振動温度のガス温度および圧力への依存性も解析された。シミュレーション結果は、Kotovの振動活性化基準と良好な一致を示すことが見出された。