局域环境中微波等离子体电子密度诊断实验研究

为了研究局域真空环境中微波等离子体喷流电子数密度的分布规律及其影响因素,利用发射/郎缪尔探针测量等离子体的空间电位,再测量等离子体的电流-电压特性曲线,根据空间电位测量结果,在等离子体的电流-电压特性曲线上能准确地获取饱和电流,从而处理出电子数密度.最后的诊断实验表明：在有约束边界条件下,微波等离子体发生器以60 W以下的微波功率击穿流量范围是21—105 mg/s的氩气时,所产生的喷流中电子数密度分布在8.8×10¹⁴—7.53×10¹⁶/m^{3关键词： 等离子体诊断技术 等离子体基本过程 等离子体基本特性}     

HL-2M 装置固态亚毫米波干涉系统研制

发展了一套固态亚毫米波外差干涉系统和一种基于全相位快速傅里叶变换(apFFT)的相位处理方法用 于测量 HL-2M 初始等离子体电子密度。该系统采用平面型二极管倍频技术对低频的锁相微波源进行高次倍频以 产生功率大于 0.1MW、频率 306.9GHz 的探测波。基于 apFFT 的相位处理数值算法可以从原始信号中提取相位信 息,缓解由可能的高水平密度扰动导致的相位跳变。系统的固有时间分辨率为 5μs,电子密度测量范围在 10¹⁶~10²⁰m⁻³。在 HL-2M 装置首次实验期间,该系统被安装在中平面上,利用装置内壁反射实现干涉测量,成功 测量了线平均电子密度。      

火药燃气作用下电离种子产生等离子体研究

为研究电离种子在火药燃气作用下产生等离子体的规律，建立了密闭爆发器(定容)条件下电离种子产生等离子体的数学模型，设计了火药燃气作用下电离种子产生等离子体的试验系统。采用某型火炮发射药和不同种类的电离种子分别进行了试验，结果表明：电离种子在火药燃气作用下可以产生等离子体，加入钾盐和铯盐后电子密度分别为2.25×10¹⁸m⁻³ 和4.63×10¹⁸m⁻³，铯盐电离效果优于钾盐。通过试验数据和仿真结果比对，发现它们保持在同一数量级内。     

电磁波在非磁化等离子体中衰减效应的实验研究

针对等离子体隐身技术在航空航天领域的良好应用前景, 开展垂直入射到具有金属衬底的非磁化等离子体中电磁波衰减特性的理论与实验研究. 利用WKB方法对电磁波衰减随等离子体参数的变化规律进行了理论分析. 利用射频电感耦合放电方式产生稳定的大面积等离子体层, 搭建了等离子体反射率弓形测试系统, 进行了电磁波在非磁化等离子体中衰减效应的实验研究. 利用微波相位法和光谱诊断法, 得到不同放电功率下的等离子体电子密度, 其范围为8.17×10⁹–7.61× 10¹⁰ cm^-3. 本实验获得的等离子体可以使2.7 GHz 和10.1 GHz电磁波分别得到一定的衰减, 且电磁波衰减的理论与实验结果符合较好. 结果表明, 提高等离子体电子密度和覆盖均匀性有利于增强等离子体对电磁波的衰减效果.     

大气压等离子体炬电子密度的光谱诊断

利用空心针-板放电装置产生了大气压等离子体炬,采用光谱法测量了其内部及表面的电子密度. 向空心针中通入氩气,在大气环境中产生了长度为1cm的等离子体炬.实验分别测量了Hα谱线和ArⅠ(696.54nm)谱线,通过反卷积方法分离出其相应的Stark展宽,并由此计算了电子密度.结果发现,采用Hα谱线和ArⅠ(696.54nm)谱线Stark展宽计算得到的等离子体的电子密度分别为1.0×10¹⁵cm^－3和3.78×10^{15关键词： 等离子体炬 电子密度 气体温度 Stark展宽}     

悬浮型微波共振探针在电负性容性耦合等离子体中电子密度的测量

本文首先利用悬浮型微波共振探针测量了Ar等离子体的电子密度,并与朗缪尔双探针的测量结果进行了比较,表明了微波共振探针在低密度等离子体测量的可行性.对40.68 MHz单射频容性耦合Ar/SF₆和SF₆/O₂等离子体的测量结果表明:电负性气体SF₆掺入Ar等离子体显著降低了等离子体电子密度,但随着增加SF₆的流量,电子密度表现为缓慢下降;而O₂掺入SF₆等离子体中,电子密度则随着O₂流量的增加表现为持续的下降.另外,40.68 MHz/13.56 MHz双频激发的SF₆/O₂容性耦合离子体的电子密度并不随低频功率的变化而变化.本文对上述的实验现象进行了初步的解释.     

介质阻挡放电等离子体中OH自由基的光腔衰荡光谱原位诊断

研制了一套等效噪声吸收可达3×10^-9cm^-1的连续波光腔衰荡光谱装置。用该装置对介质阻挡放电等离子体中的OH自由基和水进行了原位定量测量,考察了OH自由基数密度随气压和放电电压以及放电频率的变化情况。实验结果表明,在(2.13~22.0)Χ10³Pa范围内,随着气压增加,OH自由基数密度在气压较低时增加;而在较高气压时由于H₂O的解离吸附作用使得体系中电子密度减小,OH自由基数密度随之减小。随放电电压和放电频率增加介质阻挡放电等离子体中电子密度和电子能量增加而导致OH数密度增加。     

HL-2A装置电子密度多道干涉测量实验系统

电子密度是核聚变等离子体研究中的一个主要物理参数,为获取电子密度时空分布的准确信息,结合HL-2A装置结构特点设计并建立了八道FIR激光干涉仪测量系统。在长光路的布局中采用了介质波导传输,研制了长谐振腔高功率HCN波导激光器。另外为减少干扰影响在差拍信号数据采集电子学中采用了数字锁相滤波FPGA技术, 并用软件和硬件两种相位比较方法监测电子密度,实现了密度随时间变化的实时显示。在等离子体放电中干涉仪系统测量精度可达1/33条纹,相应密度约为1.3×10¹¹cm^-3,时间分辨为0.1ms。     

微波瑞利散射法测定空气电火花激波等离子体射流的时变电子密度

大气压空气电火花激波等离子体射流的电子密度在亚微秒时间尺度上瞬变,其电子密度的测定很难.基于微波瑞利散射原理,本文测量了空气电火花冲击波流注放电等离子体射流的时变电子密度.实验结果表明:测量系统的标定参数A为1.04 × 105 V·Ω·m–2;空气流注放电等离子体射流的电子密度与等离子体射流的半径和长度有关,结合高速放电影像展示的等离子体射流的等效半径和等效长度,测定的电子密度在1020 m–3的量级,且随时间先快速增长至峰值再成指数衰减.此外,本文还探讨了等离子体射流的不同等效尺度对测定结果的影响;分析结果表明,采用时变等效半径和时变等效长度的计算结果最有效,且第1个快速波峰是由光电离的电离波导致的.     

微波电子回旋共振等离子体阴极电子束的实验研究

介绍了实验室研制的微波电子回旋共振(ECR)等离子体阴极电子束系统及初步研究结果，该系统包括微波ECR 等离子体源、电子束引出极、聚焦线圈等。通过测量水冷靶电流和靶上的束斑尺寸，实验研究了微波ECR 等离子体阴极电子束的流强、聚束性能等随电子束系统工作条件的变化。结果表明：微波输入功率越高、引出电压越高，引出电子束流强越大；工作气压对电子束流强的影响较复杂，随气压增加呈现出先降低后升高的特点；在7×10⁻⁴Pa 的极低气压下电子束流强可达75mA，引出电压9kV；能量利用率可达0.6；调整聚焦线圈的驱动电流，电子束的束斑直径从20mm 减小到13mm，电子束流强未有明显变化。     

HL-2A װ�������ÿɼ����׶����·��������Ч���ӵ����

The multichannel bremsstrahlung measurement system on HL-2A tokamak has been using to observe the intensity of visible (535.1nm) bremsstrahlung radiation. Combined the intensity with plasma electron density and electron temperature, the effective ion charge measurements can be obtained on HL-2A tokamak. The 1×10¹⁹m⁻³ to4×10¹⁹m⁻³ experimental results show that when the plasma electron density increases from 1×10 m to 4×10 m , the effective ion charge number changes from 5 down to around 2. The bremsstrahlung radiation signal intensity is proportional to the quadratic plasma density. When the electron density is higher than 3×10¹⁹m⁻³, the multichannel bremsstrahlung measurement system can collect sufficient signal through the plasma, which enables the measurement of effective ion charge radial profile.     

HL-2A 装置中利用可见光谱段轫致辐射测量有效离子电荷数

通过测量可见光谱段的轫致辐射(λ=535.1nm)强度,结合等离子体电子密度和电子温度,HL-2A     

Pressure dependence of plasma parameters in medium-vacuum nitrogenarc discharge with the titanium cathode

The plasma properties of a medium-vacuum nitrogen arc discharge from a titanium cathode were studied. The arc chamber use was 400 mm in diameter and 600 mm in length. The cathode diameter and thickness were 64 and 25 mm, respectively. The experimental conditions are given as follows: pressure range=1×10^-3~2×10^-1 torr; N₂ gas flow rate=6 ml/min; arc current=50 A. Electric probe characteristics are measured as a function of pressure and distance from the cathode surface. The analytical results obtained show that the electron energy distribution takes 1-Mx at pressures above 1×10^-2 torr but 2-Mx at pressures under 4×10^-2 torr and that the electron density has a maximum value at a certain pressure. The Ti⁺, Ti⁺⁺, and N ⁺₂ ion spectral intensities are measured as a function of pressure and distance from the cathode surface. On comparison of these results and the electron density, the Ti⁺ spectral intensity turns out to be proportional to that of the electron density. This suggests that the major ion in the plasma volume is of the Ti⁺ species     

Experimental study of CF4 conical theta pinch plasmaexpanding into vacuum

Langmuir probe, photodiode, and optical multichannel analyzer (OMA) measurements have been made on a pulsed CF₄ conical theta-pinch plasma. A cloud of CF₄ was puffed into a conical theta-pinch coil, converted to plasma, and propelled into the vacuum region ahead of the expanding gas cloud. At a position 67 cm away from the conical theta-pinch coil, the plasma arrived in separate packets that were about 20 μs in duration. The average drift velocity of these packets corresponded to an energy of about 3 eV. The OMA measurements showed that the second packet contained neutral atomic fluorine as well as charged particles. The electron temperature and ion density in the second packet were 2.0 eV and 1.5×10¹³ cm^-3, respectively. The electron temperature and ion density in the wake plasma were 8.3 eV and 4×10¹¹ cm^-3 , respectively. This device can be used for plasma processing or as a laboratory test of numerical and analytical models of the expansion of plasma into vacuum     

S—Ka频段电磁波在等离子体中传输特性的实验研究

在感应耦合等离子体风洞上开展了等离子体中电磁波传输特性实验研究,获得了不同频率电磁波在等离子体中的传输衰减.通过微波诊断技术,获得了等离子体射流的电子数密度和碰撞频率.通过矢量网络分析仪和标准增益天线组成的电磁波传输特性测试系统,获得了电磁波经过等离子体之后的衰减,研究了电子数密度范围7.0×10~(10)-1.0×10~(13)cm~(-3)、等离子体碰撞频率在109 Hz量级的等离子体对2.6—40 GHz不同频率电磁波传输特性的影响,分析了经典传输理论和薄层理论预测结果与实验结果的差异.该实验工作为等离子体中电磁波传输特性的理论研究和数值仿真提供了基础数据.     

A cold thermionically emitting dusty air plasma formed by radiativeheating of graphite particulates

Formation of an atmospheric pressure dusty air plasma is explored experimentally in this paper. The plasma is created by seeding an air flow with graphite particles and irradiating the particulates with a focused CO₂ laser beam. The graphite particles are, thus, heated to thermionically emitting temperatures, and average particle temperatures and average particle number densities are measured. The presence of charges is inferred both from these measured quantities using a simple theoretical transient model, and experimentally by applying a dc bias across the irradiated region. It is found that an electron density of ~6.7 × 10⁵ cm^-3 (6.7 × 10¹¹ m^-3) can be produced at steady state in the presence of O₂. This value can be increased to 3.6 × 10⁷ cm^-3 (3.6 × 10¹³ m ^-1) in the ideal case where an electron attachment to O₂ is suppressed and where a lower work function particulate is used     

AlN插入层对AlxGa1-xN/GaN界面电子散射的影响

本文研究AlN作为Al_xGa_1-xN/GaN插入层引起的电子输运性质的变化, 考虑了Al_xGa_1-xN和AlN势垒层的自发极化、压电极化对Al_xGa_1-xN/AlN/GaN双异质结高电子迁移率晶体管(HEMT)中极化电荷面密度、二维电子气(2DEG) 浓度的影响, 分析了AlN厚度与界面粗糙度散射和合金无序散射的关系; 结果表明, 2DEG 浓度、界面粗糙度散射和合金无序散射依赖于AlN层厚度, 插入一层1–3 nm薄的AlN层, 可以明显提高电子迁移率.     

Al组分对MOCVD制备的AlxGa1-xN/AlN/GaN HEMT电学和结构性质的影响

采用金属有机化合物化学气相沉积（MOCVD）方法制备了不同Al组分（x=0.19,0.22,0.25,0.32）的Al_xGa_1-xN/AlN/GaN 结构的高电子迁移率晶体管（HEMT）材料。研究了Al_xGa_1-xN势垒层中Al组分对HEMT材料电学性质和结构性质的影响。研究结果表明,在一定的Al组分范围内,二维电子气（2DEG）浓度和迁移率随着Al组分的升高而增大。然而,过高的Al组分导致HEMT材料表面粗糙度增大,2DEG迁移率降低,该实验现象在另一方面得到了原子力显微镜测试结果的验证。在最佳Al组分（25%）范围内,获得的 HEMT材料的2DEG浓度和室温迁移率分别达到1.2×10¹³ cm^-2和1 680 cm²/（V·s）,方块电阻低至310 Ω/□。     

温稠密钛电导率计算

温稠密物质是惯性约束核聚变、重离子聚变、Z箍缩动作过程中物质发展和存在的重要阶段. 其热力学性质和辐射输运参数在聚变实验和内爆驱动力学模拟过程中有至关重要的作用. 本文通过建立非理想Saha方程, 结合线性混合规则的理论方法模拟了温稠密钛从10^-5-10 g·cm^-3, 10⁴ K到3×10⁴ K区间的粒子组分分布和电导率随温度密度的变化, 其中粒子组分分布由非理想Saha方程求解得到. 线性混合规则模型计算温稠密钛的电导率时考虑了包括电子、原子和离子之间的多种相互作用. 钛的电导率的计算结果与已有的爆炸丝实验数据相符. 通过电导率随温度密度变化趋势判断, 钛在整个温度区间, 密度0.56 g·cm^-3时发生非金属相到金属相相变. 对于简并系数和耦合系数的计算分析, 钛等离子体在整个温度和密度区间逐渐从弱耦合、非简并状态过渡到强耦合部分简并态.