脉冲电磁驱动低温螺旋流注放电机理

特定脉冲放电参数条件下,原来沿直线传播的低温等离子体射流放电通道会在脉冲电磁驱动下发生放电模式转换,形成螺旋形态的流注通道.与传统的螺旋波放电不同,实验中并没有外加恒定磁场等破坏介质管极向对称性的因素,而且螺旋的手性方向会随放电参数变化.为深入了解等离子体射流中螺旋结构的电磁作用机理,探索其导致螺旋形态和决定手征性的极向电场来源及影响因素,本文通过建立完备自洽的等离子体理论模型,对螺旋流注的手性方向、螺距变化、分叉等复杂放电特性和电磁机理进行分析.研究发现击穿时极向电场波模的初始相位对螺旋流注的手性选择存在影响,电子密度对螺旋流注的螺距参数存在影响,放电的脉冲重复频率对螺旋流注分叉的分叉点位置存在影响.以上放电特性及其影响因素对探明电磁波与等离子体的相互作用机制具有重要科学意义,同时也为低温等离子体的手性应用提供实验和理论支撑.     

纳秒脉冲下变压器油两相流注放电仿真研究

为揭示液体电介质击穿过程中形成的气体放电通道对液体电介质放电过程的影响,以针—板电极间隙变压器油为研究对象,基于等离子体流体力学模型,引入了液体电介质放电过程中气相放电通道对电离机制及自由电荷迁移率的影响,建立了用于模拟脉冲电压下液体电介质放电过程的两相流体模型,仿真研究了纳秒脉冲下针板电极流注放电的起始与发展过程。仿真结果表明:采用Heaviside方程可以在模型的不同区域同时实现气相物理过程和液相物理过程的模拟与计算。气相物理过程的引入导致流注尾部电场显著降低,流注头部电场进一步增强,使流注通道的发展速度要高于传统液相模型,有助于加深对纳秒脉冲下液体电介质中预击穿流注的起始、发展过程的认识和理解。     

正极性纳秒脉冲电压下变压器油中流注放电仿真研究

建立了二维轴对称流体模型, 仿真研究了正极性纳秒脉冲电压下变压器油中针-板电极流注放电的起始与发展过程, 得到了不同的外施电压幅值、脉冲上升沿时间与电极间隙距离下油中流注放电的形貌、 电场强度与空间电荷密度分布等. 仿真结果表明: 空间电荷加强了流注头部前方电场, 使流注通道更易于向前推进, 形成"电离波"; 随着外施电压幅值升高, 流注发展的平均速度显著变大; 较陡的脉冲上升沿形成的放电半径较大, 对应的最大电场强度值变小; 随着电极间隙距离的增加, 流注发展平均速度变快. 仿真显示纳秒脉冲下放电中油温无明显升高, 表明此类放电过程没有明显的油气化现象. 我们认为, 场致电离是油中带电粒子产生的主导机制; 空间电荷效应增强流注前方电场使得电离进一步发展, 最终导致击穿. 本研究有助于加深对变压器油中放电起始、发展直至击穿过程的认识以及对液体电介质中电离机制的理解. 关键词： 变压器油 流体模型 流注放电 空间电荷效应     

大气压空气纳秒脉冲板-板放电中逃逸电子产生机理

经典放电理论(Townsend和流注理论)解释纳秒脉冲气体放电存在局限性,近年来基于高能电子逃逸的纳秒脉冲气体放电理论研究受到广泛关注.但是目前对大气压空气纳秒脉冲板-板放电中逃逸电子产生机理研究仍较少,严重阻碍了纳秒脉冲放电等离子体的应用发展.本文利用一维粒子模型,对幅值为20 kV的纳秒脉冲电压驱动下,间隙长为1 mm的板-板电极之间的大气压空气放电中逃逸电子的产生机理进行了数值模拟研究..结果表明,在空间电荷动力学行为的影响下,板-板电极之间出现了增强电场区域,使得电子可以满足电子逃逸判据而进入逃逸模式.此外,还观察到放电通道前逃逸电子的预电离效应导致了二次电子崩的产生,随着二次电子崩与放电通道不断汇聚,引导并加速了放电通道的发展,最终导致气隙击穿.本研究进一步揭示了纳秒脉冲板-板放电机理,拓展了纳秒脉冲气体放电基础理论,为纳秒脉冲放电等离子体的应用和发展开辟了新的机会.     

重复频率脉冲流注放电演变现象与机制研究进展

重复频率脉冲流注放电是低温等离子体前沿应用的关键使能因子,然而,高重复频率脉冲作用下流注放电呈现复杂的不稳定和记忆效应现象,放电基础演变机理和调控方法尚不完善,极大影响应用的安全性和放电特性调控的有效性。综述了重复频率脉冲流注放电演变现象与机制的研究进展。首先归纳了重复频率脉冲流注放电的强非线性和渐进式演变特征,然后分析不同类型放电记忆效应因子对后续流注起始和传播的作用机制,最后总结了脉冲波形参数对重复频率脉冲流注放电的影响规律。凝练了重复频率脉冲流注放电演变机制研究的若干挑战,对脉冲放电等离子体机理研究具有一定的借鉴作用。     

均匀电场SF6短气隙放电过程动态模拟

根据基本物理定律和流体力学,构建均匀电场下SF₆短气隙放电流体模型,运用通量校正传输法(flux-corrected transport)数值分析大气压下4 mm间隙SF₆的放电过程,展现放电空间带电粒子产生、复合、附着、扩散以及光致电离动态过程,获得了放电间隙电场畸变、带电粒子动力学行为和放电通道形成发展历程和时空分布,根据R-M判据求出模型放电过程中电子崩转向流注的时空临界点,印证了光致电离在流注发展阶段的重要作用.     

金属微粒影响三电极气体火花开关击穿过程的仿真研究

气体火花开关在脉冲功率技术中得到了大量应用,但由于脉冲功率技术大电流高电压的特点,气体火花开关在使用过程中很容易对电极表面造成烧蚀,烧蚀产生的金属微粒会显著影响开关的稳定性和可靠性.本文首先针对大气压氮气环境下的三电极气体火花开关放电过程进行建模,对触发极边缘高场强区域的电离系数进行修正,使用场致电子发射电流模拟初始电子产生的过程,深入探究开关导通的物理机理,详细叙述开关击穿过程各阶段的放电形态.接着研究了金属微粒对于击穿过程的影响,研究表明金属微粒的存在增强了触发极附近的电场,加速了初始电子云的产生,同时金属微粒与触发极之间会率先击穿,并成为后续流注发展的源头.除此之外,金属微粒对于流注的传播具有阻碍作用,使放电通道产生分支.最后本文讨论了不同形状以及尺寸的金属微粒对于放电过程的影响,这些都为进一步研究三电极气体火花开关放电过程以及金属微粒诱发开关击穿的物理机理提供了理论支撑.     

高功率脉冲氙灯中的等离子体放电通道

研究了高功率脉冲氙灯放电过程中等离子体通道的演化规律。分析了充电电压、主脉冲脉宽及主预脉冲时间间隔等对等离子体通道的影响规律。实验过程中在脉冲氙灯接地端子附近观察到了明显的等离子体通道分叉现象。研究发现,脉冲氙灯工作环境中的电场分布对氙灯内等离子体通道的形成与演化特性将产生十分重要的影响,其决定了等离子体通道的形态。其他影响因素则通过改变放电通道的亮度、均匀度与充盈度等特征施加其影响。     

针-板DBD微流注与微辉光交替生成的机理研究

在介质阻挡放电体系中产生辉光放电可以有效的提高放电体系产生高能电子的性能, 为等离子体化学反应提供更加丰富的活性粒子.本文对针-板介质阻挡放电体系下的放电模式进行了研究,实验发现放电正负半周期表现出不同的放电模式, 激励电压为3 kV时放电正负半周期分别为微流注放电和电晕放电(或者Trichel脉冲放电),激励电压为6 kV时放电正负半周期分别为微流注放电和微辉光放电.微辉光放电形貌具有与典型辉光放电相同的分层次放电结构, 分析了激励电压6 kV时的放电过程,认为足够强的阴极电场强度和裸露针状电极形成的有效的二次电子发射过程是形成微辉光放电的主要因素,绝缘介质层的存在避免了微辉光放电向弧光放电过渡.     

拉曼光谱法研究不同环境温度下脉冲电场对胰岛素二级结构影响及理论模型分析

近年来,弱电磁辐射生物效应已受到人们的普遍关注.前期研究发现脉冲电场与环境温度对胰岛素分子的构象产生协同效应.因此,文章首先应用拉曼光谱法研究了不同环境温度下脉冲电场对胰岛素分子二级结构的影响,得到胰岛素分子α螺旋结构含量的变化;并运用蛋白质螺旋-线团结构转变模型对实验结果进行定量分析,得到的理论模型可以较好地刻画不同环境温度下,脉冲电场对胰岛素分子α螺旋结构含量的影响.脉冲电场的作用及热力学环境的改变,使蛋白质螺旋结构向无规线团结构发生转变,可以解释脉冲电场作用下,胰岛素分子α螺旋结构含量随环境温度升高而下降的原因.研究结果为进一步研究弱电磁辐射对生物大分子二级结构的非热效应机理提供了一定的实验依据及理论参考.     

Gd掺杂对无氟金属有机物沉积法制备Y_(1-x)Gd_xBCO薄膜的应力调控

为了揭示Gd掺杂对克服YBa_2Cu_3O_(7-δ)(YBCO)薄膜厚度效应的机制,采用无氟金属有机物沉积法在铝酸镧基底上沉积制备了一系列不同掺杂比例的Y_(1-x)Gd_xBCO薄膜,并且采用X射线衍射、扫描电子显微镜、Raman光谱仪分析薄膜的生长取向、微观形貌以及晶格振动特征,系统地研究了Gd掺杂对应力的调控机制.结果表明:随着Gd掺杂比例的增加,晶体的晶格常数变大,导致膜内的张应力增加,薄膜的c轴取向也随之升高;但是随着Gd含量的进一步增加,会使薄膜结构恶化,性能下降;当Gd:Y的掺杂比例为1:1时,薄膜的c轴晶粒取向最佳,可以有效克服厚度效应.     

Axial structure of plasma column sustained by non‐symmetric electromagnetic surface wave

This article presents the results of theoretical study of the axial structure of gas discharge that is sustained by a non‐symmetric electromagnetic surface wave (SW) with azimuth wavenumber m = –2. The phase and attenuation characteristics of the wave, and the spatial wave field structure were studied as well. The wave considered propagates along the magnetized slightly nonuniform in axial direction plasma column and sustains it. The influence of external magnetic field value and finite plasma column radius on the discharge stability, on the plasma density axial profile and on the SW properties has been studied in the case of the diffusion regime of gas discharge sustaining.     

Low-Frequency Radiation from an Axisymmetric Current in an Ionospheric Plasma

We consider the radiation of low-frequency electromagnetic waves from an axisymmetric current and propagation of these waves in a homogeneous ionospheric plasma with Hall and Pedersen conductivities. We obtain an analytical expressions for the fields excited by pulsed radial and ring currents. It is shown that electromagnetic radiation propagates as a wave inside a cone along the magnetic field. The field propagation outside the cone is described by a diffusion law. The spatio-temporal characteristics of the signal are determined by the ionospheric conductivities.     

Plane Waves Propagating in Chiral Plasma and Chiral Ferrite Media

Plane wave propagation in chiral plasma and chiral ferrite media is studied in kDB coordinate system. General wave equations and characteristic equations of plane waves propagating along an arbitrary direction in chiral plasma and in chiral ferrites are derived in simple formulations respectively. Four wavenumbers and their corresponding dispersion characteristics are resulted for propagation both along and normal to the biasing magnetic field. When plane wave with negative helicity propagates along the biasing magnetic field in chiral ferrites, backward waves emerge. However backward waves occur with both positive and negative helicities when propagating along the biasing magnetic field in chiral plasma.     

Magnetohydrodynamic instabilities of a pinch resonant streamer microwave discharge

A pulsed freely localized resonant streamer microwave discharge in air and high-pressure hydrogen in the field of a linearly polarized standing electromagnetic wave in a two-mirror open cavity is investigated. The observed characteristic features of the discharge are treated as consequences of the sausage and wriggle instabilities of the plasma channel with a longitudinal microwave current contracted by its magnetic self-field.     

Determination of the wave number of an electromagnetic wave propagating in high-frequency jet discharge plasma

The measurements of the amplitude-phase characteristics of the electromagnetic field in a high-frequency jet discharge burning in air and argon have been performed. Experimentally obtained radial distributions of the radial component of the electric field gave the base to determine the value of the wave number of an electromagnetic wave which propagates in the HF jet discharge plasma. The axial distribution of the radial component of the electric field has been calculated from the model of a jet discharge channel formed as a finite-length electric line.     

大气湍流中部分相干光束上行和下行传输偏振特性的比较

以部分相干的电磁高斯-谢尔模型(electromagnetic Gaussian-Schell model, EGSM) 光束为研究对象, 根据相干和偏振的统一理论以及随机光束的Stokes参量, 推导出EGSM光束在大气湍流中斜程传输时的偏振度(degree of polarization, DoP)和偏振方向角的表达式, 研究了大气湍流中上行和下行传输时EGSM光束偏振特性的不同. 研究结果表明: 在相同条件下, EGSM 光束下行传输时整个光场DoP的分布比上行传输要集中; 下行传输时轴上点的DoP达到最大值所对应的传输距离长于上行传输. 可以看出, EGSM光束沿下行路径传输时, 探测器可以接收更远距离处的波束传输信息.     

湍流大气中激光上行和下行传输时相位奇点的演化

利用激光大气传输四维程序数值模拟了激光在湍流大气中上行和下行传输时产生的相位奇点的变化过程。由模拟结果可知,当光束自地面向空中垂直上行传输时,相位奇点数密度随传输高度的变化有一个从无到有、从快速增加到缓慢增加、达到峰值后又减小的过程;湍流越强,畸变光场中产生的相位奇点数密度越大,达到的峰值越高,且达到峰值后减小的幅度也越大,但达到峰值时对应的传输高度越低;当激光自空中某一位置垂直下行传输时,相位奇点数密度随传输距离的增加有一个从无到有、从缓慢增加到快速增加且在接近地平面处急剧增加的过程。另外,通过对模拟结果的曲线拟合发现,激光在湍流大气中上行传输时产生的相位奇点数密度与传输高度的关系符合黑体辐射公式;当激光在湍流大气中下行传输时,相位奇点数密度随传输距离的增加呈指数增加。     

太赫兹波在磁化等离子体中传输特性

建立了电磁波穿过磁化等离子体鞘套的一维模型,并采用数值分析方法对太赫兹（THz）电磁波在磁化等离子体鞘套中传播时的反射率、透射率和衰减值进行了计算仿真,分析了磁化条件下磁场强度、太赫兹波频率、等离子体鞘套厚度、等离子体碰撞频率和等离子体密度对太赫兹波在磁化等离子体鞘套中传播特性的影响。仿真结果表明:排除衰减波峰对应的频率范围,外加磁场有效降低了太赫兹波传输的衰减,在固定磁场强度下,衰减波峰两侧的衰减值均达到了5 dB以下,有效地解决了通信黑障问题。