一种大气微波环形波导等离子体设备

 微波等离子体相对其它等离子体而言有很多的优点，具有极高的工业应用价值。但在大气条件下，大体积的微波等离子体较难获得。为达到产生该种微波等离子体并将之应用的目的，特设计了一台环形波导反应腔设备并从事了等离子体激发的相关研究。介绍了该设备的设计思路，给出了常用的非磁化微波等离子体工作气体的击穿曲线，通过软件仿真得到了反应腔内的电场分布，并陈述了微波等离子体反应的基本现象。结合试验的结果，证明了软件仿真的正确性和装置的有效性。目前，该装置可在大气压下顺利激发一定体积的氦、氩等离子体。     

环形波导狭缝天线产生的氩等离子体特性研究

研制了一种环形波导腔环绕直径３０ｃｍ,高５０ｃｍ耐热玻璃圆筒真空室构成的新的大面积微波等离子体源。环形波导内侧开有多个用来激励产生等离子体的狭缝,相邻狭缝间的距离为半个波导波长。利用该装置研究了微波功率,工作气体对氩等离子体特性的影响。     

高功率微波在等离子体填充波导中的谐波产生

采用等离子体流体理论，研究了高功率微波在等离子体填充波导中的谐波产生，导出了非线性波动方程. 对二次谐波产生进行了数值计算与分析. 理论分析和数值计算表明，高功率微波将在等离子体填充波导中激发起谐波，TE_0n模式与TM_0n模式的基波都将激发起TM类型的谐波. 关键词： 高功率微波 谐波产生 等离子体填充波导     

常压微波等离子体炬的模拟及硫化氢处理

对常压微波等离子体炬装置及H2S废气的处理进行了研究。介绍了一种具有特殊喷嘴结构的微波等离子体炬装置,模拟了不同喷嘴结构下谐振腔中微波电场的强度及分布,在此基础上,进行了H2S废气处理的实验研究。结果表明:采用新型喷嘴结构在喷嘴尖端产生的电场强度和分布更利于等离子体炬的激发,微波功率为500 W时,喷嘴尖端处的电场强度在1.5×106 V/m以上,远大于氩气的击穿电场强度,能有效地激发等离子体炬;当H2S气体与Ar气体流量比为10∶90,总流量为1000mL/min,微波功率为1000 W时,H2S的转化率最大达91.32%;大气微波等离子体炬能有效地处理H2S废气。实验结果证明了模拟结果的正确性和装置的有效性。     

高功率微波在等离子体填充波导中的传播特性

 在考虑有质动力情况下对高功率微波在等离子体填充波导中的传播特性进行了理论分析和数值计算,研究了高功率微波在等离子体中的传播特性和微波场强与等离子体密度分布之间的关系。结果表明高功率微波的有质动力将影响微波色散特性,使微波场强分布偏离Bessel分布,并对等离子体有排开作用,当场强足够大时可将波导中心处等离子体排空形成低密度通道。     

一种准光反射聚焦微波放电大气等离子体装置

设计了一种准光反射聚焦方式的微波放电大气等离子体实验装置,装置包括大气环境模拟室和微波辐射聚焦系统。辐射微波在腔室中心形成kV/cm量级的非均匀强场,击穿大气产生等离子体。通过仿真计算了腔室内的空间辐射场分布,并利用小信号传递的方式进行测量,测量结果与仿真相符,形成的等离子体形态与辐射场分布强弱一致。电磁场在聚焦区域形成驻波,等离子体出现明显分层现象。实验通过拍照记录了不同参数条件下的等离子体图样,等离子体形态随气压升高而收缩,放电区域受场强和气压共同影响。对实验结果进行分析,验证了该装置的能力。     

真空中不同极化电磁波在微波等离子体喷流中的衰减特性实验研究

在真空环境中，利用空间反射电磁波测量装置，开展微波等离子体喷流对垂直和水平极化电磁波衰减的实验研究，分析不同极化电磁波在等离子体中衰减的影响因素.实验结果表明：以氩气为工质，真空室中微波等离子体喷流对垂直和水平极化电磁波具有显著的吸收效应.发生器流量、功率以及实验真空度对垂直极化电磁波在等离子体中的衰减影响明显.真空度和发生器功率对水平极化电磁波没有显著影响. 关键词： 等离子体中的电磁波 等离子体基本性质 电磁波     

介质表面附近微波大气击穿的理论研究

将麦克斯韦方程组和简化等离子体方程耦合求解, 对介质表面附近大气击穿形成等离子体的过程进行了理论研究. 分别使用一维、二维模型对等离子体的形成过程及等离子体对电磁波的反射、吸收过程进行了模拟研究. 一维计算结果发现在n_e = 0, j = 0两种边界条件下, 虽然形成的等离子体密度分布相差较大, 但二者得到的微波反射、吸收、透射波形彼此相差不大. 初始电子数密度厚度为20 mm的条件下, 得到界面附近的等离子体密度大于5 mm厚度的情况. 二维计算结果发现, 由于TE10模在波导中心位置处的微波电场最强, 电子碰撞电离首先在中心位置处形成等离子体, 当等离子体密度达到一定值(临界密度附近)时, 波导中心介质表面处微波场强减小, 等离子体区域沿着介质表面向两侧移动. TE10模在波导边缘处微波电场强度小于击穿阈值, 因此等离子体区域不可能移动到波导边缘附近.     

多功能微波等离子体教学研究装置的研制

针对目前国内等离子体技术的教学和研究远远落后于工程应用的实际情况,开发了多功能微波等离子体教学研究装置.该装置利用频率2.45 GHz的微波激励稀薄气体放电,形成轴对称的等离子体球,产生的等离子体无内部电极,可避免放电污染.同时通过微波技术、真空技术、冷却技术的集成,使该装置结构紧凑、性能稳定、性价比较高.利用该装置进行了金刚石薄膜沉积与离子体诊断实验,效果良好.     

高功率微波与大气等离子体相互作用研究

研究了高功率微波持续击穿大气产生等离子体的演化过程，给出了微波干扰给定等离子体形成黑障效应的结果。     

大气压微波等离子体炬的仿真设计与实验

设计了一个低成本、高稳定性的基于BJ22矩形波导的微波等离子体炬源。整个系统由1～10 kW主频2.45 GHz的磁控管微波功率源、环形器、调谐器和微波反应腔体组成。通过特殊设计的调谐装置,在气体喷嘴处产生高幅值的电场强度,使工作气体电离形成大气压开放式微波等离子体炬。对影响电场强度的几个关键因素进行了仿真,得出各个参数对场强的影响规律;根据仿真参数设计了微波反应腔体,该系统可以在大气压下激发和维持开放的稳定氩气、氦气、氮气和空气等离子体炬。对等离子体炬的基本特性和基本参数进行了研究,验证了设计参数的正确性,讨论了其可扩展性及潜在的工业应用。     

新型大气压微波等离子体炬的仿真研究

 设计了一种新型的大气压微波等离子体炬结构。入射主频为2 450 MHz,基于HFSS软件对其进行了仿真研究。在仿真过程中,对该结构的各个参数进行了优化,并得出对场强分布的影响规律。结果表明,探针的使用对腔内场分布有很大影响。根据优化参数对微波等离子体炬进行了仿真模拟,在等离子体发生腔产生了高幅值的电场强度,品质因数达到2×10⁴,可以在大气压下激发等离子体。     

Study of Disk-Loaded Waveguide Filled with Plasma

Recently disk-loaded waveguide has been widely used in high-power traveling wave tubes (HPTWT). It has been shown in many experiments that the interaction efficiency and output power can be increased greatly by injecting plasma into the vacuum microwave device. Using field analysis, the dispersion characteristics and the interaction impedance of the disk-loaded waveguide filled with plasma are analyzed in a strong longitudinal magnetic field. In conclusion, the frequency of the TM₀₁ mode increases as the density of the plasma increases. It also can be found when the plasma density increases to a large scale, the TM₀₁ mode of the disk-loaded waveguide overlaps the TG mode, these two modes couple each other and form the new hybrid modes.     

微波诱导等离子体原子吸收光谱法（MIP—AAS）测定土壤中的铜

本文报道了利用微波诱导等离子体原子吸收光谱法（ＭＩＰ－ＡＡＳ）对实际土壤中铜（Ｃｕ）的测定方法。     

2.45 GHz ECR离子源的微波阻抗匹配

ECR离子源的等离子体阻抗对其微波传输与阻抗匹配设计至关重要。在中国科学院近代物理研究所现有的2.45 GHz ECR 质子源上,对等离子体阻抗进行了测量。首先用水吸收负载代替等离子体负载测量得到了所用微波窗阻抗,然后根据质子源测量数据,推算得到了等离子体阻抗。实验结果表明,脊波导输出端阻抗与后续负载不完全匹配,等离子体阻抗随微波功率变化呈非线性。这些结果为ECR离子源过渡匹配和微波窗的设计提供了参考依据。Plasma impedance of an ECR ion source is important for microwave transmission and impedance matching design. Plasma impedance was measured indirectly with the 2.45 GHz ECR proton source at the Institute of Modern Physics, Chinese Academy of Sciences. In the test, we got microwave window mpedance by using water absorption load instead of plasma load, and the source plasma impedance was derived from the test data with the 2.45 GHz ECR proton source and microwave window impedance. The experimental results show that ridge waveguide output impedance and the subsequent load does not exactly match, plasma impedance variation is nonlinear with microwave power. The achievedresult is useful in the design of ridged waveguide and microwave window.     

Numerical modelling of a direct current non-transferred thermal plasma torch for optimal performance

A laminar steady-state 2D axisymmetric model of a direct current (DC) thermal plasma torch using a magneto-hydrodynamic approach has been developed. The model takes into account the entire torch system comprising the plasma gas injection, the inner region of the torch, and the jet exiting into the ambient environment. Numerical results are obtained for two different power inputs chosen from published experimental data. The temperature predictions at the torch exit are found in good agreement with experimental results. Velocity analysis of the plasma jet has been presented and the impact of electromagnetic force on jet velocity is analysed. The Lorentz force arising due to the coupling of fluid motion and electromagnetic forces shoots up the jet velocity to significantly high values near the cathode tip. Temperature and velocity profiles are in good agreement with the characteristics of a long laminar plasma jet. An operating value of heat transfer coefficient (h) has been suggested for optimal torch operation, thus ensuring a low anode erosion rate and acceptable thermal efficiency. The argon torch has the maximum temperature and longest jet length among the plasma gases considered.