بناء منظومة بلازما نفث الضغط الجوي الباردة لمعالجة إنبات بذور الحنطة العراقية ونموها.

اطروحة دكتوراه

اسم الباحث : سجاد حسين معن

اسم المشرف : أ.د فاضل خدام فليفل أ.م.د خالد علي حسين

الكلمات المفتاحية :

الكلية : كلية العلوم

الاختصاص : علوم الفيزياء

سنة نشر البحث : 2022

تحميل الملف : اضغط هنا لتحميل البحث

تعتبر تقنية البلازما الباردة تقنية واعدة وآمنة نجحت في العديد من التطبيقات مثل الطب والطب الحيوي والصناعة والزراعة ، في هذا العمل تم معالجة بذور القمح العراقي بواسطة نظام بلازما الضغط الجوي الاعتيادي (APPJ) ، تم تصميم وبناء المنظومة في مختبر البلازما المتقدم في جامعة كربلاء ، كلية العلوم ، قسم الفيزياء. وقد تم فحص أنواع مختلفة من الأقطاب الكهربائية (Al ، Cu ، و Ag) من أجل تشخيص خصائص البلازما للوصول إلى البلازما المتكونه المثلى. وقد استخدم الأركون كغاز تغذية، تم دراسة الطيف البصري وجبهة الموجة الكهربائية ، وقياس درجة حرارة الإلكترون وكثافة الإلكترون باستخدام طريقة بولتزمان، وكذلك طول نفث عمود البلازما و قياس درجة حرارته.
بلغ طول نفث البلازما لقطب الالمنيوم Al)) ٣،٨ سم أطول من تلك المتكونه مع أقطاب الفضة Ag)) ٣،٦ سم و النحاس Cu)) ٣،٣ سم. درجة حرارة البلازما الناتجة باستخدام قطب الالمنيوم (Al) هو ٢٦،٥ درجة مئوية أقل من الناتجة مع قطب الفضة (Ag) ٢٧ درجة مئوية و مع قطب النحاس 28.5(Cu) درجة مئوية. بلغت درجة حرارة الإلكترون في البلازما المتكونه عند استخدام قطب الالمنيوم (Al) ٠،٨٣٤٩(الكترون فولت) ، في حين أن درجة حرارة الإلكترون لكل من قطب (Cu) و قطب (Ag) كانت تعادل ٠،٨٦٢٢(الكترون فولت) و ١،٢٤٦٦ (الكترون فولت) على التوالي. إن شدة الأيونات التفاعلية للبلازما المنتجة بأقطاب (Al) أكبر من الأنواع الأخرى. أظهرت النتائج أن جودة البلازما النفاثة مع القطب الكهربي Al هي الأفضل.
اختبار البلازما الباردة التي تم إنتاجها باستخدام غاز الأركون بنسبة ٩٨٪ والأوكسجين بنسبة ٢٪. وقد حددت الخواص البصرية والكهربائية. تتمت مقارنه درجة حرارة تدفق البلازما وطول عمود البلازما للبلازما المختلطة مع تلك الخاصة بنفث الأركون البلازمي. كثافة جميع الايونات التفاعلية المنتجة لنفث البلازما المختلطة أعلى من تلك الخاصة بنفث البلازما بالأركون ، وطول تدفق البلازما المختلطة أعلى من تلك الخاصة ببلازما الأركون ، حيث بلغ طول تدفق البلازما المختلطة ٢،٥ سم ، في حين أنه كان ١،٨ سم لبلازما الأركون عند جهد ٩ كيلو فولت. كانت درجة حرارة نفث البلازما للغاز المختلط أصغر من درجة حرارة نفث غاز الأركون وبلغت ٢٤،٥ درجة مئوية و ٢٥،٥ درجة مئوية على التوالي عند الجهد المحدد.
تمت دراسة تاثير البلازما المتولدة على تحسين إنبات ونمو القمح العراقي. تمت معالجة خمس عينات من بذور القمح العراقي باستخدام بلازما الاركون وبلازما المزيج (الاوكسيجن والاركون) ولفترات زمنية مختلفة (٢، ١٠،٨،٦،٤) دقائق لكل من العينات بالترتيب. ثم زُرعت البذور المعالجة والعينة غير المعالجة في حاضنة نمو عند( ٢٥ ± ١ )درجة مئوية ، وإضاءة (١٥٠٠-١٨٠٠ لوكس) ورطوبة ٦٠-٧٠٪.
أوضحت النتائج أن هناك تحسنا جيدا في نسبة النمو والإنبات للقمح العراقي. علاوة على ذلك ، كانت نسبة الإنبات والنمو لبذور القمح المعالجة بالبلازما المنتجة بالخليط ( الاوكسجين والاركون) افضل مقارنة بالبذور المعالجة بغاز الأركون . كانت نسبة الإنبات ٩٠٪ وسرعة الإنبات ١٠،٢٦ بذرة / يوم في حالة غاز الأركون (APPJ). بالإضافة إلى ذلك ، تم تحسين نسبة الإنبات وسرعة الإنبات مقارنةً بالغاز المختلط (APPJ) ، فأصبحت ٩٢٪ لنسبة الإنبات و ١٢،٨ بذرة / يوم لسرعة الإنبات. علاوة على ذلك ، كان معامل قوة الشتلات ٢٥،٥ للبذور المعالجة بالبلازما المختلطة و ١٣،٥ للبذور المعالجة بغاز الأركون APPJ.

Construction of Cold Atmospheric Pressure Plasma Jet System for Treatment of Germination and Growth of Iraqi Wheat

Cold plasma is promising and a safe technology that has succeeded in many applications such as medicine, biomedical, industry and agriculture. In this work Iraqi wheat seeds were treated by cold atmospheric pressure plasma jet (APPJ) system, the system was designed and constructed in advanced plasma laboratory in University of Kerbala, College of Science, Physics Department. A different types of electrodes (Al, Cu, and Ag) configuration were examined in order to diagnostics of the plasma characteristics to reach the optimum quality. Argon as a feeding noble, the optical and electrical properties were checked, the electron temperature and electron density were measured by spectroscopy Boltzmann plot method, the plasma plume jet, and the jet temperature were measured for each plasma jet.
The cold plasma that was produced by using argon gas by 98% and oxygen by 2% was investigated. The optical and electrical properties were determined and comprised with that of Argon plasma jet.
The longer plasma jet has been obtaind by using Al-electrode (3.8 cm) comparing with these of Ag-electrode (3.6 cm) and Cu-electrode (3.3 cm), with the same condition. The temperature of the atmospheric plasma jet with Al-electrode is 26.5 ºC smaller than those of (Ag) 27 ºC and Cu 28.5 ºC electrodes. The electron temperature of the plasma when using the Al electrodes is equivalent to 0.8349 (eV), while the electron temperature of both Cu and Ag electrodes were equivalent to 0.8622 (eV) and 1.2466 (eV) respectively. The reactive species intensities of produced plasma with Al electrodes are bigger than those of others. The results showed that the quality of plasma jet with Al-electrode was the optimum one.
The plasma jet temperature and the plasma plume length of mixed plasma were determined and comprised with that of Argon plasma jet. The intensity of all produced reactive spices of mixed gas plasma jet is higher than of those of Argon plasma jet. The plasma jet length of mixed plasma is higher than that of argon plasma, the jet length of mixed plasma was 2.5 cm, whereas, it was 1.8 cm for argon plasma jet at 9kV. The plasma jet temperature for mixed gas is smaller than that of Argon gas plasma jet were 24.5C and 25.5 C respectively at 9kV.
The potential of the generated plasma for improving the Iraqi wheat germination and growth was investigated. Five Iraqi wheat seeds sample were treated by argon and mixed gas plasma jet with 2,4,6,8, and 10 minutes for each sample. Then the treated seeds and controlled sample were farmed in a growth cabinet at 25±1C, illumination (1500-1800 Lux) and humidity of 60-70%.
The results revealed that there was a good enhancement in the growth and germination ratio of Iraqi wheat. Furthermore, the germination and growth ratio of treated wheat seeds by mixed gas (APPJ) was batter over than that of treated seeds by Argon gas (APPJ). The germinated ratio was 90% and the speed of germination was 10.26 seeds/day in case of Argon gas (APPJ). In addition, the germination ratio, and speed of germination were improved over that of mixed gas (APPJ), they became 92% for germination ratio and 12.8 for the speed of germination. Moreover, the seedling vigour index was 25.5 for treated seeds by mixed plasma and 13.5 for those treated by Argon gas APPJ.