氩气直流放电等离子体中三稳现象的半经典理论

本文从粒子间的电离、复合、激发和去激发等基本相互作用出发,解释了实验中观察到的各类三稳现象,并对更为复杂的现象如分岔、混沌等作了讨论。     

气体放电等离子体中的三稳现象及其唯象理论

本文简述氩气放电等离子体中三稳现象的实验结果。并用突变理论唯象地解释了其中出现的突变和滞后效应。对势阱中物理状态的分析,直观地给出了这些现象的物理图象。     

大气压脉冲调制射频氩气放电等离子体特性的数值研究

基于等离子体流体理论,建立了大气压脉冲调制射频氩气放电的一维流体模型。通过数值模拟的方 法研究了放电参数(放电电极间距、射频频率)对氩等离子体特性的影响。研究结果表明：当电压固定时,随着电 极间距的增加,等离子体区逐渐增大,最大电子密度也增加,在 0.20cm 达到最大值后略有降低;放电电流密度 与输入功率密度随着电极间距的增加而增加;鞘层区电子温度随着电极间距的增加而降低;在脉冲开启前期,等 离子体区电子温度随着电极间距的增加而增加,但当脉冲开启后期,电极间距对等离子体区电子温度影响较小。 不同射频频率下最大电子密度随电极间隙的增加而减小,也具有一个最优值。      

氩气/空气等离子体助燃激励器的实验研究

为了获得氩气/空气等离子体助燃激励器的特性,首先在空气中加入少量氩气的条件下,对条状、王状和网状三种不同电极形状的等离子体助燃激励器的放电特性进行对比,实验结果表明电极形状对激励器放电特性影响不大。然后对条形电极在纯空气和10%氩气/90%空气两种条件下的放电特性和发射光谱进行研究,发现加入氩气后,放电参数变化趋势与纯空气相似,但电流脉冲增多,放电均匀度增加,起始放电电压由27kV降低到24kV,并且介质阻挡放电发射光谱增强。     

减压氩气下基体对激光微等离子体电子温度的影响

以激光微区发射光谱分析仪结合CCD光栅光谱仪为装置，采用二谱线法，以FeⅠ356.54nm和FeⅠ358.12 nm为分析线，在减压氩气下，测量了镁基体、铝基体、硅基体和低碳钢标样6-0中的激光微等离子体的电子温度及其空间分布，给出了相同基体中微等子体电子温度的空间变化趋势和不同基体中相同空间位置处的电子温度的差异并进行了分析.利用测量的结果，以CuⅠ324.75 nm和ZnⅠ334.50 nm为分析线，从电子温度角度探索了两分析谱线相对强度的基体效应，给出了合理的解释. 关键词： 激光微等离子体 电子温度 减压氩气 基体     

大气压氩气射流等离子体的光谱特性研究

等离子体喷枪是一种重要的等离子体源,已成为近几年低温等离子体研究的一个重要课题。本文利用钨针-钨丝网电极制作了直流喷枪装置,在大气压空气中产生了稳定的等离子体羽,并采用发射光谱的方法,对等离子体羽的等离子体参数进行了研究。在钨针电极与钨丝网电极之间放出耀眼的白光,钨丝网电极出口的气流下游有火苗形状的等离子体羽喷出。在电压保持不变的条件下(13.5 kV),等离子体羽长度随气体流量增加而增大;在气体流量保持不变的条件下(10 L·min-1),羽长度随外加电压的增大而增大。在气体流量一定的条件下,放电电压和放电电流呈反比例关系,即电压随着电流的增大而减小,说明放电属于辉光放电。采集了该喷枪在300～800 nm范围内的放电发射光谱,通过玻尔兹曼方法对放电等离子体电子激发温度进行了测量。结果表明,电子的激发温度随外加电压的增大而降低,随着工作气体流量的减小而升高。利用放电的基本理论对上述现象做了解释。这些研究结果对大气压均匀放电等离子体源的研制和工业应用具有重要意义。     

射频辉光放电等离子体的电探针诊断

本文简要叙述了探针诊断技术的作用，比较了单、双探针测量技术的异同，分析了当前所碰到的主要问题和各种可能的解决办法。着重报导了我们提出和制作的加热调谐单探针装置，不仅抑制了射频干扰，还克服了中毒效应对探针测量的影响。首次成功地测量了射频辉光放电硅烷等离子体的电子能量分布函数、电子平均能量和密度。并对测量结果进行了简要的分析。     

辉光放电等离子体三维电流的理论分析

对辉光放电等离子体的稳态电流在三维空间的分布情形用解析表达式算出结果,从而展示了电流的连续性和理论的自洽性,对其他理论模型的弱点和其结果中的局限性也作了分析和讨论。本结果对研究低温等离子体可能具有重要意义。 关键词：     

高气压氩气辉光放电条纹等离子体的形成和演化

辉光放电等离子体正柱区内的自组织条纹现象是气体放电物理中的基础性问题,涉及电子动力学、输运过程、放电不稳定性、非线性现象等丰富的物理内容,是基础物理及其应用中备受关注的重要课题.本文报道了一种在千帕量级气压下产生的氩气辉光放电条纹等离子体,重点关注了条纹等离子体的电学、光学及电离波传播特征,从物理上分析了氩气条纹等离子体的产生及消除机制.研究结果表明,在此气压下产生的氩气条纹等离子体,其条纹长度约为1.5 mm,且随气压减小;电离波波速为1.87 m/s,频率为1.25 kHz.发射光谱诊断证实,条纹等离子体的产生与丰富的亚稳态原子密切相关,亚稳态原子导致的分步电离过程会引起电离不稳定性,这种不稳定性以电离波的形式传播,使得等离子体参数发生纵向调幅,从而形成明暗相间的条纹等离子体.加入氮气可有效猝灭亚稳态氩原子,调整电子能量分布函数,这使得等离子体的不稳定性条件被破坏,因此,条纹等离子体消失.本工作可为人们进一步认识和理解高气压下辉光放电条纹等离子体的形成及消除机制提供新的思路和实验依据.     

光谱方法研究大气压氩气等离子体喷枪的放电特性

利用同轴介质阻挡放电喷枪,通过氩气的流动在大气压空气中产生了均匀的等离子体羽。等离子体羽沿气流方向较为均匀,但在喷嘴处为白色且亮度较高,远离喷嘴处为蓝色,亮度较低。研究了等离子体羽长度与外加电压幅值、驱动频率和气体流速的关系,气流小于4 L·min-1时等离子羽的长度随气流的增大而增大,而当气流大于4 L·min-1时长度随气流的增大而减小。当气流保持恒定时,等离子体羽的长度随外加电压幅值或驱动频率的增大而增大。结合气体放电理论以及分析湍流和平流对放电的影响,对等离子体羽长度随实验参数的变化进行了定性解释。光学方法研究发现在外加电压正半周期等离子羽有一个发光脉冲,而负半周期没有发光信号。同轴介质阻挡放电正半周期有两个发光脉冲,负半周期有一个发光脉冲。通过对该N₂现象的分析,为等离子体羽的产生机制提供了一种可能的解释。采集了同轴介质阻挡放电和等离子体羽的发射光谱,研究发现除等离子体羽存在明显的OH和N₂的发射谱线外,其发射光谱没有明显差别。利用光学发射谱N+₂第一负带系,对等离子体羽转动温度进行了测量,发现转动温度沿远离喷嘴的方向逐渐降低,且转动温度随电压幅值的增大而增大。     

电荷电压法测量DBD等离子体的放电参量

在DBD应用研究中，使用电荷电压法能够测量许多重要参量，如放电功率、放电间隙等效电容、电介质层等效电容、着火电压、放电间隙等效电压及放电间隙电场强度等．同时根据电荷电压图形随工作条件及状态变化的情况还可以诊断DBD等离子体的工作稳定性．文章对相关原理、模拟实验结果及实际应用效果进行了介绍．     

射频辉光放电等离子体的电探针诊断及数据处理

Langmuir探针是等离子体诊断的一个重要方法.对探针I-V曲线进行求解二次微商是获得等离子体中的电子能量分布函数的关键.由Fourier变换导出一个求解微商的数值解方法.克服了现有方法所存在的缺点.实现了对探针I-V曲线求解二次微商的精确、自动运算.测量了硅烷射频辉光放电等离子体的平均电子能量(温度)和浓度随放电功率的变化. 关键词：     

氩气/甲烷/空气介质阻挡放电等离子体的发射光谱诊断

为了获得可燃气体的放电及等离子体发射光谱特性,进一步揭示等离子体助燃作用下燃料在稀燃状态的点火与燃烧特性,在常压下以氩气作为载气对预混的甲烷和空气进行放电研究。实验基于平行板电极射频(13.56 MHz)介质阻挡放电的等离子体发生装置,首先在常压下对体积分数为90%氩气/10%空气的混合气体开展放电研究;再在90%氩气含量不变的情况下,调节空气含量并加入与之能形成燃烧化学当量比Φ＝1的甲烷,氩气/甲烷/空气的混合气体同样能实现稳定而均匀的放电;最后分别在90%氩气含量不变,甲烷和空气在当量比为Φ＝0.4～1.9六种情况下进行放电实验。由光谱仪记录不同放电工况下的发射光谱信息,诊断反应产物类型,利用观测到的氮分子第二正带系(0-2)380.4 nm和(1-3)375.4 nm处的发射谱线,与自编程序计算的模拟谱线拟合,得出分子转动温度(即气体温度)。研究结果表明：通过拟合模拟光谱与实验所测发射光谱的方法推测分子转动温度,进而获得气体的平动温度,氩气/空气放电的气体温度可达到1 150 K,氩气/甲烷/空气Φ＝1时放电气体温度升高到1 390 K;甲烷与空气形成不同当量比时,所测等离子体气体温度相对于90%氩气/10%空气混合气体温度的温升在70～240 K范围变化;由光谱信息观测到CH,H,OH和CH₂O等活性粒子的存在以及气体温度的升高,表明可燃成分混合气在射频电场放电作用下发生等离子体燃烧化学反应并释放出化学热。     

托卡马克等离子体的热平衡特性与脱栏现象

本文利用欧姆加热条件下简化的能量平衡方程研究了热传导与杂质辐射的综合效应。首先指出边缘辐射带的建立与随半径增大而增大的K=nx模型紧密相关(x为电子热传导系数,n为等离子体密度),然后利用删削层中能量平衡关系确定边界温度,自洽地求解了能量平衡方程,得出的脱栏等离子体形成条件能较好地解释有关实验观察到的多种现象。     

等离子体放电柱磁螺旋不稳定性的线性理论

在静电磁流体方程基础上,提出了柱状放电电弧等离子体磁螺旋不稳定性的一种新的线性分析方法.通过数量级分析得到的简化扰动能量方程研究了外轴向磁场中阻抗粘滞m=1慢模,解析地给出了全部解和不稳定性增长率.并讨论了外加轴向磁场、弧电流和弧柱半径与外管壁半径相对大小等对电弧不稳定性的影响 关键词：     

水中放电等离子体状态方程的理论研究

 水中放电等离子体通道内温度达2×10⁴～5×10⁴ K、而压力达1～10 GPa。在这样的参数下,等离子体的状态方程已不能用理想气体状态方程来描述。首次考虑了粒子间的相互作用对水中放电等离子体参数下粒子电离能的影响,计算了电子的简并性、带电粒子间的库仑相互作用、原子内部能级扰动所产生的压力。计算结果表明：当H、O原子和离子的总密度n=10²⁹ m^-3时,若考虑电离能漂移,则电子密度提高的最大幅度达70%;电子的简并性对压力的影响很小;粒子间的库仑相互作用在高温区使总压减小较显著,但在所计算的参数范围内,其幅值也不大于10%;当n=10²⁹ m^-3、T≈2×10⁴ K时,原子内部能级的扰动使总压增大约30%。     

基于电参数的日光灯放电的等离子体特性的研究

利用数字示波器对电压电流的测量数据,通过各种电参数计算和谐波分析,研究了气体放电的等离子体一维壁稳弧通道模型,并对放电管的负载性质进行了讨论.     

常压下气体放电等离子体振荡的实验与理论研究

在实验上研究了高压交流电弧发生器电极间隙的气体放电及等离子体振荡, 观察到了气体放电过程中的纳秒脉冲.以电子的流体运动方程和麦克斯韦方程为理论基础, 利用δ函数来描述交变外电场作用下电极处的电子堆积现象,建立了常压下气体放电时等离子体在外电场中振荡的理论模型,通过Laplace变换求解出电极间的放电电压.理论与实验结果基本符合, 从而可估算出实验中等离子体的电子数密度为1.3× 10¹²/m³.     

黑腔中等离子体相互作用的流体力学现象观测

激光间接驱动惯性约束聚变实验中,黑腔内情况复杂,在激光烧蚀和辐射烧蚀等的驱动下,光斑区、冕区、纯辐射烧蚀区、射流区的多种等离子体以不同规律运动.发展了X光双能段窄能带的时间分辨成像方法,用以观测黑腔内多种等离子体的运动情况.在真空黑腔中观测到清晰的射流,分析了射流产生机制及其速度;在黑腔中充气,能有效消除射流和抑制冕区等离子体运动,但两种物质界面处可能会出现流体力学不稳定性等现象,分析了界面处的压力平衡关系和密度陡变情况.     

非链式化学HF（DF）激光器工作气体中电子分离的非稳定性和气体放电等离子体的自组织现象

报道了放电引发的非链式HF（DF）激光器中的激活介质由电子碰撞负离子分离引起的电离非稳定性。这种非稳性出现在电极空间分离、脉冲CO2激光加热的基于sF6的混合气体的大体积放电中。实验研究了自引发体放电过程中由激光加热引起的放电等离子体的自组织现象以及由此在放电间隙的大部分区域形成的准周期等离子体结构。重点分析了等离子体结构随气体温度和注入能量的变化,讨论了等离子体自组织对电子碰撞分离不稳定性所产生的影响,解释了混合气体中由于电子碰撞使负离子消失导致的单等离子体通道移动的产生机理。