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。     

柱面天线射频感性耦合等离子体放电模式特性的实验研究

利用Z-scan、电流、电压探头,通过测量等离子体吸收功率、天线电流、电压、等离子体直流悬浮电位等多种参数,研究了匹配网络、天线耦合强度、导电地面积、气压等多种因素对E,H放电模式特性及模式转化行为的影响.基于Γ型阻抗匹配网络中串联电容对射频电源输出功率的影响,提出了E—H放电模式转化的正负反馈区概念.研究发现：在相同的其他放电条件下,处于正反馈区时等离子体放电易于产生跳变型模式转化,而且模式跳变的临界天线电流、回滞宽度、跳变临界功率、跳变功率差等参数均随阻抗匹配网络参数产生明显变化;在负反馈区内,模式转化过程趋于连续.由于阻抗匹配网络的影响,E—H模式的跳变电流并不是总大于H—E模式的跳变电流.在不同导电地面积、阻抗匹配网络、气压下,模式转化过程中等离子体直流悬浮电位的变化呈现多样性. 关键词： 射频等离子体 感性耦合 容性耦合 模式转化     

低气压直流辉光等离子体实验装置

介绍了低气压下直流辉光放电等离子体的实验装置,该装置具有结构合理、调节方便、测量参数多等特点,可在其上开展等离子体参数测量、等离子体激发机理研究等多项教学实验。     

大气压氖气介质阻挡放电脉冲等离子射流特性

采用自行研制的低造价、小体积、可产生幅值0~35 kV、重复频率1 kHz的高压s脉冲电源,设计了一套以大气压氖气为工作气体的介质阻挡放电（DBD）等离子体射流源,通过测量并计算放电过程中的电压-电流波形、拍摄放电图像、光谱分析等手段,对电压幅值、气体流速对氖气等离子体射流特性的影响进行了研究。结果表明:s脉冲电源激励下大气压氖气DBD能产生锥状的等离子射流且其等离子强度适中;s脉冲电源电压幅值的快速上升,可在放电空间瞬间施加高的过电压,能有效促进放电功率、电子密度、电子激发温度和射流长度的增加;工作气体流速的增加使得放电功率、电子激发温度和电子密度减小,而射流长度变化很小;一定条件下,能形成长距离的射流。     

针-板DBD微流注与微辉光交替生成的机理研究

在介质阻挡放电体系中产生辉光放电可以有效的提高放电体系产生高能电子的性能, 为等离子体化学反应提供更加丰富的活性粒子.本文对针-板介质阻挡放电体系下的放电模式进行了研究,实验发现放电正负半周期表现出不同的放电模式, 激励电压为3 kV时放电正负半周期分别为微流注放电和电晕放电(或者Trichel脉冲放电),激励电压为6 kV时放电正负半周期分别为微流注放电和微辉光放电.微辉光放电形貌具有与典型辉光放电相同的分层次放电结构, 分析了激励电压6 kV时的放电过程,认为足够强的阴极电场强度和裸露针状电极形成的有效的二次电子发射过程是形成微辉光放电的主要因素,绝缘介质层的存在避免了微辉光放电向弧光放电过渡.     

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。     

发射光谱法研究微波增强微秒级脉冲辉光放电中样品原子的 …

利用自制微波增强微秒级脉中辉光放电装置，研究了黄铜样品原子的激发和扩散过程，结果表明，当放电气压低于１８０Ｐａ时，微波等离子体与辉光放电很好的耦合，当气压大于２００Ｐａ时，由于样品原子分别受到脉冲辉光放电与微波等离子体的激发，同一条共振线出现了在时间上独立的两个发射峰。利用两发射峰之间的关系可以计算出该工作条件下铜原子和锌原子的扩散速度分别约为１５０和１２９ｍ／ｓ，而辉光放电的最强激发点的约离溅射     

低温等离子体的光谱测量研究

采用光谱测量法研究低温等离子体特性具有突出的优点.阐述了目前光谱测量用于低温等离子体研究的原理和分析方法,将运用光谱描述等离子体的方法概括成直接分析和间接分析两类.本文采用光谱测量的方法对常压空气辉光放电(APGD)等离子体进行了研究,得到了APGD等离子体光辐射特性随所加功率呈线性关系的结果,为常压空气辉光放电等离子体的光谱诊断建立了基础.     

测量托卡马克装置等离子体电子密度分布的远红外HCN激光干涉仪

本文介绍了用电磁波干涉的方法测量等离子体电子密度的原理、七道远红外HON激光干涉仪的结构及其在HT-6M托卡马克(TOKAMAK)装置上的测量结果.干涉仪的光源县一台腔长3.4m的连续辉光放电的HCN激光器,波长337μm;输出功率约100mW.干涉仪可以给出七道弦上的平均电子密度,最小可测相移为115条纹,时间分辨为0.1ms.也可以由七道弦上相移的线积分值通过非对称的Abel变换给出不同时刻的电子密度的空间分布或时-空分布的三维图形.     

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。     

微晶硅薄膜沉积过程中的等离子体光学与电学特性研究

采用空间分辨光发射谱和傅里叶变换功率阻抗分析仪研究了衬底偏压和辉光功率对微晶硅薄膜沉积过程中的等离子体光学与电学特性的影响.研究表明：在交流偏压(AC)、悬浮(floating)、负直流加交流(-DC＋AC)偏压下,Hα发射强度空间分布规律相似,平均鞘层长度相等;正直流加交流(＋DC＋AC)偏压和接地(grounded)时Hα发射强度显著增强,并存在双峰(double layers)现象.增大功率,Hα发射强度也随着增大,并在17W与22W之间产生跳变.电学测试发现功率增大,等离子体电阻降低,电抗降低,电 关键词： 等离子体 光发射谱 衬底偏压 辉光功率     

CT-6B托卡马克装置上电流上升阶段电子温度的光谱测量

在CT-6B托卡马克装置上,用一米掠入射真空紫外单色仪测量了氧杂质各阶离子OII-OVI的谱线辐射的时间变化,用HCN远红外激光干涉仪测量了电子密度的时间变化。利用谱线时间史的方法,由谱线起始时间估算了放电初期电流上升阶段电子温度的时间变化。用数值计算分别考察了氧杂质进入通量和约束时间对谱线峰值强度和起始时间的影响。估算得到的电子温度在放电开始后0.36,0.56,0.66,0.90和1.4ms,分别为3.6,5.6,7.3,10.8和21eV,它们反映了放电初期等离子体中心区电子温度的变化。 关键词：     

Sliding discharge in air at atmospheric pressure: electrical properties

Several studies have shown that a surface non-thermal plasma may be used as an electrofluidodynamic actuator for airflow control. For few years, we has been working on this subject, especially in the case of DC corona discharges and AC barrier discharges established at the wall of profiles. The present paper deals with a new type of surface plasma using a sliding discharge. This discharge, excited here by a negative AC voltage with a positive DC component, is created in a three-electrode geometry: one DC positive electrode and two negative AC electrodes at the same voltage. Then a barrier discharge is established between the positive electrode and the first negative one when a surface corona discharge or sliding discharge is generated between the positive electrode and the second negative one. In this preliminary study, the goal is to obtain a stable sliding discharge. Then the electrical properties of this discharge are observed and briefly discussed.     

脉冲放电产生螺旋流注的等离子体特性研究

通过脉冲放电方式产生三维螺旋形的等离子体放电通道,在高速摄像机拍摄下观察到放电通道中的发光电离体以流注形式沿螺旋轨迹快速传播.建立电磁模型解释螺旋放电的形成机制,对造成对称性破缺及影响其手性性质的极向电场进行分析.研究表明,螺旋放电产生的放电通道存在两种不同的手性特征,而脉冲重复频率等放电参数及边界条件对螺旋流注的传播特性存在影响.脉冲电源驱动的电磁场在介质管内所形成的波模是极向电场形成的一个重要来源,当极向电场与轴向电场强度相近时则形成螺旋流注放电.     

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为优化表面波放电的狭缝天线阵设计,给表面波放电装置的设计提供理论依据,对狭缝天线布局进行了理论和仿真计算分析。结果表明,宽缝辐射的电磁场比纵缝强,同相激励天线辐射的电磁场比异相激励强,更容易击穿空气产生等离子体。基于磁场强度同相分布规律对已经采用的纵缝天线阵进行改进,纵缝按照两侧交互并间隔半个波导波长布置,各个纵缝均为同相,产生等离子体效果更好。     

Characteristics of electron cyclotron resonance plasma formed by lower hybrid current drive grill antenna

A 3.7 GHz system, which is meant for LHCD experiments on ADITYA tokamak, is used for producing ECR discharge. The ECR discharge is produced by setting the appropriate resonance magnetic field of 0.13 T, with hydrogen at a fill pressure of about 5 × 10⁻⁵ Torr. The RF power, up to 10 kW (of which ∼50% is reflected back), with a typical pulse length of 50 ms, is injected into the vacuum chamber of the ADITYA tokamak by a LHCD grill antenna and is used for plasma formation. The average coupled RF power density (the RF power/a typical volume of the plasma) is estimated to be ∼5 kW/m³. When the ECR appears inside the tokamak chamber for the given pumping frequency (f = 3.7 GHz) a plasma with a density (n _e) ∼ 4 × 10¹⁶ m⁻³ and electron temperature ∼8 eV is produced. The density and temperature during the RF pulse are measured by sets of Langmuir probes, located toroidally, on either side of the antenna. H_α signals are also monitored to detect ionization. An estimate of density and temperature based on simple theoretical calculation agrees well with our experimental measurements. The plasma produced by the above mechanism is further used to characterize the ECR-assisted low voltage Ohmic start-up discharges. During this part of the experiments, Ohmic plasma is formed using capacitor banks. The plasma loop voltage is gradually decreased, till the discharge ceases to form. The same is repeated in the presence of ECR-formed plasma (RF pre-ionization), formed 10 ms prior to the loop voltage. We have observed that (with LHCD-induced) ECR-assisted Ohmic start-up discharges is reliably and repeatedly obtained with reduced loop voltage requirement and breakdown time decreases substantially. The current ramp-up rates also decrease with reduced loop voltage operation. These studies established that ECR plasma formed with LHCD system exhibits similar characteristics as reported earlier by dedicated ECR systems. This experiment also addresses the issue of whether ECR plasma formed with grill antenna exhibits similar behavior as that formed by single waveguide ECR antenna. Our experimental observations suggest that the characteristics of (LHCD system-induced) ECR-assisted Ohmic start-up discharges show similar properties, reported earlier with normal ECR-assisted Ohmic start-up discharges and hence LHCD system may be used as ECR system at reduced toroidal magnetic field for other applications like wall conditioning.      

Circuit model for two-electrode AC discharge

This paper presents a circuit model for a two-electrode AC discharge, which has two electrodes separated from the discharge gap by an insulator. The model consists of a series connection of an equivalent circuit for plasma and two capacitors for insulator. The equivalent circuit for plasma was constructed using the measured electrical properties of a two-electrode DC discharge. The validity of model was checked with experiments on a three-electrode test device; two electrodes exposed to the discharge gap and the other electrode separated from the discharge gap by an insulator. The measured voltages of the test device are compared with those obtained by circuit simulation. For various waveforms, which are being used widely to drive an AC plasma display panel, the results of circuit simulation agree well with experiment.     

一种基于5—20 kHz交流激励的U形等离子体天线

以5—20 kHz交流电源作为等离子天线激励源, 建立了一款U形等离子体天线. 在详细阐述天线结构的同时并对其部分电特性进行了测量.结果发现, 在50—300 MHz频率范围内, 同工频交流与直流电源激励相比, 该天线的噪声电平非常低, 与相同构造的金属天线的噪声电平相接近.同时, 该等离子体天线具有很好的阻抗带宽特性, 且在较宽频带范围内也表现出了良好的增益特性.     

ICRH带状双天线的间距对等离子体耦合特性的影响

采用能量一次吸收假设、等离子体平板模型和三维天线模型数值模拟离子回旋共振加热时带状双天线与等离子体的耦合过程,得到天线的辐射功率、等离子体的吸收功率密度分布随天线间距变化的关系.通过对比分析,得出结论:在一定实验条件下,当带状双天线同相馈电时,天线间距越小,离子回旋共振加热效果越好.     

EAST装置上W波段多道极向相关反射仪的研制

在EAST装置上安装了X模极化W波段多道相关反射仪,用于测量等离子体芯部密度涨落。该诊断利用低损耗(<3dB)多工器将4个不同频率(79.2GHz,85.2GHz,91.8GHz和96GHz)的微波耦合在一起,通过同一个天线发射。反射波由两个极向分离(~5cm)的天线接收,通过下变频技术实现外差测量。通过对两个极向天线接收的信号进行相关分析,获得芯部湍流垂直速度。对2018年低约束模式(L模)放电进行分析发现,在电子回旋共振加热(ECRH)等离子体中,芯部湍流垂直速度在电子逆磁漂移方向。而在注入同向中性束(co-NBI)后,芯部湍流垂直速度变为离子逆磁漂移方向。