介质阻挡放电斑图中放电通道的相互作用研究

在近大气压介质阻挡放电中，研究了六边形斑图的空间波长随放电参数的变化，仔细观察了稳定的六边形中放电通道的产生及运动行为.结果表明空间波长随电压增加而减小，变化曲线与放电间隙和气压有关.电压升高，边界处生成新的放电丝，位于六边形最外层顶点处新生成的放电丝沿径向运动，而位于六边形边长上新生成的放电丝的运动方向平行于距其最近的C₂轴(过六边形顶点). 继续升高电压，放电丝变为条状进而形成螺旋波或靶波.在观察实验结果和分析放电丝受力的基础上，认为放电区域可能存在一种类似二维库仑晶体中存在的约束势. 关键词： 介质阻挡放电 斑图 放电通道 约束势     

大气压介质阻挡放电中的自组织斑图结构

采用水作为电极,对大气压介质阻挡放电中的自组织斑图结构进行了研究,观测到了规则的斑图结构(包括准六边形斑图和条带状斑图)和不规则的斑图结构.实验发现斑图中放电丝的密度随着电介质层厚度的增加及放电气隙宽度变大而减小,而随外加电压及频率增大而增大.采用空间相关函数的方法分析了准六边形斑图结构中的放电丝分布与驱动电源电压的关系 关键词： 介质阻挡放电 自组织斑图 放电丝密度 空间相关函数     

介质阻挡放电系统中超四边形斑图形成的实验研究

采用水电极介质阻挡放电装置,在氩气和空气的混合气体放电中,对超四边形斑图的形成进行了实验研究.发现随着外加电压的升高,斑图类型经历了四边形斑图、准超点阵斑图、超四边形斑图、条纹斑图或六边形斑图的演化顺序.对这些斑图进行了傅里叶谱分析,得到了空间模式随电压的变化关系.此外,在外加电压升高的过程中,出现了具有不同空间尺度的两种超四边形斑图,它们满足不同的驻波条件.分析了壁电荷在超四边形斑图形成中的作用.实验测量了斑图类型随气隙间距和外加电压变化的相图以及超四边形斑图随气隙间距和气隙气压变化的相图.测量了击穿电 关键词： 介质阻挡放电 斑图 壁电荷 放电参量     

氩气/空气介质阻挡放电自组织超六边形斑图实验研究

采用双水电极介质阻挡放电装置,在氩气/空气混合气体放电中,在三种边界条件下得到了一种新型的超六边形斑图.给出了超六边形斑图的傅里叶变换及其不同模强度随旋转角的变化.实验测量了超六边形斑图随空气含量和外加电压变化的相图.研究了超六边形斑图的时空动力学,发现超六边形斑图是由两套子结构嵌套而成.在四边形边界条件下,研究了放电面积的大小对斑图模式选择的影响.发现超四边形斑图的形成受边界条件影响很大,而超六边形斑图则是自组织的结果. 关键词： 介质阻挡放电 超六边形斑图 时空动力学 边界条件     

介质阻挡放电中两种不同时空对称性的六边形发光斑图

采用水电极介质阻挡放电装置，在大气压氩气放电中，在低电压区和高电压区，观察到两种具有不同时空特性的六边形点阵发光斑图.低压区的六边形斑图空间波长及单元直径均小于高压区的六边形斑图的相应量；高压区的六边形斑图具有较亮的背景，而低压区的六边形则没有.通过对两种六边形发光斑图进行时空动力学测量，发现低压区六边形是由两套长方形子点阵嵌套而成的，且这两套子点阵的出现顺序交替变化；而高压区六边形点阵斑图的所有单元基本是同步的.最后讨论了壁电荷对斑图的时空动力学行为的影响. 关键词： 介质阻挡放电 六边形斑图 时间相关性     

大气压氩气放电中的斑图形成

采用双水电极的介质阻挡放电装置，在混有0.5％空气的大气压氩气放电中观察到了六边形及正方网格斑图；测量了正方网格中的微放电的时间行为，发现相邻两次放电的时间间隔是长短交替的；分析了壁电荷对放电丝自组织成斑图过程的影响. 关键词： 自组织斑图 微放电     

Air/Ar介质阻挡放电中正方形斑图的特性研究

在大气压Air/Ar介质阻挡放电中，研究了正方形斑图的特性随空气相对含量χ的变化规律.得到了正方形斑图的空间波长和运动速度随空气相对含量的变化关系曲线.实验发现：不同的放电气隙间距下，正方形斑图的空间波长均随空气相对含量的增大而减小；正方形斑图的运动速度也与空气相对含量的大小密切相关，当空气相对含量约为10％时，正方形斑图的运动速度达到最大值14 mm/s. 关键词： 介质阻挡放电 正方形斑图 空气相对含量     

介质阻挡放电六边形斑图稳定过程的光谱研究

采用发射光谱法,首次研究了等离子体参数及激发状态对介质阻挡放电六边形斑图稳定性的影响。在氩气/空气混合气体的介质阻挡放电中,随着电压的升高,放电丝直径增大,六边形斑图逐渐稳定,同时放电颜色由紫色逐渐变为灰白色,说明其等离子体状态及参数可能发生了变化。测量了六边形斑图放电过程中氮分子谱线和氩原子谱线相对于氩原子763.51 nm的相对强度、分子振动温度和电子激发温度随外加电压的变化。结果发现：氮分子谱线相对强度随电压增加而降低,氩原子谱线相对强度却升高;分子振动温度与电子激发温度均随电压增加而增大。这些现象表明：随着电压增大,电子能量增加。由此,氩原子激发增多,放电丝直径增大,介质表面上沉积的壁电荷面积增大,放电丝之间的相互作用增强,六边形斑图趋于稳定。     

大气压氩气放电六边形斑图的电子激发温度研究

采用特殊设计的气体介质阻挡放电实验装置,对大气压氩气放电六边形斑图的放电信号及激发光谱进行了测量。采用发射光谱强度比法,计算了放电丝呈六边形斑图时的电子激发温度。实验发现,随着驱动电压频率的升高,六边形斑图的电子激发温度明显升高,各放电通道之间的放电时间相关程度提高。该工作对控制斑图的形成和研究斑图动力学具有重要参考价值。     

氩气放电中四边形发光斑图形成过程研究

采用介质阻挡放电装置,在不同的边界条件下，在大气压氩气放电中观察到了稳定的四边形发光斑图. 采用光电倍增管，在纳秒时间尺度测量了四边形斑图的时空动力学, 发现它是由两套具有时间反演行为的四边形子结构交替振荡并相互嵌套而成的. 讨论了介质表面的壁电荷分布对发光斑图的形成及其时空动力学行为的影响. 关键词： 介质阻挡放电 四边形斑图 壁电荷     

气压对微束射频容性放电模式调制的研究

微束射频容性放电在纳米晶体颗粒等离子体增强气相合成有着潜在的应用前景.本论文利用ICCD、单反相机、高压探头和电流探头等对微束射频容性放电特性进行了实验诊断研究.结果发现:在纯氩气微束射频放电中,随着气压的增加,放电从辉光放电模式向多通道丝状放电模式转换;在99%氩/1%氢混合气体微束射频放电中,丝状放电模式消失,而是从低气压全空间分布的辉光放电模式,到中等气压向轴心收缩的辉光放电模式,最后到高气压的“环状”辉光放电模式;而在纯氢气微束射频放电中,随着气压的增加,放电模式直接从全空间分布的辉光放电模式向“环状”辉光放电模式转换.最后通过射频电场中电子加热、趋肤效应和气体热传导的共同作用解释了产生不同放电模式的物理机制.     

Numerical simulation of a direct current glow discharge in atmospheric pressure helium

Characteristics of a direct current(DC) discharge in atmospheric pressure helium are numerically investigated based on a one-dimensional fluid model. The results indicate that the discharge does not reach its steady state till it takes a period of time. Moreover, the required time increases and the current density of the steady state decreases with increasing the gap width. Through analyzing the spatial distributions of the electron density, the ion density and the electric field at different discharge moments, it is found that the DC discharge starts with a Townsend regime, then transits to a glow regime. In addition, the discharge operates in a normal glow mode or an abnormal glow one under different parameters, such as the gap width, the ballast resistors, and the secondary electron emission coefficients, judged by its voltage–current characteristics.     

Characterizing uniform discharge in atmospheric helium by numerical modelling

One-dimensional fluid model of dielectric barrier discharge (DBD) in helium at atmospheric pressure was established and the discharge was numerically simulated. It was found that not only the spatial distributions of the internal parameters such as the electric field, the electron density and ion density are similar to those in a low-pressure glow discharge, but also the visually apparent attribute (light emission) is exactly the same as the observable feature of a low-pressure glow discharge. This confirms that the uniform DBD in atmospheric helium is a glow type discharge. The fact that the thickness of the cathode fall layer is about 0.5mm, much longer than that of a normal glow discharge in helium at atmospheric pressure, indicates the discharge being a sub-normal glow discharge close to normal one. The multipulse phenomenon was reproduced in the simulation and a much less complicated explanation for this phenomenon was given.     

Effects of N2 and glow discharge on growth behaviours of carbon nanotubes prepared by the hot filament chemical vapour deposition method

Carbon nanotubes (CNTs) are prepared by the hot filament chemical vapour deposition method using CH4 and H2 as reaction gases, and the growth behaviours are investigated by scanning electron microscopy and transmission electron microscopy. The results indicate that the CNTs prepared in the absence of N2 or glow discharge are bent; however, they are in an aligned state after introducing N2 into the chamber or forming glow discharge under a negative biased voltage. The results also indicate that the CNTs are of a bamboo-like structure when N2 is intruded as a reaction gas and the alignment degree of the CNTs grown under glow discharge is higher than that grown in N2. This illustrates that the nitric environment and glow discharge play important roles in the growth of CNTs. Combining with the theory related to alloy thermodynamics and collisions, we have analysed the growth mechanism of the CNTs in nitric environment and glow discharge.     

Transition to the obstructed discharge and a sharp change in the voltage-current characteristic as a result of gas heating in a short (positive-column-free) high-pressure glow discharge

The formation of a high-pressure glow discharge is studied under conditions when the discharge evolves from the normal glow to the abnormal glow. It is shown that the transition to the voltage-current characteristic of the obstructed discharge may take place as a result of heating the gas and a decrease in its density. The obstructed discharge follows the left-hand branch of the Paschen curve and features a sharp voltage rise and current density limitation.     

介质阻挡放电中单个新型放电丝放电特征和光谱测量

在放电间隙较大(d=3.8 mm)的介质阻挡放电(DBD)中,通过减小放电区域(S=1 cm×1 cm),首次观察到了单个新型放电丝。与其他实验小组所观察到的单个放电丝相比,该单个新型放电丝由体放电(VD)和沿面放电(SD)二部分构成,其放电稳定性和持续性极好。利用高速照相机和光谱仪,研究了单个新型放电丝在外加电压半周期单次放电中的放电特征和单个新型放电丝侧面放电柱不同位置的等离子体状态。在高速照相机不同曝光时间条件下拍摄得到了单个新型放电丝端面和侧面放电的瞬时照片,并对其外加电压半周期单次放电的放电特征与辉光放电进行了对比。利用发射光谱法,采集了单个新型放电丝侧面放电柱不同位置的氩原子763.26 nm(2P₆→1S₅)和772.13 nm(2P₂→1S₃)发射谱线,并通过两条谱线强度比法,估算出了相应的电子激发温度。实验结果得出：单个新型放电丝由体放电和沿面放电构成,且沿面放电在体放电四周呈枝状扩散;单个新型放电丝在外加电压半周期单次放电中与辉光放电特征相似,且在阴极呈现出漏斗状放电;氩原子谱线强度及其相应的电子激发温度从极板两端到中间均呈减小的变化趋势,表明单个新型放电丝侧面放电柱不同位置的等离子体状态不同。     

大气压氩气介质阻挡辉光放电的一维仿真研究

为了研究氩气(Ar)中介质阻挡大气压辉光放电(APGD)的放电机理, 通过建立一个一维的多粒子自洽耦合流体模型, 采用有限元方法进行数值计算, 得到了气体间隙压降、介质表面电荷密度、放电电流密度随时间的周期变化波形, 以及电子、离子、亚稳态粒子密度和空间电场强度的时空分布. 仿真计算结果表明：介质表面积聚的电荷对于放电的过程的起始及熄灭具有重要作用;当增大外施电压时, 放电击穿时刻提前, 放电电流密度和介质表面电荷密度峰值增大, 表明放电过程更加剧烈;随着阻挡介质相对介电常数的增大, 放电电流密度也随之增大. 各粒子密度及电场的时空分布表明放电过程在外施电压半个周期中只有一次放电, 且存在明显的阴极位降区、负辉区、等离子体正柱区等辉光放电的典型区域, 为大气压辉光放电(APGD).     

间隙绝缘电极辉光放电实验观察

实验研究了 ITER H₂/He 辉光放电壁处理(GDC)系统的电极合理的间隙绝缘参数及标定辉光过程中 沉积在电极头部的热负载。进行了 H₂/He 击穿电压特性试验,在 ITER GDC 预期的壁离子电流密度条件下研究了 H₂/He 辉光放电电压和试验电极上热负荷与压强的关系、试验电极启辉耐受特性、试验电极温度与热负荷的关系 以及在不同区域辉光放电的气压特性。介绍了 H₂/He 放电期间在电极及其附近区域的溅射和沉积的检测结果以及 对间隙绝缘的影响。为 ITER 辉光放电壁处理系统的设计和运行提供参考。