一种简单的辉光放电等离子体诊断方法

以碰撞为能量交换机制,按局部热力学平衡近似处理低气压等离子体,并考虑辉光放电二极之间的电位分布,得到了电子密度与气体压力的关系和电子温度与电场强度的关系。提出了一种利用压强、电压和电流就获得电子温度和密度的诊断方法。用Langmuir探针方法验证了获得的结果。     

一种量子级联激光器能带电子温度计算新方法

基于电子动能与温度的关系以及费米黄金定律，对速率方程进行了优化，使其能够计算电子温度，进而实现了更为精准的速率方程求解。与已有的动能平衡法比较，该方法对能带电子温度变化过程进行了详细的描述，故无需采用优化算法求解，所以可以避免因陷入局部最优解而带来的多次计算的收敛值一致性较差的问题。计算结果表明，该方法在选取不同的初始温度时，通过自洽求解，即可解出各能级电子温度，且均可获得一致性较好的收敛值。     

三维a-IGZO薄膜中的电子—电子散射

本文利用射频磁控溅射法制备了一系列厚度约800 nm的非晶铟镓锌氧化物(a-IGZO)薄膜,并对其电输运性质和低温的电子退相干机理进行了系统的研究.研究发现,所有a-IGZO薄膜中,载流子浓度均不随温度变化,高温区的电阻-温度系数为正,说明样品具有类金属导电特性.通过对薄膜低温磁电阻的测量,获得了电子退相干散射率与温度的关系.分析表明,薄膜中电子-声子散射率远小于小能量转移电子-电子散射率,小能量转移电子-电子散射率主导电子退相干散射率与温度的依赖关系.     

神光Ⅱ黑腔等离子体时间分辨的电子温度诊断

在神光Ⅱ强激光装置上,用条纹晶体谱仪对埋点于黑腔靶内壁上的双示踪Ti和Cr材料的激光等离子体高离化态离子发射的X射线谱线进行实验测量,获得超高时间分辨的X射线细致结构谱线。用碰撞辐射模型计算了非局域热动平衡的等离子体布居数,组态平均速率系数由一级微扰理论计算,电子波函数由Hartree-Fock Slater自洽场方法计算,给出了Ti和Cr激光等离子体在电子密度为1019~1022cm-3范围内的He-α线强比与电子温度的关系曲线。采用等电子X射线谱线法,获得了黑腔靶激光等离子体冕区的电子温度随激光脉冲加热从低温到高温、然后缓慢下降的演化过程,其峰值达到2.05 keV。     

三维Al掺ZnO薄膜的低温电子散射机制北大核心CSCD

本文系统研究了厚度约1μm的Al掺ZnO(AZO)薄膜的低温电子散射机制.研究发现,薄膜在较高温区的电阻温度系数为正值,且载流子浓度在2~300K范围内不随温度而改变,表明薄膜具有简并半导体的电输运性质.通过测量薄膜在4~35K范围不同温度下的磁电阻,获得了低温下退相干散射率与温度的关系.与现有非弹性散射理论比较发现,仅由电子-声子散射并不能解释AZO薄膜低温下非弹性散射率与温度的依赖关系,除电子-声子散射外,必须同时考虑小能量转移电子-电子散射的贡献,这与薄膜较低的载流子浓度相关(我们的薄膜载流子浓度低于8×1020 cm^(-3)).我们的结果一方面表明电子-声子散射和电子-电子散射可以在三维无序导体中并存,另一方面从实验上定量地验证了关于电子-声子散射率与小能量转移电子-电子散射率的理论.     

三维Al掺ZnO薄膜的低温电子散射机制

本文系统研究了厚度约1μm的Al掺ZnO(AZO)薄膜的低温电子散射机制.研究发现,薄膜在较高温区的电阻温度系数为正值,且载流子浓度在2~300K范围内不随温度而改变,表明薄膜具有简并半导体的电输运性质.通过测量薄膜在4~35K范围不同温度下的磁电阻,获得了低温下退相干散射率与温度的关系.与现有非弹性散射理论比较发现,仅由电子-声子散射并不能解释AZO薄膜低温下非弹性散射率与温度的依赖关系,除电子-声子散射外,必须同时考虑小能量转移电子-电子散射的贡献,这与薄膜较低的载流子浓度相关(我们的薄膜载流子浓度低于8×1020 cm~(-3)).我们的结果一方面表明电子-声子散射和电子-电子散射可以在三维无序导体中并存,另一方面从实验上定量地验证了关于电子-声子散射率与小能量转移电子-电子散射率的理论.     

n-Hg_(0.80)Mg_(0.20)Te界面积累层中二维电子气的输运特性研究

通过变磁场霍耳测量研究了MBE生长的Hg0 .80 Mg0 .2 0 Te薄膜在 1 5— 2 5 0K温度范围内的输运特性 .采用迁移率谱 (MS)和多载流子拟合过程 (MCF)相结合的方法对实验数据进行了分析 ,由该方法获得的结果和ShubnikovdeHass(SdH)振荡测量的结果都证明材料中存在二维 (2D)电子和三维 (3D)电子 .其中 2D电子主要来自于Hg1-xMgxTe CdTe的界面积累层或Hg1-xMgxTe与真空界面附近的积累层 .3D电子迁移率随温度的变化关系表明了Hg1-xMgxTe中的电子散射机理与Hg1-xCdxTe中的非常相似 :在低温下电离杂质散射 (考虑了屏蔽效应 )起主导地位 ,而温度在 10 0K以上时 ,晶格散射占主导地位 .     

连续辐射谱法计算闪电通道电子温度

基于连续辐射理论,得到连续辐射能量与等离子体电子温度的关系式。依据青海地区一次强地闪回击过程的光谱,从中分离出连续辐射强度,对其吸收特征进行分析以减小吸收带来的计算误差。通过对连续谱强度的曲线拟合得到闪电放电通道电子温度,温度峰值为29 800 K,温度下限为16 200 K,由同一波段光谱中的O Ⅰ线和N Ⅱ线分别拟合了电子温度。比较结果发现：由连续辐射得到的闪电通道电子温度从高温向低温过渡,高温值与离子线信息获得的闪电核心电流通道处的温度符合较好,而低温则与原子线计算的结果接近,反映了外围电晕发光通道的温度。所以,依据连续谱得到的结果能更全面地反映温度沿通道径向的分布。对于闪电热等离子体通道,连续谱法提供了一种计算闪电放电通道电子温度的新途径,对地闪回击研究有一定的意义。     

高温非平衡条件下氟原子亲电动力学的激波管研究

用激波管方法研究了氟原子亲电动力学.利用反射激波加热获得离子化气体,随后经冷却速度达106K/s的强稀疏波冷却,离化气体将经历以电子复合为主的非平衡过程.用Langmuir静电探针监测反射激波后离子浓度随时间的演变,分析了探针工作状态,引入了探针鞘层内的弹性散射修正.测定了温度在1200～2200K以氩气为碰撞第三体的F原子与电子复合速率系数,讨论了温度依赖关系.     

脉冲激光等离子体中时间分辨的电子温度和电子密度

本文讨论了一种利用残留在激光器中杂质氢原子的时间分辨光谱,来确定脉冲激光等离子体电子温度和电子密度的方法。根据这个方法,通过实验获得了脉冲CuBr激光等离子体的电子温度和电子密度的时间行为。 关键词：     

大气压下石英毛细管内氩等离子体放电的发射光谱诊断

在长度为20 cm的石英毛细管内利用两个边缘锋利的中空的针型电极之间的氩气放电产生了高电子密度的大气压等离子体。利用发射光谱对所获得的等离子体的几个重要参数进行了诊断。利用计算机谱线拟合法合成了300 nm附近OH(A-X)的(0-0)转动谱带并通过与测量谱线的比较确定了等离子体的气体温度,根据H_β谱线Stark展宽法计算了等离子体的电子密度,采用玻尔兹曼曲线斜率法依据测得的有关氩的发射光谱估算了等离子体的电子温度。研究结果表明,这种石英毛细管内弧光放电等离子体的气体温度约为(1 100±50)K;电子密度数量级在1014 cm-3;电子温度约为(14 515±500)K。     

缓冲气体对激光等离子体光谱特性影响的实验研究

准分子激光(波长:308 nm,脉宽:10 ns)诱导Al等离子体.详细研究了缓冲气体对激光等离子体光谱特性的影响,测量了不同延时下激光诱导Al等离子体的电子温度和不同缓冲气压下光谱线的Stark展宽并由此计算了等离子体的电子密度,最后根据电子碰撞激发理论对实验结果进行了讨论.     

大气压下氩原子谱线辐射诊断试验研究

大气压下介质阻挡放电应用领域具有多范畴、深广度、常态化等优势,针对同轴电极放电试验进行了系列参数诊断。采用自主研发的介质阻挡放电助燃激励器,在一个标准大气压、放电频率11.4 kHz、放电峰值电压5.4～13.4 kV(间隔1.0 kV)条件下进行了氩气电离试验。采用原子发射光谱法(AES)对氩等离子体谱线的激发、分光进行了检测分析;选用二谱线法及Boltzmann法测试了电子激励温度;根据Stark展宽效应计算了电子密度;获得了电子激励温度及电子密度随放电峰值电压增长的变化规律。结果表明,在试验电压条件下电子激励温度并不随外加电压的升高而递增,这表明通道内微放电的主要特征并不依赖于外部电压的供给,而是取决于气体组份、气体压强和放电模型,增大外加放电电压仅增加单位时间内微放电的数量,经整合电子激励温度可达3 500 K符合典型的低温等离子体特征;电子密度随外加电压的增长而趋于准线性趋势,电子密度数量级可达到108～109 cm-3,电离度偏弱。这些参数的探索对等离子体研讨有重大意义。     

低压氩气电感耦合等离子体特性分析及光谱诊断

电感耦合等离子体具有电子密度高、放电面积大、工作气压宽、结构简单等特点,在等离子体隐身领域具有突出的潜在优势。相对于开放式等离子体,闭式等离子体更适应于飞行器表面空气流速高、气压变化大的特殊环境。研究着眼于飞行器关键部件的局部隐身应用,设计了一种镶嵌于不锈钢壁中的圆柱形石英腔体结构,利用电感耦合放电的方式在腔体中产生均匀的平板状等离子体。由于增加了接地金属,降低了腔体内的钳制电位,同之前的纯石英腔体相比,该结构显著改善了等离子体的均匀性。研究了该闭式腔体内氩气电感耦合等离子体（ICP）的放电特性和发射光谱,实验中放电功率达到150 W时,可以明显观察到ICP的E-H模式转换,此时发射光谱和电子密度都呈现阶跃式增长。氩气发射光谱强度随放电功率升高显著增加,但是不同谱线强度增加幅度并不一致,分析认为是受不同的跃迁概率和激发能的影响。根据等离子体的发射光谱,利用玻尔兹曼斜率法对电子激发温度进行诊断,得到电子激发温度在2 000 K以上,并且随功率升高而降低,因为功率增大使电子热运动增强,粒子间的碰撞加剧,碰撞导致的能量消耗也更大。电子激发温度沿腔体径向呈近似均匀分布,分布趋势受功率影响不大。针对利用发射光谱诊断电子密度误差较大、计算繁琐的问题,引入Voigt卷积函数,经过拟合滤除多余展宽项的影响,得到准确的Stark展宽半高宽。最终利用发射光谱Stark展宽法计算了电子密度,腔体中心处的峰值密度可以达到7.5×1017 m-3。随着放电功率增大,线圈中容性分量降低,耦合效率增大,电子密度随之增大,但空间分布趋势基本不受功率影响。     

Quantitative studies of copper plasma using laser induced breakdown spectroscopy

In the present work, we present the spatial evolution of the copper plasma produced by the fundamental harmonic (1064 nm) and second harmonic (532 nm) of a Q-switched Nd:YAG laser. The experimentally observed line profiles of neutral copper have been used to extract the electron temperature using the Boltzmann plot method, whereas, the electron number density has been determined from the Stark broadening. Besides we have studied the variation of electron temperature and electron number density as a function of laser energy at atmospheric pressure. The Cu I lines at 333.78, 406.26, 465.11 and 515.32 nm are used for the determination of electron temperature. The relative uncertainty in the determination of electron temperature is ≈10%. The electron temperature calculated for the fundamental harmonic (1064 nm) of Nd:YAG laser is 10500–15600 K, and that for the second harmonic (532 nm) of Nd:YAG laser is 11500–14700 K at a Q Switch delay of 40 μs. The electron temperature has also been calculated as a function of laser energy from the target surface for both modes of the laser. We have also studied the spatial behavior of the electron number density in the plume. The electron number densities close to the target surface (0.05 mm), in the case of fundamental harmonic (1064 nm) of Nd:YAG laser having pulse energy 135 mJ and second harmonic (532 nm) of Nd:YAG laser with pulse energy 80 mJ are 2.50×10¹⁶ and 2.60×10¹⁶ cm⁻³, respectively.     

大气压氩气环境下体积介质阻挡放电光谱特性

通过介质阻挡放电产生的等离子体可与燃料中的烃类分子发生碰撞裂解反应,将燃料分子裂解生成更容易起爆的氢气和小分子烃类,能有效改善液体燃料连续旋转爆震发动机的起爆性能。该研究在真空仓中开展体积介质阻挡放电的丝状放电光谱测试,分析了大气压氩气环境下体积介质阻挡放电的电子激发温度和电子密度随加载电压的变化规律。丝状放电的电子激发温度通过波尔兹曼斜率法计算,电子密度采用斯塔克展宽法计算。发现发射谱线均由氩原子4p-4s能级跃迁产生;各谱线强度随加载电压的提高均呈上升趋势,且与电压基本呈线性关系;对于大气压丝状放电,加载电压对电子激发温度和电子密度没有明显影响作用,加载电压12.5～14.5 kV范围内,电子激发温度稳定在3 400 K附近,电子密度在1025 m-3量级。     

Electron Temperatures and Electron Densities in Microwave Helium Discharges with Pressures Higher than 0.1 MPa

We adopted laser Thomson scattering for measuring the electron density and the electron temperature of microwave plasmas produced in helium at the pressures higher than the atmospheric pressure. The electron density decreased while we observed the increase in the electron temperature with the pressure. These are reasonable results by considering the decrease in the reduced electric field, the dominant loss of electrons via three‐body recombination with helium as the third body, and the production of electrons with medium energy via heavy particle collisions at the high gas pressure. The temporal variation of the electron temperature had the rise and the fall time constants of approximately 10 ns. The rapid heating and cooling of the electron temperature are due to the fast energy transfer from electrons to helium because of the high collision frequency in the high‐pressure discharge. (© 2015 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

一种等离子体辉光放电实验设计及发射光谱的诊断

设计了一种用于飞行器隐身的等离子体发生器。采用有机玻璃板压制胶合成薄壁长方体空腔结构。以正弦交流电为电源,氩气为工作气体,在低气压下进行了辉光放电实验。采用发射光谱诊断技术对氩等离子体进行实验研究。文中通过对测得的光谱信号作玻尔兹曼曲线斜率图,计算得到等离子体的电子温度:11429K。采用S tark展宽法测定了等离子体的电子数密度:4.43×1018cm-3。测试结果表明:所设计的等离子体发生器产生的等离子体具备低温等离子体的典型温度,所产生的电子数密度具有良好的隐身效果。     

感应耦合等离子体的1维流体力学模拟

 采用双极扩散近似的流体力学模型，通过数值模拟方法研究了射频感应耦合等离子体(ICP)中等离子体密度和电子温度等物理量的空间分布，其中射频源的功率沉积由动力学理论给出。分析了不同的射频线圈的驱动电流和放电气压对等离子体密度和电子温度空间分布的影响。在低气压下，等离子体密度基本上保持空间均匀分布。随着放电压强的增加，等离子体密度的分布呈现出明显的空间不均匀性。当线圈电流增大时，等离子体密度和电子温度都随着增大。