低成本脉冲源驱动的纳秒脉冲等离子体固氮

纳秒脉冲等离子体在环境工程领域与生物医学领域有着广阔的应用前景。本文介绍了一种集成度较高、成本较低的kHz脉冲电源和一种简单、实用的等离子体发生装置。本文所提及的脉冲电源的成本在2000元以内,电压峰值、放电频率均可通过修改电路元件参数进行调节。该等离子体放电装置在大气压条件下可产生体积为25cm×25cm×2cm的均匀等离子体区,放电装置的工作气体为空气或氮气。将雾滴通过等离子体放电区域后,等离子体中的气相NOx、O和OH-等粒子溶解在雾滴中,并通过一系列反应形成NO-2、NO-3和NH+4,从而实现大气压条件下的低温等离子体固氮。     

可再生能源的开发与利用

为了人类持久的能源供应及日益严重的环境问题,由石化能源逐步过渡到以再生能源为主的时代终将来临。本文简单介绍了新能源在我国发展的优势、条件及目前的发展状况。     

典型大气压冷等离子体射流的剂量评估

在大气压冷等离子体(Cold atmospheric plasma, CAP)的生物医学应用中,不同强度的CAP处理生物材料会带来具有显著差异的作用效果。因此,引入等离子体剂量来定量化描述等离子体对材料的作用量,从而获得理想的CAP处理效果,对于推动CAP的生物医学应用具有十分迫切的需求。药学中常采用“半数致死剂量(LD₅₀)”描述药物毒性,而我们前期的研究工作表明该方法也适用于等离子体剂量的评估,且具有通用性强、操作便捷等特点。本论文基于LD₅₀-等离子体剂量评估方法获得了大气压射频辉光放电等离子体射流处理人体胚胎肾293细胞的LD₅₀数值,并与另一种典型CAP源,即大气压介质阻挡放电等离子体射流的剂量值进行了对比和分析。本论文工作进一步验证了LD₅₀-等离子体剂量评估方法的可靠性和便捷性,也为两种典型CAP源在生物医学等领域的实际应用提供了一定的理论指导和剂量参考。     

等离子体隐身技术的WKB方法

研究了非磁化等离子体的碰撞吸收隐身技术机理。用WKB方法给出了垂直入射、斜入射情况下,非磁化不均匀等离子体密度覆盖导体平板的等离子体对不同频率电磁波的反射系数。给出了不均匀非磁化等离子体密度、等离子体碰撞频率、电磁波频率与碰撞吸收的关系。     

等离子体吸收隐身技术的吸收功率数值模拟

介绍了等离子体吸收隐身的机理,并对等离子体吸收隐身在特定的参数下进行了数值模拟,从中分析出了影响等离子体吸收隐身技术效果的几个因素.     

射频等离子体压力传感器及其在动态压力测量中的应用

为精确测量高温高压严苛环境下的动态压力数据,本文设计了一种基于射频等离子体原理的压力传感器,并研究了该传感器在不同电源输出功率时对气压变化的响应规律,及不同温度环境下的工作特性,最后利用该传感器在低速轴流压气机实验台上进行了叶顶动态压力场的测量。实验结果表明,射频等离子体压力传感器电极间隙为220μm时,气压从0.4 atm升高到4.5 atm,灵敏度为0.22 V/kPa;标准大气压下环境温度从25℃上升到400℃时,传感器两端维持电压基本不变,说明该传感器在此温度范围下不具有温度敏感性;低速轴流压气机叶顶动态压力场测量实验结果表明,等离子体压力传感器和Kulite压阻式传感器具有同样捕捉叶片通过频率和叶顶泄漏流的自激非定常特征频率的能力。     

简并金属等离子体纵振荡的色散关系

在计入离子运动对色散关系产生影响的基础上,数值求解了完全简并金属等离子体中纵振荡的完全色散关系.将其色散曲线与纯电子等离子体色散曲线对比,得到了是否需要考虑离子贡献的分界线.此外,对比不同电子-离子温度比值、不同电子温度、不同密度的色散曲线.还得到了电子一离子温度之比不影响色散关系、密度越大振荡的截止频率就越大等结论.     

非磁化等离子体的时域有限差分方法

时域有限差分（FDTD）算法被广泛地用于模拟电磁场的传播。给出了电磁波在非磁化等离子体中传播的稳定条件，并给出了几种非磁化色散等离子体的FDTD方法，包括：递归卷积（RC）法，分段线性递归卷积（PLRC）法，电流密度卷积（JEC）法，方向交替隐式（ADI）法和高阶FDTD算法。同时对结果进行了分析。     

表面等离子体干涉光刻理论计算

推导了基于衰减全内反射结构的表面等离子体干涉光刻磁场强度分布的解析表达式,讨论了该光刻结构的最优化条件.当激发光为325nm激光,棱镜和光刻胶的折射率分别为1.94和1.53时,最优化的Al膜厚为19.2nm,共振角为58.83°,激发的表面等离子体干涉刻写光栅的特征尺寸为48.9nm,小于1/6波长.计算结果表明,高折射的光刻胶可以制造高分辨率的光栅.     

分段线性电流卷积时域有限差分法及在等离子体隐身技术中的应用

给出了一种高效性和高精度的算法——分段线性电流卷积时域有限差分算法,并应用于模拟电磁场在色散等离子体介质中的传播。给出了电磁波在非磁化等离子体平板的反射系数,并对算法的高效性和高精度进行了验证。用分段线性电流卷积时域有限差分算法计算了等离子体覆盖的二维方柱的双站雷达散射截面,并对结果进行了分析。     

用于等离子体质谱的可替换毛细管同心雾化器

自制了一种进样毛细管可替换的常规同心雾化器,由雾化器器体、石英毛细管(外径0.37 mm,内径0.25mm)和雾化器适配器在环氧树脂胶的黏合作用下组装而成.将雾化器浸入沸水中,环氧树脂胶即软化,从而实现雾化器各组件的拆卸分离及破损或堵塞的进样毛细管的更换.自制同心雾化器在雾化气流量为0.87L.min-1、样品提升量在1.09mL.min-1左右达到最佳灵敏度.在最佳实验条件下,比较了自制的毛细管同心雾化器和Mein-hard同心雾化器的性能,前者在灵敏度、检出限、准确度、长期稳定性和多原子离子产率方面均优于或相当于后者.自制的可替换毛细管同心雾化器相比同类的商品同心雾化器,具有制作简单、使用方便、维护经济等优点.     

在相对论性等离子体中横振荡色散关系的数值分析

对Mikhailovskii的横振荡色散关系的物理模型进行数值模拟。所得结果在极端相对论下（α=0．3）不仅与Mikhailovskii的理论相吻合,还得到了Mikhailovskii没得到的1〈-↑vp〈10范围内的色散关系,而且将α取不同值的色散关系全数据化地模拟了出来。     

等离子体中磁单极子沿双曲线轨道运动的辐射

从运动磁单极子产生的流密度方程出发,研究了在中心力场中沿双曲线运动磁单极子辐射能量谱,并对其进行数值计算.分析了磁单极子在等离子体中沿双曲线运动的辐射特点.     

脉冲调制微波放电等离子体的数值模拟

建立零维空气与氩气微波放电等离子体数值模型,研究调节约化电场强度和占空比对空气和氩气微波放电等离子体的影响,系统地阐述不同约化电场强度和占空比下电子密度的时间演化与平均粒子密度的变化,以及空气反应中粒子的主要生成路径。计算结果表明：在放电阶段,随着约化电场强度的增加,空气与氩气微波放电等离子体的电子密度峰值呈增大趋势。随着占空比的增加,空气微波放电等离子体电子密度峰值呈减小趋势,氩气等离子体电子密度峰值保持不变。大部分粒子的平均密度随着约化电场强度和占空比的增大而增大,且氩气等离子体的平均电子密度高于空气的。     

线偏振激光在等离子体中的调制相互作用

激光在等离子体中传播时,横等离激元与驱动的离子声波发生调制相互作用,出现调制不稳定性。随着调制不稳定性的非线性发展,将使得激光场峰值越来越大,最终导致激光场的坍塌。利用电磁波在等离子体中的非线性色散关系以及Karpman方程,首次得到在一般情况下调制不稳定性的时间增长率与扰动态波数之间的函数关系。结果表明,调制不稳定性的时间增长率随着激光强度的增大而增长;越接近等离子体临界面处,调制不稳定的时间增长率的峰值显著增长。同时从线偏振激光场波包所满足的非线性控制方程出发,利用维里定理,讨论调制不稳定发展后期的波包坍塌动力学问题,证明了激光场具有塌缩行径。更多还原     

相对论性非广延分布等离子体自生磁场方程

磁场是等离子体中重要的非线性结构。有关等离子体中磁场的产生机制是等离子体物理学研究的重点课题,在激光等离子体及核聚变物理中有重要应用。近年研究结果表明,非广延分布函数在描述等离子体系统时更具优越性,现已成为国际研究热点。考虑波-波、波-粒相互作用,从弗拉索夫方程及麦克斯韦方程组出发,利用自生磁场理论,建立起相对论非广延分布等离子体中的低频磁场控制方程。 更多还原     

气体放电等离子体的耗散结构和密度涨落

本文采用非平衡动力学和随机理论方法讨论了直接电离、电子离子复合情形下的气体放电等离子体密度的耗散行为和涨落;得到稳定性条件和耗散结构分枝解。密度涨落的时间关联特性可以用一个参数C2完全描述。文中解出了等离子体中的涨落波波谱。但其谱性质与线性谱不完全相同。当考     

电子、正电子、离子等离子体尾场中被加速正电子的研究

为了研究在激光驱动的等离子体尾场中被加速正电子的动力学,使用了由电子、正电子、离子组成的等离子体,通过采用数值模拟方法得到了非对称脉冲驱动的尾波场中被加速的正电子的运动相图、动能变化,势能。数据结果表明：非对称激光脉冲驱动尾场中正电子得到很高的能量。提高等离子体中的正电子比例会使电子和正电子的加速效果减弱。在非对称激光脉冲驱动的激光尾场中,为了有效地加速正电子,要选择恰当的上升激光脉冲长度和下降激光脉冲长度。     

基于发射光谱的大气压脉冲调制氩表面波等离子体的特性

以微波表面波形式激励的大气压放电等离子体能够在远离发生器的区域产生高密度等离子体且无需波导约束电磁波传输,从而提高了实际应用中微波耦合等离子体的处理效率和可操作性。本文介绍了表面波等离子体源的装置结构及其放电机制。基于等离子体发射光谱,利用Hα谱线的斯塔克展宽法和谱线-连续谱比值法分别诊断了等离子体中电子密度和温度,研究了脉冲调制等离子体在放电过程中电子密度和温度随瞬时功率、调制频率和轴向位置的变化规律,以及氩原子谱线强度的时间演化,并讨论了对电子密度和温度的影响机制以及等离子体余辉过程中激发态氩原子的产生机制。结果表明,等离子体电子密度可达～1015 cm-3且与局域微波耦合能量密度呈正相关,而电子温度受外部条件的影响相对较小,激发态氩原子主要由类似沙哈平衡过程控制。     

Epstein分布非磁化等离子体隐身的FDTD分析

用一种新的色散介质的FDTD算法称为分段线性电流密度递归卷积FDTD算法(PLCDRC)分析了非磁化等离子体的隐身技术。通过计算等离子体平板对电磁波的反射和透射系数验证了该算法的高效性和高精度。计算了电子密度Epstein分布的不均匀非磁化等离子体覆盖目标的隐身效果。