不同时空结构的四边形放电斑图等离子体参量研究

采用发射光谱法,研究了不同时空结构四边形斑图的等离子体参量。实验发现,在低气压区和高气压区,四边形斑图表现出不同的时空结构。利用N₂分子第二正带系的六条谱线强度计算了分子振动温度;利用第一负带系N+₂(391.4 nm)与第二正带系N₂(394.1 nm)谱线强度比,研究了电子能量的变化;利用Ar原子696.54 nm谱线的展宽和频移来反映电子密度;利用Ar原子特征谱线强度比法计算了电子激发温度。结果表明：低气压区四边形斑图的分子振动温度、电子激发温度和电子平均能量均大于高气压区四边形斑图,而电子密度小于高气压区四边形的电子密度。     

LiNH2储氢材料中间隙H与掺杂原子交互作用对其释氢性能影响机理研究

采用基于密度泛函理论的赝势平面波第一性原理方法,研究了LiNH₂缺陷及其掺杂原子交互作用对其释氢影响.通过对其进行优化求得它们的局域最稳定结构并计算了含间隙H原子缺陷的LiNH₂及其掺杂合金的结合能、间隙缺陷形成能、态密度和电荷布居.结果表明: 系统结合能不能反映LiNH₂及其掺杂合金的释氢性质;平衡时,LiNH₂中有一定的间隙氢原子存在,Mg,Ti掺杂使形成能大大降低,大大增大了间隙氢的浓度. 间隙H原子在带隙引入了缺陷能级使带隙大大减小,提高释氢能力.间隙H原子导致[NH₂]^-中N-H原子间相互作用减弱,容易释氢.间隙H与[NH₂]^-中N存在共价作用,可以解释LiNH₂释氢反应中NH₃的放出.当存在掺杂时,N-H键的键强不均衡,部分较弱,部分较强,较弱的N-H键中H容易放出. 关键词： 储氢材料 第一性原理 缺陷 释氢机理     

微波氢等离子体的特性

在MPCVD装置中,通过调节微波功率和反应腔压强,使用高分辨率多道光谱仪采集氢气的Hα线.由谱线的多普勒展宽计算得到氢等离子体中的离子温度.结果显示,随着微波功率的增大,离子温度会先升高后降低;随着反应压强的增大,离子温度也先升高后降低.这说明在MPCVD装置中,可以通过调节装置,得到最佳微波能量吸收点.     

基于铷原子双光子跃迁的原子谱线展宽机制教学演示

测量原子光谱是揭示微观粒子微观结构与运动规律的重要手段，因而从本科到研究生阶段都会涉及到相关领域的教学，特别是光谱的相关教学。然而，由多普勒效应等引起的非均匀展宽及原子碰撞等引起的均匀展宽极大限制了谱线的分辨精度。在科学技术的发展中，为了获得更高的分辨精度，消除原子谱线的展宽成为重点研究方向。而在相关教学方面，碱金属原子体系由于其优异的能级特性，成为了研究展宽机制的有效途径。而在目前的本科教学中，缺乏除对多普勒展宽以外的多种原子谱线展宽机制的演示。因此，本文利用铷原子5S_1/2→5P_3/2→5D_5/2双光子跃迁谱线，测量改变激光功率、原子池温度等条件下引起的原子谱线半宽变化，验证双光子跃迁的同时，重点演示了原子谱线展宽的机制以及谱线半宽的测量方法。通过本实验，本科生一方面可以掌握原子谱线展宽与双光子跃迁的相关知识，以更深刻地理解了理论知识的内涵，另一方面通过自主搭建实验仪器锻炼了本科生的动手能力，对提升物理专业本科学生的素养尤为重要。本文所展示的实验装置简单，易于搭建，适合课堂演示和实验教学。     

Ar-D2O复合物在D2O弯曲振动模附近的新振转子带

稀有气体原子和水分子组成的范德瓦耳斯复合物是研究水和其他原子分子之间相互作用的典型模型.本文利用中红外连续外腔量子级联激光器结合脉冲超声分子束吸收光谱技术,在D₂O弯曲振动带(v₂=1←0)附近测量了Ar-D₂O复合物4个新的振动转动子带.基于赝双原子分子有效哈密顿量,本文对测量到的振动转动谱线和前人报道的下能级所涉及的纯转动谱线进行了最小二乘法全局拟合,得到了包括振动子能级能量、转动常数和离心畸变常数等在内的精确的基态和激发态分子参数.Ar-D₂O的D₂O弯曲振动激发的振动带头被精确确定为1177.92144 (32) cm^-1,该值比D₂O单体的带头红移了约0.458 cm^-1.将从实验得到的振动子能级能量与基于四维势能面的理论计算结果进行了比较,检验了理论计算方法的精度.     

低温低压氢等离子体的光谱分析

采用螺旋波激发氢等离子体,测得氢的Balmer线系前三条谱线的强度.利用二谱线法求电子温度Te,并由Hβ的Stark展宽得到电子密度Ne,简要分析了Te、Ne以及强度与各种参数之间的关系.     

常压辉光等离子体催化CH_4转化制C_2烃在线诊断研究

利用发射光谱原位技术对旋转电极辉光等离子体作用下CH4-H2转化反应进行诊断研究,在300~700 nm波长范围内检测到了C,CH,C2,H和H2等激发态物种的发射谱线。利用H原子发射光谱,通过Boltzmann图解法计算了等离子体的激发温度,该激发温度在6 300~6 600 K之间。同时由谱线展宽计算了电子密度,其数量级在1020m-3。     

磁约束飞秒激光诱导铜等离子体特性研究

建立磁约束飞秒激光诱导铜等离子体辐射光谱采集系统,通过发射光谱法分析磁约束效应对飞秒激光诱导铜等离子体特性的影响.在强度为0.67T的稳磁场约束下,等离子体辐射连续谱和分立谱均有增强,分立谱线增强更显著;铜原子上能级越高,其辐射的原子谱线增强因子越大,具有最高上能级的Cu I 507.6nm增强因子最大,为2.8;等离子体铜原子谱线持续时间明显延长,在等离子体演化初期,谱线增强显著,在较大延时,谱线增强迅速减弱;等离子体电子温度和电子密度均有提高.     

大气感耦射流等离子体加工中的电子温度及激发光谱研究

大气感耦射流等离子体加工作为新型超光滑表面加工技术,其高密度等离子体激发能力为充分激发反应气体,提高材料去除率提供了有力条件。利用发射光谱仪,对加工过程中大气感耦射流等离子体激发的400~1 000 nm范围内的光谱进行了测量。并利用峰值明显,能级差较大的谱线计算电子温度。由于测量的谱线强度是等离子体发射系数沿弧长方向的积分值,且感耦射流等离子体具有回转对称性,因此可利用阿贝尔变换求取光谱发射系数,进而通过玻尔兹曼图谱法计算电子温度。计算结果表明由于趋肤效应和旋流进气的双重作用,处于加工区域的温度分布呈现出双峰形;随着距离增大,双峰效应逐渐减弱,温度分布趋于平滑。研究也表明随着加工距离的增大,等离子体边缘逐渐偏离局部热力学平衡状态,玻尔兹曼图谱法计算电子温度的适用性降低,导致等离子体边缘的温度拟合优度值逐渐降低。进一步对通入反应气体CF₄后的等离子体光谱进行了研究,通入反应气体后的等离子体呈现鲜亮的蓝绿色,是由于激发反应气体后产生的位于400~650 nm范围的带状光谱所致,分析表明谱图中的带状光谱为双原子分子C₂谱带Swan Bands,而该双原子分子是感耦氩等离子体对碳源CF₄的充分激发产生。     

激光诱导Al等离子体发射光谱特性的实验研究

本文从实验上研究了不同缓冲气体(He,Ar,N2和Air)中激光Al等离子体的时间分辨发射光谱,研究了原子发射谱线的强度和Stark展宽随延时、缓冲气体性质和压力变化的规律.结果表明原子谱线的强度在3μs左右达到最大值,随着延时的增加,谱线的Stark展宽减小,而缓冲气体压力的增大导致谱线的Stark展宽增大,在实验测定的四种缓冲气体中,Ar气体中谱线的Stark展宽最大.     

基于OH自由基A2Σ + →X2Πr 电子带系发射光谱的温度测量技术

本文基于OH自由基所固有的分子结构特征,通过分子光谱理论系统地分析和计算了OH自由基A²Σ ⁺ →X²Π_r 电子带系发射光谱的谱线跃迁频率、能级分布以及爱因斯坦自发发射跃迁概率等重要参数.同时结合实际的光谱实验,分析了谱线的自然展宽、碰撞展宽、多普勒展宽以及仪器展宽等各种展宽因素对谱线线型的影响,从理论上计算了任意转动温度、振动温度以及谱线展宽条件下OH自由基A²Σ ^{关键词： 发射光谱 转动温度 振动温度 自发发射爱因斯坦跃迁概率}     

圆筒内氢等离子体非定常化学反应羽流场DSMC分析

利用直接模拟Monte Carlo方法研究圆筒侧壁注入氢等离子体羽流场在8×10^-6s内的非定常流动特性.根据Bird的化学反应模型考虑离解-复合反应模型和电荷转移反应模型.在流场中注入H₂、H、金属原子X、H₂⁺和H⁺五种组分,研究离解-复合反应对流场中粒子分布和密度的影响,结果表明离解-复合反应使H₂数密度降低,H数密度增加,说明在流场中H₂的离解反应速率大于H的复合反应速率.加入电荷转移反应后H₂⁺数密度降低,H⁺数密度增加,对其他组分数密度没有显著影响.     

等离子体屏蔽效应对原子能级和振子强度的影响

利用Debye模型,研究了等离子体屏蔽效应对热等离子体中原子能级和振子强度的影响.通过在MCDF模型中引入等离子体屏蔽效应,计算了MnXXII-BrXXII等11个类Be离子在等离子体环境下2s²—［2s_1/2,2p_1/2］₁和2s²—［2s_1/2,2p_3/2］₁跃迁的能级和振子强度.计算结果表明,等离子体屏蔽效应使得类Be离子2s²—［2s_1/2,2p_1/2］₁跃迁的激发能量增大,从而导致谱线蓝移现象;并且随着屏蔽效应的不断增强,蓝移的程度会逐渐加大.屏蔽效应对于2s²—［2s_1/2,2p_3/2］₁跃迁的振子强度也有类似的影响. 关键词： Debye 等离子体屏蔽 跃迁能级 振子强度     

低压下直流电弧热等离子体射流电子密度的光谱法测量

采用原子发射光谱仪研究低压直流电弧热喷涂等离子体射流的特性。利用Stark展宽法采集H_β谱线,使用其Δλ_1/2来计算等离子射流中的电子密度,研究了氢气流量、输入功率和探测距离对等离子体射流中电子密度的影响。使用Saha方程计算热等离子体的电离程度,研究了功率/氢气流量与等离子体电离程度的关系。结果表明:电子密度和电离程度随着电流强度的增大而增加;氢气流量增加可以明显提高等离子体射流的能量,但对电离程度影响不大。     

Ne+离子与Li原子碰撞过程中激发态的研究

本文通过观测Ne⁺离子与Li原子碰撞中的发射谱,对碰撞中的电子俘获和靶激发过程进行了研究。在可见光范围给出了所观察到的各条谱线的发射截面及相应上能级的激发截面。对电子俘获过程与能量亏损和靶原了电离势的关系进行了讨论。Ne⁺离子能量范围为20—150keV 关键词：     

充氖夫兰克-赫兹管的发射光谱研究

用光栅光谱仪测量了夫兰克-赫兹实验中Ne原子的发射光谱.光谱分析表明,橙黄色的发射光包含多条谱线,已标定的谱线都是Ne原子从第二激发态的各个子能级跃迁到第一激发态的对应能级所产生的.     

等离子体效应对类氦氖Kα线系电偶极辐射的影响

采用离子球模型，通过自洽求解Boltzmann方程和Poisson方程，得到类氦氖离子Kα线系的两条电偶极辐射光谱能量随等离子体环境的漂移.结果显示，Kα线系电偶极谱线随等离子体电子密度增大发生红移，红移量与等离子体电子密度有近似的正比关系；随着等离子体电子温度的降低，光谱红移对等离子体电子密度的敏感性增大.另外，所研究的两条谱线间的能量间隔随等离子体电子密度的增大而减小，减小量随等离子体电子密度的变化也呈现出近似的线性规律.值得注意的是，类氦氖Kα线系中两条电偶极谱线分别为互组合线与共振谱线，而其能量差就是1s2p(³P₁)的交换能，因此进一步发现能级中交换能将随等离子体环境变化的规律.所观察到的光谱红移和精细结构分裂在高密度等离子体中都有明显的变化，对探索高密度等离子体的诊断新方法有重要意义. 关键词： 光谱漂移 交换能 等离子体 类氦离子     

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。     

发射光谱法研究无极灯等离子体参数分布

使用电感耦合放电装置和拍型明泡,以氩-汞混合气体作为工作气体,在低气压下点亮了无极灯.利用发射光谱法,研究了无极灯点灯5s时的电子温度和电子密度随轴向和径向位置的变化规律.等离子体电子温度变化通过分析Ar原子425.9和750.4nm谱线强度比值获得,等离子体电子密度的变化通过分析Ar原子750.4nm谱线强度变化得到...     

基于第一性原理的含空位a-Fe和H原子相互作用研究

氢致裂纹是制约超高强度钢应用的关键问题,掌握扩散氢的分布行为有助于弄清氢致裂纹的形成机理.本文采用第一性原理方法计算了H原子占据α-Fe晶格间隙和空位时的情况,得到了晶体的稳定构型及能量,并据此分析了H原子在晶格间隙和空位中的溶解倾向;从Mulliken布居、电子密度分布、态密度分布等角度分析了H原子与α-Fe晶体间隙和空位之间的相互作用.结果表明:间隙H原子倾向占据α-Fe四面体间隙位,其1s轨道电子与Fe的4s轨道电子呈微弱共轭杂化;空位是强氢陷阱, H原子倾向占据空位内壁附近的等电荷面.在真空0 K条件下单空位最多稳定溶解3个H原子,且H原子之间未表现出自发形成H2的倾向;间隙和空位中的H原子溶入改变了Fe晶格内电子分布导致原子结合力弱化,并在局部区域形成反键.基于第一性原理能量计算结果开展热力学分析,分析结果表明大多数情况下间隙H原子都是H主要的固溶形式, H平衡溶解度计算结果与实际符合良好.