HL-2M 装置初始等离子体放电阶段的直流辉光放电清洗系统研制

基于 HL-2M 托卡马克初始等离子体放电的工程需求,设计并研制了直流辉光放电清洗系统,包括电 极、馈线、电源、控制以及监测等关键部件和辅助子系统。研制完成后开展了系统装配和工程调试,并投入到首 次等离子体放电。实验结果表明,该直流辉光放电系统运行稳定、可靠,且此辉光放电清洗显著降低了真空室本 底杂质浓度,能满足 HL-2M 装置初始等离子体放电的壁条件需求。     

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。      

等离子体电极电光开关大面积辉光放电的产生及其特性

 在电光开关的晶体两侧，用辉光放电产生的高电导率透明等离子体作为施加开关脉冲电压的电极，可大大增加开关的通光口径。利用设计建造的一个80mm×80mm口径的等离子体电极电光开关，研究了用于电光开关中的大面积辉光放电的产生方法及放电特性。描述了等离子体电极普克尔盒的结构、放电室和电极的几何尺寸、放电电路及其参数，实验观测了预电离和工作气压对放电的影响。     

预试环中H_2及掺杂甲烷的辉光放电清洗

本文给出了在预试环中产生和维持辉光放电的基本参数、氢气(H_2)及氢气掺杂甲烷(H_2/CH_4)辉光放电清洗过程中的质谱分析结果以及氢气辉光放电清洗处理后的样品表面SIMS(二次离子质谱)结果,并进行了讨论。     

纳秒脉冲空气辉光放电等离子体及应用

采用基于半导体断路开关的纳秒脉冲高压电源,在两个金属电极之间产生放电区间为1 600mm×100 mm×25 mm的常压辉光空气等离子体。等离子体发生器采用负高压针电极阵列与平板阳极结构,针电极的直径为1 mm,长度为20 mm,针电极之间的间隔为20 mm,针电极与平板零电位之间的距离为25mm,在每个负高压针电极末端周围同时形成圆锥形辉光放电,在平板地电极则形成大面积辉光放电。采用电压探针测量了该新型等离子体的放电特性,结果表明:放电脉冲的上升时间为26 ns,最高脉冲输出峰值电压为27 kV;利用该辉光等离子体对幅宽为1 000 mm聚四氟乙烯薄膜进行了表面改性处理,处理后其表面接触角由原来的124°降到69°,亲水性能大为提高。     

脉冲放电射流辅助射频辉光放电研究

通过实验研究了脉冲放电射流辅助下大气压氦气射频辉光放电的电学和光学特性。采用组合电极结构,在射频放电前段增加脉冲电极,脉冲放电产生的射流以等离子体子弹形式注入射频放电区域,主要研究脉冲射流辅助射频放电的电流电压曲线、最低放电维持电压、放电强度和空间结构时空分布。研究结果表明:等离子体子弹经过射频放电区域后,由于等离子体子弹引入的活性粒子,会使射频放电区域等离子体强度增强;而射频放电最低维持电压也从0.93 kV降低至0.43 kV。     

介质阻挡放电点燃大气压直流均匀放电的光谱研究

由于大气压均匀放电等离子体在工业领域具有广泛的应用前景,为了获得大尺寸的大气压均匀等离子体,采用氩气作为工作气体,在大气压空气环境中利用同轴介质阻挡放电点燃了针-板电极间的大气隙(气隙宽度达到5 cm)直流均匀放电。研究发现,同轴介质阻挡放电能够有效降低针-板电极间的击穿电压。该均匀放电由等离子体柱、等离子体羽、阴极暗区和阴极辉区组成。其中等离子体柱和阴极辉区都是连续放电。而等离子体羽不同位置的放电是不同时的。事实上,等离子体羽放电是由从阴极向着等离子体柱移动的发光光层(即等离子体子弹)叠加而成。利用电学方法测量了放电的伏安特性曲线,发现其与低气压正常辉光放电类似,均具有负斜率。采集了放电的发射光谱,发现存在N₂第二正带系、氩原子和氧原子谱线。通过Boltzmann plot方法对放电等离子体电子激发温度进行了空间分辨测量,发现等离子体柱的电子激发温度比等离子体羽的电子激发温度低。通过分析放电机制,对以上现象进行了定性解释。这些研究结果对大气压均匀放电等离子体源的研制和工业应用具有重要意义。     

用于辉光放电清洗的LCC谐振变换器仿真

针对辉光放电清洗系统中气体击穿之后对电源的恒流要求，提出用LCC谐振变换器的新方案，以改进辉光放电清洗电源方案，增加电源方案储备。利用软件工具选取参数范围、辅助理解拓扑特性以及验证方案。分析了LCC传递函数中主要参数品质因数QL和串并联电容比A对电路增益以及谐振器件应力的影响，设计了合理的参数取值。根据参数取值，利用MATLAB仿真表明，电源的闭环仿真输出达到额定值，LCC拓扑能满足辉光放电清洗电源的参数要求。LCC谐振变换器的电流归一化曲线表现出良好的恒流特性，适合设计成电流源。     

大气压射流等离子体放电特性及其灭菌效果

 介绍了一种同轴电极的射流等离子体发生装置,可以直接在大气中将生成的氦气辉光放电射流等离子体喷出进行杀菌消毒,无需反应容器和真空系统,并从电压、频率、流速等方面讨论了该同轴等离子体发生器的放电特性。在稳定的放电条件下,利用实验装置进行了大气压下的等离子体灭菌实验,验证了本装置在等离子体灭菌应用上的可行性和易操作性。灭菌结果表明：在最初的2 min内,细菌减小趋势明显,3 min后细菌几乎全部消亡。     

空心针-板电极大气压氩气辉光放电的特性研究

大气压均匀放电等离子体在工业领域具有非常广泛的应用前景,它是利用直流电源激励的空心针-板放电装置,以氩气为工作气体在大气压空气中产生均匀稳定的放电。对氩气流量和气隙间距对辉光放电发光特性的关系进行了研究,结果表明放电所产生的等离子体柱连接两个电极,发光较为均匀(观察不到放电丝)。在板电极附近放电等离子体柱直径最大,最大直径随着电流和气流的增大而增大。放电伏安特性研究发现,与低气压辉光放电相类似,两电极间的电压随着电流的增大而减小,并且随气流和气隙间距的增大而增大。对该大气压直流均匀放电在扫描范围为330～450 nm的光学发射光谱进行分析,获得了放电等离子体的分子振动温度和谱线强度比I_391.4/I_337.1随氩气流量和气隙间距的变化关系。I_391.4/I_337.1均随流量和气隙间距的增大而降低。对等离子体柱的I_391.4/I_337.1沿气流方向(等离子体柱轴向)进行了空间分辨测量,并进行了定性分析,结果表明,振动温度及电子平均能量随着远离空心针口距离的增大而增大。这些结果对大气压辉光放电在工业中的应用具有重要意义。     

Glow discharge cleaning of vacuum switch tubes

To clean the surfaces of parts inside a vacuum-switch tube (VST) the authors propose a technique which generates a glow discharge between the inner electrodes and the copper grid surrounding it. Photographic observation reveals that the glow discharge spreads out and cleans the whole surface inside the VST. A breakdown test between the inner electrodes shows the effect of the cleaning with this technique. Higher breakdown voltage between the inner electrodes is attained by performing this glow discharge cleaning in argon rather than hydrogen gas. The difference of the cleaning effect seems to be attributed to that of the energy transfer from ion species to the adsorbed molecules and microprotrusions on the surfaces     

Analysis of the behavior of a discharge in a coaxial plasma jet accelerator

We analyze the behavior of the discharge in a coaxial plasma jet accelerator with a pulsed supply of the working gas released by an electric discharge from titanium hydride powder. Radiation (varying with time) from the discharge in the accelerator was detected using an optical method through a narrow slit cut along the outer electrode by a Bifo Company K008 streak camera. Stable operation of the source with the highest kinetic energy of a pure hydrogen plasma jet was attained for a relatively uniform glow of the discharge along the accelerator during the entire current pulse. Conversely, local glow of the discharge at the outlet or inlet of the accelerator considerably contaminated the discharge with impurities, and the kinetic energy of the plasma jet decreased by an order of magnitude. The highest energy of the plasma jet was attained when the polarity of the electrodes was the same as at the plasma focus.     

Plasma discharge with bulk glow in the liquid phase exposed to ultrasound

It is shown that a specific form of the electric discharge with bulk glow in the entire space between electrodes and an increasing current-voltage characteristic inherent to the anomalous glow discharge in gas can exist in a liquid exposed to an intense ultrasonic field above the cavitation threshold. Such a discharge can be initiated between planar or rod electrodes in liquid in the mode of developed cavitation excited by an ultrasonic acoustic field. It is found that a plasma pinch is formed during cavitation between electrodes immersed into liquid. The pinch is stable at relatively low voltages (??30?C60 V) and currents (4?C8 A).     

电极构形对形成大面积放电均匀性影响

 设计并制作了空心阴极、钮扣阴极、针阴极和条形阴极，利用CCD照相，在5cm×5cm口径范围内，分别对四种阴极放电的空间均匀性进行了研究。实验表明，在预电离电压800V，主放电电压3kV和气体气压约30Pa的条件下，利用空心阴极放电，能够获得空间较为均匀的放电等离子体。放电等离子体可以用作普克尔盒电光开关的等离子体电极。     

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在四阳极直流放电装置上,测量并分析了辉光放电的电流-电压和发光特征随气压的变化关系。结果表明,采用稳流放电模式比稳压放电具有更宽的稳定放电气压和电流范围,能在从1～800Pa的较宽气压范围内实现氦气辉光放电,放电电流可达到500mA左右。随着电极表面亮斑的变化,对于同一气压,在低电流区,放电电压几乎成指数增长;随电流增大,电压的增长速度变缓;对于高的气压,碰撞频率的增大使得电压随电流升高的速率变小。分析表明,放电处于异常辉光区。从放电管的CCD图像可以看出,对于同一放电电流,随气压的升高,等离子体往阴极收缩。     

直流辉光放电等离子体激发光源自动调节控制系统

直流辉光放电过程中需要控制的三个重要工作参数为放电电流、放电电压和放电室内氩气气压.该文介绍了一种应用于直流辉光放电等离子体激发光源的自动调节控制系统,该控制系统在放电电流恒定的情况下调节放电室内氩气气压,实现了对放电电压的信号采集和自动控制.文卷阐述了该控制系统的设计思路、电路原理及控制方案.该自动调节控制系统改善了以往用手动调节时精度低且操作复杂的情况,提高了放电电压的控制精度,缩短了放电电压的稳定时间.文中给出了自动控制方式下激发源放电电压的稳定性测试结果,控制精度由手动调节时的4%FS改善为小于1%FS,放电电压稳定时间由手动时的大于90s缩短到30 s以内.采用该控制系统对中低合金钢和锡肯铜标准样品进行了样品精密度实验.元素含量分析精密度比手动调节方式显著提高,各元素含量测试结果的相对标准偏差(RSD)均优于3.5%.中低合金钢标准样品中Ti,Co,Mn元素含量测试结果的RSD范围由手动时的3.0%～4.3%减小到1.7%～2.4%,S和Mo元素RSD范围由5.2%～5.9%减小到3.3%～3.5%.锡青铜标准样品中Sn,Zn,Al元素RSD范围由2.6%～4.4%减小到1.0%～2.4%,Si,Ni,Fe元素的RSD范围由6.6%～13.9%降低到2.6%～3.5%,并给出了实测数据.     

Nanosecond volume gas discharge in a flow with gasdynamic discontinuities

Experimental results concerning the interaction of pulsed volume ionization with the supersonic gas flow in a shock tube are described. The spatiotemporal and spectral characteristics of a nanosecond volume discharge plasma with ultraviolet preionization from plasma electrodes are presented. It is shown that the ionization region can be localized using gasdynamic discontinuities. The coincidence of the glow region with the discharge energy release region is discussed.     

大气压下绝缘毛细管内等离子体放电及其特性研究

在石英毛细管内利用两个边缘锋利的中空针型电极间的放电形成了63 cm长的大气压弧光等离子体.通过记录放电图片和测量电流-电压特征波形及伏安特性曲线的方法对管内等离子体从反常辉光状态过渡至超长弧光状态的过程做了细致的研究,发现管内等离子体在弧光状态下的电子密度不低于10¹⁴ cm^-3.另外,还进一步考察了两电极的间距和电源工作频率对放电伏安特性的影响以及通过发射光谱法测得的等离子体气体温度随外加电压的变化规律.当活性气体(氧气)按一定比例混合到氩等离子体中时,通过 关键词： 大气压等离子体 反常辉光放电 弧光放电 发射光谱