塞曼效应仿真实验平台

塞曼效应实验是学生了解原子具有磁矩和空间取向量子化现象的重要实验,至今塞曼效应仍是研究能级结构的重要方法之一.为了能够让学生更加清楚地了解塞曼效应实验的基本原理和操作规程,针对教学中的重点和难点,运用flash软件制作出塞曼效应仿真实验.该程序可全程高度仿真实验过程,具有界面友好、易于操作、无需安装等优点.为实验教学提供了一种新的辅助方式.     

光谱法诊断大气压等离子体电子密度

采用发射光谱方法对大气压氩气介质阻挡放电(DBD)系统中的电子密度进行了诊断。通过考虑放电等离子体中的各种加宽机制, 采用自编的非对称卷积程序对氩原子发射谱线的线型进行分析拟合, 再通过反卷积的方法将各种加宽机制分离开来, 最终将Stark展宽分离出来进行大气压氩气介质阻挡放电电子密度的计算。诊断结果表明, 在大气压氩气介质阻挡放电中当有三个放电丝存在, 电子温度为10000 K时, 电子密度约为4.06×1021 m-3, 诊断结果和模拟结果符合得很好。此方法不仅可以应用在大气压介质阻挡放电中, 还可以用于其他含有非氢气体的大气压等离子体电子密度的测量。     

物理实验的计算机模拟

我们通过第二课堂、毕业实习等方式,参与物理实验计算机模拟课件的研制.通过这种实践活动有效地培养了集体主义和协作精神、科学态度和钻研精神,综合素质得到提高.下面是一些体会.     

不同微场分布函数对Stark加宽和频移的影响

分别采用Holtsmark,Neutral Point,Nearest-Neighbor和Mayer模犁微场分布函数对Stark线型进行了研究,进而得到相应微场函数下的Stark加宽和频移,研究了4种不同的微场分布函数对Stark加宽和频移的影响.研究结果表明,在电子加宽参数不变时,4种微场分布函数对stark加宽和频移的影响随离子加宽参数的增加而增加;在离子加宽参数不变时,4种微场分布甬数对Stark加宽和频移的影响随电子加宽参数的增加而增加;特别是,当离子加宽参数较大时,Mayer模型微场分布函数对Stark加宽和频移的影响异常明显.这说明,微场分布函数对谱线的加宽和频移的影响在离子与离子碰撞剧烈的等离子体环境中尤其显著,在这样的等离子体环境中,进行等离子体诊断时,选择合适的微场分布函数非常重要.结果对等离子体诊断有一定参考价值.     

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.     

不同微场分布函数对Stark线型的影响

利用不同的微场分布函数研究了其对Stark加宽光谱线型的影响.根据Stark加宽理论,考虑到等离子体中的离子碰撞,Stark加宽本质上是一种非对称的光谱线型,其中微场分布函数对光谱线型起着非常关键的作用.研究结果表明,总体上Holtsmark分布和Nearest-Neighbor场分布下的Stark光谱线型差别不太大,但是Mayer模型对Stark加宽光谱线型影响较大.并且随着离子加宽参数的减小,三种不同的微场分布函数对Stark光谱线型的影响逐渐减小;随着电子加宽参数的减小,不同的微场分布函数对Stark光谱线型的影响也逐渐减小;同时发现,当离子加宽参数减小到一定程度时,不同微场分布函数对整个光谱线型的影响基本相似,这也正说明离子间碰撞剧烈时对光谱线型的影响很大.     

直流电压激励单电极氩气射流阵列的放电模式

大气压等离子体射流在诸多领域具有非常广泛的应用。为了提高大面积材料的处理效率,通常需要将多个射流排列为射流阵列,但由于阵列中等离子体羽间的相互作用,实际上很难产生大面积均匀等离子体羽。针对于此,本文利用直流电压激励单电极氩气射流阵列,产生了大面积均匀等离子体羽。研究发现,在低电压下放电为分立的等离子体羽,而高电压下为均匀片状等离子体羽。片状等离子体羽随着电压、氩气流量及空气流量的增加而变长。电学和光学测量结果表明,分立等离子体羽的放电电流和发光信号均为频率很高的小脉冲。片状等离子体羽的电流和发光信号为频率很低的大脉冲,并且在两个大脉冲之间也存在着小脉冲。利用高速影像对分立羽和片状羽的产生机制进行了研究。结果表明分立羽中阳极羽对应正流光放电机制,而阴极羽对应汤森放电机制。片状羽的击穿机制也是流光机制,流光击穿后会产生辉光放电丝,此后辉光微放电丝沿着气流向下游运动。此外,利用光纤测温仪对片状等离子体羽的气体温度进行了研究,发现片状等离子体羽的气体温度不超过65℃。     

大气压氩气介质阻挡放电中的电子激发温度

采用发射光谱强度比法,测量了大气压氩气介质阻挡放电(DBD)中的电子激发温度。实验在690~800nm的范围内测量了大气压氩气DBD的发射光谱,经分析发现这些谱线全部是氩原子的发射谱线。为了测量电子激发温度,选用相距较近的763.51nm(2P6→1S5),772.42nm(2P2→1S3)的两条光谱线。结果发现电子温度的范围为0.1~0.5eV,电子激发温度随电压的增加而增加,随流量的增加而减小。实验还发现氩气流动与非流动时电子激发温度有明显的差别。上述结果对介质阻挡放电在工业领域上的应用具有重要意义。     

少量氩气对大气介质阻挡放电光谱的增强

采用双水电极介质阻挡放电装置,测量了大气介质阻挡放电的光谱,并研究了加入少量氩气后光谱的变化。在300~800 nm波长范围内,发现了氮分子(C3Πu(v′=0)→B3Πg(v″=0~4))的光谱和氮原子(4d4D7/2→3p4P01/2)的光谱。在大气中加入少量氩气后,击穿电压明显降低,在相同电压条件下,氮分子光谱线和氮原子光谱线强度都增强。同时,加入氩气后上述谱线的半宽度明显加大。由于谱线的Stark加宽与电子密度成正比,说明加入氩气后等离子体的电子密度增大,使得电子碰撞激发氮分子及氮原子的概率增大,激发到较高激发态的氮原子或氮分子增多,从而使光谱强度增强。     

仪器展宽对大气压等离子体电子密度测量的影响

实验使用两台不同的单色仪,采用光谱线型法测量了大气压氩气介质阻挡放电中的电子密度.诊断结果表明,由于不同的单色仪其仪器加宽不同,仪器加宽对总的光谱线型有较大影响.通过考虑等离子体中的各种加宽机制,采用卷积和反卷积的方法对氩原子发射谱线线型进行了分析,从整个光谱线型中分离出Stark线型,排除了仪器加宽对最终诊断结果的影响.从而最终测量了大气压氩气介质阻挡放电中的电子密度.测量得到在大气压氩气介质阻挡放电中单个放电丝存在时,电子温度为10000K时,电子密度约为3.05-3.26×1021 m-3.此方法不仅可以应用在大气压介质阻挡放电中,还可以用于测量其它大气压等离子体电子密度.