大气等离子体中氮氧化物粒子行为的数值模拟

利用一个空间零维大气等离子体模型对其中的氮氧化物在不同电离度情况下的变化规律进行了数值模拟,得到了放电后不同初始电子密度下的氮氧化物(包括NO,NO⁺,NO₂,NO₂⁺,N₂O,N₂O⁺,NO₃和N₂O₅)及影响其产消的主要反应物N和O₃的密度随时间的演化规律.结果表明,电子初始密度n_e0=10⁹ cm^-3时,NO和NO₂的去除率较高,氮氧化物总密度较小,最适合消除氮氧化物污染.同时,还对N和O₃随电离度变化的行为进行了分析. 关键词： 大气等离子体 氮氧化物 电离度 数值模拟     

Ar/CH4等离子体射流发射光谱诊断研究

为了更加深入的研究大气压条件下Ar/CH₄等离子体射流的放电机理和其内部电子的状态,通过自主设计的针-环式介质阻挡放电结构,在放电频率10 kHz、一个大气压条件下产生了稳定的Ar/CH₄等离子体射流,并利用发射光谱法对其进行了诊断研究。对大气条件下Ar/CH₄等离子体射流的放电现象及内部活性粒子种类进行诊断分析,重点研究了不同氩气甲烷体积流量比、不同峰值电压对大气压Ar/CH₄等离子体射流电子激发温度、电子密度以及CH基团活性粒子浓度的影响规律。结果表明,大气压条件下Ar/CH₄等离子体射流呈淡蓝色,在射流边缘可观察到丝状毛刺并伴有刺耳的电离声同时发现射流尖端的形态波动较大;通过发射光谱可以发现Ar/CH₄等离子体射流中的主要活性粒子为CH基团,C,CⅡ,CⅢ,CⅣ,ArⅠ和ArⅡ,其中含碳粒子的谱线主要集中在400~600 nm之间,ArⅠ和ArⅡ的谱线分布在680~800 nm之间;可以发现CH基团的浓度随峰值电压的增大而增大,但CH基团浓度随Ar/CH₄体积流量比的增大而减小,同时Ar/CH₄等离子体射流中C原子的浓度随之增加,这表明氩气甲烷体积流量比的增大加速了Ar/CH₄等离子体射流中C-H的断裂,因此可以发现增大峰值电压与氩气甲烷体积流量比均可明显的加快甲烷分子的脱氢效率,但增大氩气甲烷体积流量比的脱氢效果更加明显。通过多谱线斜率法选取4条ArⅠ谱线计算了不同工况下的电子激发温度,求得大气压Ar/CH₄等离子体射流的电子激发温度在6 000~12 000 K之间,且随峰值电压与氩气甲烷体积流量比的增大均呈现上升的趋势;依据Stark展宽机理对Ar/CH₄等离子体射流的电子密度进行了计算,电子密度的数量级可达1017 cm-3,且增大峰值电压与氩气甲烷体积流量比均可有效的提高射流中的电子密度。这些参数的探索对大气压等离子体射流的研讨具有重大意义。     

对超短脉冲激光与固体密度等离子体相互作用动力学过程的研究

结合Saha方程,建立了一个超短脉冲激光与固体密度等离子体相互作用的动力学过程中电子温度和电子密度随时间变化的简单模型.在降温过程中采用绝热膨胀模型,讨论了等离子体在绝热膨胀过程中的特殊性质,考虑了离子声速随温度的变化,推算了状态演化过程,得到了电离度随时间变化的演化规律. 关键词： 超短超强脉冲激光 固体密度等离子体 电离度     

不同初始温度下H2/O2混合物等离子体的演化

本文对不同初始温度下,H₂/O₂混合物等离子体中主要粒子随时间发展的演化规律进行了数值模拟,得到了放电后等离子体中主要带电粒子和中性粒子密度随时间的变化规律.计算结果表明,H₂/O₂混合物等离子体中主要活性粒子密度随时间的增加减小,化学反应达到平衡所需的时间随初始温度升高逐渐减少. 关键词： 等离子体 化学过程 数值模拟 演化     

电子回旋共振等离子体密度均匀性的数值研究

基于漂移扩散近似,在轴对称假设下,对电子回旋共振等离子体源腔室内的等离子体建立了二维流体模型.采用有限差分法对所建立的模型进行了自洽数值模拟,得到了等离子体密度均匀性随时间演化的数值结果.通过对数值结果的分析,研究了背景气体压强、微波功率和磁场线圈电流对等离子体密度均匀性的影响.研究表明,在电离初期,电子密度的均匀性好于离子密度的均匀性.在电离后期,离子密度的均匀性好于电子密度的均匀性.随着背景气体压强的增大,电子密度和离子密度的均匀性都在增加,且离子密度的均匀性增加的更快.随着微波功率的增大,电子密度和 关键词： 等离子体密度均匀性 背景气体压强 微波功率 磁场线圈电流     

超短超强脉冲激光在空气中产生的电离通道的寿命研究

对超短超强激光脉冲在大气中传播时形成的电离通道的寿命进行了理论研究.综合考虑了通道中自由电子，正离子，负离子的复合，自由电子和中性分子的吸附以及在后续 激光作用下的退吸附过程.推导出了退吸附激光强度恒定时通道中带电离子密度的速率方程 的解析解.计算结果表明，通过引入退吸附激光抑制电子和中性分子的吸附作用能够在微秒 的时间尺度上将电子密度维持在10¹²—10¹³cm^-3的水平，在相同的波长 和平均功率下，短脉冲序列的退吸附效果要略好于连续激光 关键词： 等离子体通道 复合 吸附 退吸附 寿命     

大气压低温氦等离子体射流的诊断研究

为了加快低温氦气等离子体射流的工程化进程,通过自主设计的同轴式介质阻挡放电等离子体射流发生器,在放电频率10 kHz,一个大气压条件下产生了稳定的氦气等离子体射流。通过分析不同工况下的电压电流波形可以发现单纯增加氦气体积流量只能小幅的增加电流脉冲幅值,而对放电时间、电流脉冲数的影响不大。增加放电峰值电压时电流脉冲幅值会得到较大幅度增加。通过发射光谱法对大气压氦气等离子射流的活性粒子种类、电子激发温度、电子密度进行了诊断。结果表明,大气压氦气等离子体射流中的主要活性粒子为He Ⅰ原子、N₂第二正带系、N+₂的第一负带系、羟基（OH）,H原子的巴尔末线系（H_α和H_β）与O原子,这表明虽然该试验中使用的氦气纯度已达99.99%,但其中仍残留有少量的空气,同时放电时大气中的空气会被卷吸到放电空间发生电离。还可以发现,主要活性粒子的相对光谱强度随氦气体积流量的增加及放电峰值电压的增大均呈现上涨的趋势。选用He Ⅰ原子的四条谱线对不同试验工况下的电子激发温度进行了计算,得到大气压氦气等离子体射流的电子激发温度在3 500~6 300 K之间,电子激发温度随放电峰值电压与氦气体积流量的增大总体上呈现上升的趋势。但由于反向电场的存在,某些峰值电压可能会出现电子激发温度下降的情况;根据Stark展宽原理对大气压氦气等离子体射流的电子密度进行了计算,发现电子密度的数量级可达1015 cm-3,同时增大峰值电压与氦气体积流量均可有效的提高射流中的电子密度。这些参数的研究对氦气等离子体射流在工程实际中的应用具有重要意义。     

部分电离金属钛和银等离子体输运性质的计算

金属等离子体的组分为计算热力学、光学和辐射输运特性研究提供了基本的输入参数.为获得此参数,本文用部分电离等离子体模型,在考虑金属发生三次电离,以及电子与中性粒子的极化作用、离子与离子之间、电子与离子之间、电子与电子之间库仑相互作用下,计算得到了等离子体组分,进而用线性响应理论计算了金属钛和银的电导率.并与已有的实验数据进行了比较,验证了模型的可靠性.在此基础上进一步预测了密度在0.001—2.0 g/cm³、温度在1.5×10⁴—2.5×10^{4关键词： 等离子体 线性响应理论 电离度 输运系数}     

等离子体效应对碳的类氢离子能级的影响

通过在狄拉克方程中考虑德拜休克尔(Debye-Hückel)屏蔽势,研究了类氢离子C5 低能级能量1s(2S1/2),2s(2S1/2),2p(2P1/2和2P3/2)随等离子体电子温度及电子密度的变化规律,计算得到类氢离子C5 能级能量及能级电离势随等离子体环境的变化关系。同时,拟合得到了基于德拜休克尔屏蔽势下相当好的束缚态能级能量随等离子体环境变化的解析公式,利用该公式得到了类氢离子C5 相应各能级发生压致电离的临界电子密度,其结果与其它文献比有很好的可比性。结果表明:束缚态能级能量随等离子体电子温度的升高而减小,随等离子体电子密度的增大而增大。能级能量百分漂移量的对数值与等离子体电子密度的对数值以及等离子体电子温度的对数值之间均呈现出近似线性关系。对计算等离子体电离态分布及光谱模拟具有一定的意义。     

基于双激发态对稠密等离子体中双电子复合速率系数的研究

讨论了稠密等离子体中双电子复合速率系数的计算方法,推导出了在双激发态间跃迁过程和关于双激发态的碰撞电离和自电离过程的影响下双电子复合速率系数作为关于电子密度函数的计算公式,并以类氖镍离子为例进行了计算.计算结果展示了双电子复合速率系数随电子密度增大的具体变化趋势.此外,还给出了在不同原子过程影响下双电子复合速率系数的数据,并进行了分析.     

Längsfeldstärke,Elektronentemperatur, mittlere Neutralgasdichte,Ionenstromdichte auf die Wand und mittlere Entladungsstromdichte in der Freifallsäule bei hohem Ionisationsgrad

On the basis of a foregoing paper new theoretical results for the positive column at low pressure and strong ionization, especially for discharges in noble gas ion lasers, are given. The mean velocity v_n0 of the neutral atoms reemitted from the wall is taken into account. The electric conductivity is calculated for an argon plasma. The formulas connecting the electron temperature, the mean neutral gas density, and the electric field strength are derived. The electron temperature, the axial electric field intensity, the degree of ionization, the axial electron drift velocity, the ion flux to the wall, and the force density causing the main part of gas pumping along the column are calculated as functions of the product of the mean current density and the tube radius, and of v_n0 for argon. The axial drift velocity of the electrons is still smaller than the mean thermal electron velocity for high discharge currents, except at very low gas pressures. In general, the ion flux to the wall is not directly proportional to the discharge current. The factor for the determination of the charged particle density by means of probe measurements at the wall is discussed. The self-magnetic field affects the discharge only at high electron temperature, high degree of ionization, and relatively large tube radius, i.e. at high current density and low gas pressure in not too narrow discharge channels.     

Geschwindigkeitsverteilung,Teilchendichte, transversale Driftgeschwindigkeit und Energiedichte des Neutralgases in der Freifallsäule unter Berücksichtigung der „Neutralgasaufzehrung”︁ durch die Ionisationsvorgänge

A neutral gas rarefaction caused by ionization processes occurs in the plasma of the low pressure gas discharges. The velocity distributions, the particle density, the transversal drift velocity and the energy density of the neutral gas are calculated both for the plane and for the cylindrical positive column under free fall conditions. The neutral gas rarefaction is taken into account. It is shown, that the velocity distributions is non-Maxwellian and anisotropic. The pressure tensor is anisotropic, too. Particle density and energy density of neutral gas decrease with increasing electron density and electron temperature relatively homogeneously over the cross section of the column. Only, if the degree of ionization is high, these densities are much smaller near the axis than at the wall. Decreasing neutral gas temperature causes a similar change in the particle density profile as increasing electron density and electron temperature do. The transverse neutral gas pressure decreases from the axis to the wall in all cases. In the steady-state column an upper limit exists for the transverse particle current density of the neutral gas and of the ion gas. This limit depends on the gas temperature, the filling pressure and the atomic mass of the filling gas. In the appendix the Boltzmann equation is given in a form, which is suitable to investigate cylindrical problems not only for simple examples.     

Influence of atom-atom collisions on the collisional-radiative ionization and recombination coefficients of helium plasmas

Coefficients for volume recombination and ionization have been calculated for a dense helium plasma of low degree of ionization. The calculations are based on a collisional-radiative model in which electron-atom, electron-electron-ion, atom-atom, and electron-atom-ion collisions intervene. Molecular species such as He ₂ ^* and He ₂ ⁺ have not been taken into account. The essential results are: At low temperatures and high neutral gas densities the recombination coefficient is proportional to the number density of neutral helium atoms. At high temperatures the presence of neutral particles practically does not influence the recombination process compared to pure ion-electron-electron recombination. At high neutral particle densities, high atom temperatures and low electron densities the ionization process is mainly due to atom-atom collisions. In this point our calculations are in relatively good agreement with recent shock tube measurements of Kalra and Measures (Phys. Fluids14, 2544 (1971)). It is emphasized that the simple two-step model for ionization by shock waves in the noble gases should be replaced by a more general collisional-radiative model in which the atomic level structure intervenes in more detail.     

The Impact of Direct Ionization by Beam Electrons on the Electron Kinetics of the Beam Discharge Plasma in Molecular Hydrogen

In a recent paper the stationary beam plasma discharge in partially dissociated hydrogen was investigated where the electron component was described by the Boltzmann equation for a mixture of atomic and molecular hydrogen and the main heavy charged and neutral particles by balance equations. It was assumed that, via the quasilinear beam plasma interaction, the electron beam produces only the turbulent electric field whilst an additional production of plasma electrons due to direct ionization by the beam and thus a direct influence on the balances of charge carriers were neglected. Now the additional production of plasma electrons due to direct ionization by the beam is studied on the basis of a generalized Boltzmann equation but for the simpler model of a purely molecular hydrogen plasma. For experimentally obtainable values of the turbulence energy density, beam energy, beam ionization degree and electron life time the calculation of the electron energy distribution function and of the direct beam contribution to the electron particle balance shows a marked influence of the direct beam ionization with increasing degree of beam ionization.     

Anode plasma structure in a gas discharge with neutral density depleted by ionization

We consider the anode plasma structure in a gas discharge with density of neutral atoms (neutrals) depleted by strong ionization. We obtain analytical solutions of the quasi-neutrality equation for the potential distribution and a condition for the existence of anode plasma in the one-dimensional case for arbitrary potential dependences of the neutral depletion frequency and the electron density. We consider the special cases of a constant neutral depletion frequency, ionization by Maxwellian electrons, and ionization by an intense electron beam under the conditions of collisionless ion motion and Boltzmann thermal electron distribution. The solutions for the first two cases at zero depletion parameter, i.e., at constant gas density, match those obtained in [1] by a power series expansion. In the case of ionization by Maxwellian electrons, the formation of anode plasma at reasonable working-gas flow rates is shown to be possible only at a fairly high electron temperature (if, e.g., xenon is used as the working gas, then T _e ≥ 5 eV). Steady-state solutions of the quasi-neutrality equation under ionization by an intense electron beam exist only if the ratio of the electron beam density to the maximum thermal electron density does not exceed a certain limiting value.     

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。     

闪电放电通道等离子体成分及相关特性的研究

以无狭缝摄谱仪获得了青海和西藏地区的云对地闪电回击过程的光谱,依据谱线波长和相对强度等信息,结合等离子体相关理论,得到了放电通道温度和电子密度;在此基础上,根据Saha方程、电荷守恒方程和粒子数守恒方程计算了闪电通道主要元素各级电离的离子数密度,进而得到通道质量密度、压强及平均电离度, 并分析了不同强度闪电放电通道的电离度、粒子数密度及其分布特征。结果表明：回击通道接近于完全电离,一次电离离子占主要地位,且NⅡ离子数密度最高;不同强度的闪电放电通道中,NⅡ和OⅡ离子的相对浓度值变化不大;计算过程中考虑带电离子间库仑相互作用以后,原子电离能的计算值降低,中性原子以及一次电离离子数密度的计算值变小,高次电离离子数密度的计算值变大。