大气压He-Ar射频容性放电Ar亚稳态粒子数密度

利用发射光谱法测量大气压He-Ar混合气体射频容性放电中的Ar亚稳态1s5(3s23p54s［3/2］2)粒子数密度。在不同的放电功率和气体组分下测量放电等离子体中的重要参数：气体转动温度、电子激发温度和Ar亚稳态1s5粒子数密度。结果表明：气体温度在不同放电功率及Ar气压在5103 Pa以内时变化不大,范围为300~350 K;电子激发温度随着放电功率的增加而增加,并且在Ar气压为4103 Pa时最大,在放电功率为70 W时达到0.58 eV;1s5粒子数密度随着放电功率以及电子激发温度的增加而增加,在放电功率为70 W、Ar气压为4103 Pa时达到1.53109 cm-3。     

氦氩射频容性放电发射光谱分析

光抽运亚稳态稀有气体激光器利用放电等离子体作为激光的增益介质.为掌握容性射频放电的放电参数对等离子体各项参数的影响的基本规律,利用等离子体发射光谱法研究了氦氩混合气体在不同装置、不同Ar组分、不同气压和不同射频注入功率下的等离子体参数.利用残留水蒸气产生的OH自由基A~2Σ~+→X~2Π的转动光谱分析获得气体温度;利用电子态光谱的玻尔兹曼做图法获得电子激发温度,利用Ar原子696.5 nm谱线的斯塔克展宽获得电子密度.结果表明:气体温度随气压增加略微上升,在一个大气压下改变组分和放电功率,气体温度变化不大;电子激发温度随总气压的下降而上升,且随着Ar组分的增加而略微下降;目前放电条件下的电子密度均在10~(15)cm~(-3)量级;长时间放电监测表明,残留的水蒸气会导致电子温度的下降,从而降低Ar亚稳态的产率.     

大气压Ar射频容性放电模式转变的温度表征

在大气压条件下Ar气流中实现了容性射频放电α和γ两种模式及其转变与共存.由于放电处于开放大气环境中,放电发射光谱中清晰地存在 N₂C³Π_u→Β³Π_g跃迁产生的第二正带和OH自由基 Α²Σ→Χ²Π跃迁的(0,0)带光谱.为了获得放电区域的宏观温度,针对氮的第二正带(0,1),(1,2)两个谱带,自编了拟合程序,用温度拟合方法获得了氮分子的转动温度和振动温度,研究了转动温度随放电功率的变化趋势,得到了温度突变与放电模式转变的相关性.利用Lifbase的发射光谱模拟功能,进行了OH自由基Α²Σ→Χ²Π(0,0)带光谱的模拟,通过与实验光谱对比,得到了与N₂光谱拟合结果相符的OH转动温度,以及相似的随放电功率的变化趋势,这说明放电空间内的中性物种达到了热平衡状态.根据放电伏安特性变化,放电模式转变对应的转动温度变化趋势得到确认,并且与放电形态的照片符合. 关键词： 大气压等离子体 放电模式 转动温度     

使用斯塔克展宽计算大气压射频介质阻挡放电氮气等离子体的电子密度

大气压射频等离子体是近几年发展起来的一种新型非平衡等离子体。以氮气掺杂少量氩气为放电气体,实现了大气压射频介质阻挡放电。利用发射光谱对放电进行在线诊断研究,并分析谱线线型,从中分离出谱线的Stark线型,从而计算出放电通道的电子密度。研究了单个放电通道中电子密度的空间分布并测量了通道同一位置的电子密度随放电输入功率的变化。结果显示,在放电通道中部,当放电输入功率由138W增加至248W,电子密度由4.038×1021 m-3升高至4.75×1021 m-3。     

极板电压与间距对大气压射频氩等离子体放电参数的影响

基于1维流体力学模型,对大气压射频裸露金属电极氩气放电过程进行了研究。模型中考虑了氩等离子体放电过程中主要发生的激发和电离等7个反应过程,对等离子体反应产生的主要粒子,包括电子、氩原子离子Ar+、氩分子离子Ar2+和氩激发态Ar*等,建立连续性方程、动量方程和电流平衡方程。分析了极板电压、极板间距对上述粒子数密度分布的影响。给出了电子,Ar+,Ar*和Ar2+密度随极板电压及间距变化的时空演化过程。得出极板电压或极板间距的改变会使放电空间的电场发生改变,对应一定的极板间距,极板电压有一个最佳值,极板电压和间距的变化会使对应的极板间有一个最佳电场值,而对应最佳电场有一个等离子体气体间最佳反应系数,从而使放电空间粒子数密度发生改变。     

常压氩/氮射频容性放电冷等离子体的发射光谱诊断

实验中在大气压下在射频(13.56 MHz)容性耦合的平板形金属电极的构型中实现了氩/氮射频α模式的辉光放电.首先,采用发射光谱的方法测量了氮分子(C 3Ⅱu)谱线随氮气含量的变化;其次,使用玻耳兹曼斜率法估算了OH谱带(A2∑+→X 2Ⅱ)的转动温度,并得到等离子体温度随输入功率的变化规律.最后,选取氮的第二正带(C...     

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Based on diffuse and drift assumption, a 1-D fluid model of atmospheric pressure oxygen RF discharge was developed. The model includes continuity equations for electrons, positive and negative ions, and energy equation, and Poisson equation for eclectic potential. The finite difference method was adopted to solve the model by numerical simulation. The simulation results show that the electron density and electron temperature were 10¹²cm^-3 and 1.23eV, respectively, and the main negative ion was O^- . As the peak of voltage increased, the electron density and electron temperature increased, however, the ratio of O^-/n_e had a maximum value at 700V.     

大气压射频氧气放电特性的数值模拟研究

基于漂移扩散近似,对大气压下氧气射频放电产生的等离子体建立了一维流体模型,包括了电子、正离子和负离子的连续性方程、电子能量方程及泊松方程。采用有限差分法对所建立的模型进行了自洽的数值模拟,得到了相应的数值结果。通过对所得数值结果的分析,研究了大气压下氧气放电的基本特性。研究表明,大气压氧气放电中等离子体密度可达到10¹²cm^-3 ,电子温度约在1.23eV,放电中主要的负离子是O^-离子;随着电压峰值的增加,电子密度、电子温度都增加,但n_O-/n_e 的比率先增加到7.5%又后减小到5%,在电压峰值为700V 时达到最大。     

Effect of atmospheric pressure pulsed discharge spatial inhomogeneity on Ar I and H I lines: Electron number density study

The spatial inhomogeneity of pulsed atmospheric pressure discharge in argon is investigated using the electron number density N_e diagnostics procedure applied to asymmetrically broadened Ar I lines. A dedicated fitting procedure is used for describing Ar I 703.0 nm line shape recorded from argon gas discharge and H I (at 486.13 and 656.28 nm) lines recorded from Ar-H₂ gas mixture discharge. The results revealed the change in N_e in both axial and radial directions. The additional Ar I lines at 614.5, 710.7, 731.2, and 731.6 nm, recorded from integral spatial radiation, are analysed as well to confirm the results from the plasma column region. The possibility of using AlO (B²∑⁺–X²∑⁺) and CN (B²∑⁺–X²∑⁺) molecular bands for gas temperature T_g measurements in this type of gas discharge source is demonstrated and T_g used as an input parameter for the N_e diagnostics procedure. For the proper identification of molecular band spectral lines, the Fortrat parabolas are constructed. The results obtained from Ar I 703.0 nm line indicate three different N_e values, with N_e1 ≈ 0.6 × 10¹⁶ cm⁻³, N_e2 ≈ 3.6 × 10¹⁶ cm⁻³, and N_e3 ≈ 19 × 10¹⁶ cm⁻³ measured from the plasma column. These N_e values increase in the cathode and anode region.     

大气压甲烷针-板放电等离子体中粒子密度和反应路径的数值模拟

甲烷针-板放电与重油加氢耦合形成甲烷转化重油加氢,可实现重油高效加氢并增产高附加值低碳烯烃,有实践应用前景和科学研究意义.建立二维流体模型,对大气压甲烷针-板放电等离子体进行数值模拟,得到电场强度、电子温度和粒子密度的空间与轴向分布,总结反应产额并提炼生成各种带电和中性粒子的关键路径.模拟结果表明,CH_3~+和CH_4~+密度与电场强度和电子温度的轴向演化接近且密切相关;CH_5~+和C_2H_5~+密度沿轴向先增大后减小;CH_3与H密度的空间和轴向分布几乎相同;CH_2,C_2H_4与C_2H_5的粒子密度分布在靠近阴极的区域内明显不同而在正柱区内较为相像;电子与CH_4发生电子碰撞电离生成的CH_3~+和CH_4~+,CH_3~+和CH_4~+分别与CH_4发生分子碰撞解离生成C_2H_5~+和CH_5~+;电子与CH_4间的电子碰撞分解是生成CH_3,CH_2,CH和H的主导反应;CH_2与CH_4和电子与C_2H_4发生的反应分别是生成C_2H_4和C_2H_2的关键路径;电子与CH_4间的电子碰撞分解反应和CH_2与CH_4发生的反应的产额各占H_2总产额的52.15%和47.85%.     

RF discharges at atmospheric pressure

The described plasma source is based on the RF torch discharge. The powered RF electrode of the torch discharge plasma source is made from the thin metal pipe with an inner diameter of 1–2 mm and with a length of several cm. The working gas (argon pure or with an admixture of reactive components) flows through the RF electrode as the nozzle. The electrode is connected through the matching unit to the RF generator of the frequency of 13.56 MHz.The advantage of this described plasma source consists in the fact that the torch discharge remains stable up to the atmospherical pressure of the working gas even in the liquid environments. Up to now the torch discharge has been used only for treatment in liquid environment only for archaeological artefacts. For further applications it is necessary to additional study of this phenomenon. While in previous papers we presented a measurement of different temperatures from spectra emitted by plasma, there is drawn attention to equiintensity maps inside the nozzle.     

Distribution of the electromagnetic field of a high-frequency capacitive filamentary discharge operating at atmospheric pressure

Results are presented from measurements of the electromagnetic field of a high-frequency capacitive discharge operating in air and argon at atmospheric pressure. The experimental results are compared to those obtained for a high-frequency torch discharge.     

大气压氩气介质阻挡辉光放电的一维仿真研究

为了研究氩气(Ar)中介质阻挡大气压辉光放电(APGD)的放电机理, 通过建立一个一维的多粒子自洽耦合流体模型, 采用有限元方法进行数值计算, 得到了气体间隙压降、介质表面电荷密度、放电电流密度随时间的周期变化波形, 以及电子、离子、亚稳态粒子密度和空间电场强度的时空分布. 仿真计算结果表明：介质表面积聚的电荷对于放电的过程的起始及熄灭具有重要作用;当增大外施电压时, 放电击穿时刻提前, 放电电流密度和介质表面电荷密度峰值增大, 表明放电过程更加剧烈;随着阻挡介质相对介电常数的增大, 放电电流密度也随之增大. 各粒子密度及电场的时空分布表明放电过程在外施电压半个周期中只有一次放电, 且存在明显的阴极位降区、负辉区、等离子体正柱区等辉光放电的典型区域, 为大气压辉光放电(APGD).     

大气压Ar／NH3介质阻挡辉光放电的仿真研究

为了研究火气压下氩气（Ar）中掺杂氨气（NH3）的Ar／NH3介质阻挡辉光放电的放电机理,通过建立一‘个多粒子的自洽耦合流体模型,采用有限元方法进行数值计算,得到了气体间隙压降、介质表面电荷密度、放电电流密度随时间的周期变化波形,以及带电粒子、中性粒子与空间电场强度的时空分布．仿真计算结果表明：气体间隙的周期击穿过程主要由气隙电压控制,并受气隙两侧介质极板上积聚的表面电荷的影响．气隙间带电粒子密度和电场强度的时空分布表明本文的放电过程存在阴极位降区、负辉区、法拉第暗区、等离子体正柱区等辉光放电的典型区域,放电模式为大气压辉光放电．在Ar/NH3等离子体中,主要的正离子为NH＋,其次为Ar2＋,主要的负离子为NHi：NH3分解产生的主要的激发态分子为NH,NH2和N2H3,而最终的稳态产物主要是N2和H2．