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采用简化阴极的一维边界层模型,将同轴磁旋转电弧等离子体发生器的阴极与弧柱耦合求解,使用FLUENT软件,数值模拟了不同锥角阴极的形状对磁分散电弧等离子体、阴极弧根和阳极弧根位形的影响.结果表明:阴极弧根具有扩散特征,其电流密度为107A·m-2量级;阴极形状的改变引起阴极弧根位形和电流密度分布变化,从而影响等离子体参数分布;随着阴极锥角的增大,阴极弧根从阴极前端移动到阴极侧面,等离子体区域向下游偏移,等离子体轴向厚度减小.     

大功率长寿命电弧等离子体炬的研制

通过对大功率长寿命等离子体炬的基本特性的深入了解,得到了一套完整的等离子体炬运行参数.制成的等离子体炬功率在80～250kW之间可任意调节,弧电压最高达到490V,热效率最高达到73%,等离子体射流长度大于40cm.研制的等离子体系统运行稳定,性能可靠,阴极烧损量仅为4.1ng.C-1.该等离子体炬已成功地应用于三废处理实验中,运行时间已超过100h.     

气压对大面积等离子体片电子密度分布的影响

利用脉冲磁约束线形空心阴极放电装置,在 15 mT磁场约束下,产生了持续时间为200 s、峰值放电电流为3 A、面积为60 cm60 cm的大面积等离子体片。采用快帧法和旋转空心阴极法,在90~210 Pa内,利用朗缪尔探针首次获得了不同气压的等离子体片的厚度向电子密度分布及其演化构成的二维分布图;研究了在同等峰值放电电流条件下,等离子体片达到最大厚度向峰值电子密度时,气压对所需放电时间、最大厚度向峰值电子密度及电子密度半高宽的影响。结果表明：在相同的峰值放电电流条件下,等离子体片达到最大厚度向峰值电子密度的时间随气压的降低而减小;气压越低,最大厚度向峰值电子密度越大,电子密度半高宽越小。     

气压对大面积等离子体片电子密度分布的影响

利用脉冲磁约束线形空心阴极放电装置,在15mT磁场约束下,产生了持续时间为200μs、峰值放电电流为3A、面积为60cm×60cm的大面积等离子体片。采用快帧法和旋转空心阴极法,在90~210Pa内,利用朗缪尔探针首次获得了不同气压的等离子体片的厚度向电子密度分布及其演化构成的二维分布图;研究了在同等峰值放电电流条件下,等离子体片达到最大厚度向峰值电子密度时,气压对所需放电时间、最大厚度向峰值电子密度及电子密度半高宽的影响。结果表明:在相同的峰值放电电流条件下,等离子体片达到最大厚度向峰值电子密度的时间随气压的降低而减小;气压越低,最大厚度向峰值电子密度越大,电子密度半高宽越小。     

大面积等离子体片密度分布分析

利用空心阴极放电产生了尺寸为60 cm× 60 cm× 2 cm的大面积等离子体面. 在实验室条件下对大面积等离子体片的密度分布进行了测量. 由于高压放电脉冲脉宽较短, 实验中改变了测量方法, 同时, 在中等磁场影响下, 为了得到真实的等离子体密度, 进行了必要的数值修正.在放电电流为1---6 A时, 测量了二维的电子密度分布. 另外, 测量并讨论了其他环境参数对等离子体密度的影响. 电子密度的分布情况对与微波波束切换相当重要. 由空心阴极增强型放电产生的大面积等离子体面具有反射X波段(8---12 GHz) 微波需要的足够稠密的电子密度和足够均匀的密度分布, 这是等离子体面在雷达系统中取代金属面板的有利条件.     

不同水深水下湿法焊接电弧等离子体数密度研究

水下湿法焊接技术应用日益广泛,由于特殊的焊接条件,导致深水下其焊接质量亟待改善.通过搭建水下湿法焊接实验平台,压力罐调节气压分别模拟0.3,20和40 m水深,界定焊接引弧阶段,分别采集三个水深环境条件下焊接引弧阶段的光谱信息及电压电流数据,采集光谱信息时利用光谱仪的延时触发功能,分别采集引弧5,10,15,20和25...     

等离子体显示大面积闪烁的客观评价

针对等离子体显示普遍存在的大面积闪烁现象,提出了一种基于时变光信号亮度测量系统的大面积闪烁客观评价方法。时变光信号亮度测量系统利用光电管和亮度计,实现了对显示屏输出光信号亮度值随时间变化的快速、准确记录。基于阴极射线管显示临界闪烁频率估算模型,通过主观视觉感知实验,利用测量系统得到亮度随时间的变化关系,建立了平均感知闪烁程度估算模型。估算模型输出结果与视觉感知实验数据相关系数达到0.98。该测量系统与估算模型实现了对等离子体显示大面积闪烁的客观度量,并与主观视觉感知实验结果相吻合,是等离子体显示屏优化设计和显示行业标准建立的有效工具。     

激光—双丝复合焊接电弧等离子体温度计算及耦合机理分析

采用光纤式光谱仪,对激光—双丝脉冲MIG复合焊接电弧等离子体辐射规律进行探讨,结合焊接过程中的高速摄像图片探讨激光与电弧的耦合机理,并运用Boltzmann图法计算出电弧等离子体的电子温度。结果表明,加入激光后,电弧的亮度提高,辐射增强,电弧偏向激光作用位置,同时电弧收紧,电弧截面减小,电弧稳定性增强;激光功率、焊接电流和焊丝间距对电弧等离子体温度有比较大的影响,随着激光功率的增加、焊接电流增大和焊丝间距的减小,电弧等离子体电子温度升高。     

等离子体电弧现象的高速摄影及分析研究

通常TIG（Tungsten Inert Gas）进行不锈钢焊接时，熔深一般为2-3mm，对于厚板材料的焊接就必须来用其它工艺方法，焊接效率低。其原因是TIL焊时电弘在空间上分散，电弧的热流密度和电弧电压强较低。目前国内外为提高TIG焊的熔深，正在研究在焊接工件表面涂数活性焊剂的ATIG（Actire Tungsten Inert Gas）这一全新焊接方法。对ATIG焊时增加熔深的机理，各研究报道多处于假设与猜想阶段，尚无实验证明。本实验中用表面涂敷SiO2、TiO2、氟化物单一纯净物及三者按一定比例混合的混合物，对不锈钢进行TIG焊，通过高速摄影技术及照片分析，对ATIG的等离子体电弧及焊缝熔深进行了实验研究。结果表明：表面涂敷活性焊剂后，TIG焊电弧形态发生显著变化。氟化物使电弧更加分散，而SiO2、TiO2及三者混合物促使电弧明显收缩，电弧内高温等离体流速增大，热量集中。与正常TIG焊相比熔深增加2-3倍，大大提高了焊接效率。     

电磁波在大面积等离子体片中传播特性的分析

脉冲磁约束线形空心阴极放电形成的大面积等离子体片可应用于等离子体天线、隐身及模拟超音速飞行器表面的等离子体鞘套. 本文首次利用实测等离子体片电子密度时空分布和横向场传播矩阵法, 研究了电磁波在等离子体片中反射率、透射率、吸收率随频率及脉冲放电时间的变化特征. 结果表明: 极化方向平行磁场的电磁波, 在小于截止频率的低频带内具有较高的反射率和吸收率, 增大电流, 反射率增加, 吸收率下降, 在大于截止频率的高频带内反射率和吸收率较低, 增大电流, 透射率下降, 吸收率升高; 极化方向垂直磁场的电磁波在高混杂谐振频率附近存在吸收率明显增强的吸收带, 谐振吸收峰值与放电电流无关; 脉冲放电期间, 电磁波的反射率、透射率与吸收率由不稳定过渡到稳定的时间约为100 μs, 过渡时间随着放电电流的增加而增大, 极化方向垂直磁场、小于截止频率的电磁波在稳定放电阶段谐振吸收较强. 本文的研究成果对利用等离子体片实现对电磁波的稳定高反射作用具有重要意义.     

ICCD紫外告警系统能量传递过程分析

从目标的辐射能量传递出发,针对紫外告警系统的作用距离估算问题,分析了辐射照度与辐射通量两种形式下的能量在ICCD紫外告警系统中的传递过程。分别将上述过程用于实例的计算,得到了CCD靶面能量与作用距离的关系。此过程的分析为建立基于点源探测和基于成像探测的紫外告警系统作用距离估算模型提供了理论依据。     

Evolution of magnetically rotating arc into large area arc plasma

An arc channel tends to shrink due to its conductivity increasing with the increase of temperature.In this study,to generate large area arc plasma,we construct a magnetically rotating arc plasma generator,which mainly consists of a lanthanide tungsten cathode(13 mm in diameter),a concentric cylindrical graphite anode chamber(60 mm in diameter)and a solenoid coil for producing an axial magnet field.By controlling the cold gas flow,the magnetically rotating arc evolves from constricted mode to diffuse mode,which almost fills the whole arc chamber cross section.Results show that the diffuse arc plasma has better uniformity and stability.The formation mechanism of large area arc plasma is discussed in this paper.     

光锥耦合对ICCD成像系统分辨力的影响分析

对耦合过程中的每个环节的分辨力变化情况进行了实际测试和对比分析。阐述了制约ICCD分辫率的瓶颈因素,提出了通过耦合高清数码相机CCD来提高ICCD分辨力的方案。     

Production of a large area diffuse arc plasma with multiple cathode

An arc channel at atmospheric pressure tends to shrink generally. In this paper, a non-transferred DC arc plasma device with multiple cathode is introduced to produce a large area arc plasma at atmospheric pressure. This device is comprised of a 42-mm diameter tubular chamber, multiple cathode which is radially inserted into the chamber, and a tungsten anode with a nozzle in its center. In argon/helium atmosphere, a large area and circumferential homogenous diffuse arc plasma, which fills the entire cross section surrounded by the cathode tips, is observed. Results show that the uniformity and stability of diffuse arc plasma are strongly related to the plasma forming gas. Based on these experimental results, an explanation to the arc diffusion is suggested. Moreover, the electron excitation temperature and electron density measured in diffuse helium plasma are much lower than those of constricted arc column, which indicates the diffuse helium plasma probably deviates from the local thermodynamic equilibrium state. Unlike the common non-transferred arc plasma devices, this device can provide a condition for axial-fed feedstock particles. The plasma device is attempted to spheroidize alumina powders by using the central axis to send the powder. Results show that the powder produced is usually a typical hollow sphere.     

利用ICCD定位宇宙线来测量探测器时间分辨的方法研究

本研究采用双层150 mm×150 mm闪烁条阵列定位宇宙线的入射和出射位置. 阵列信号光使用波移光纤吸收传输,在ICCD相机前插入前置像增强器,使信号光延迟大于200 ns, 使ICCD可以由外部高速触发信号控制,有效记录随机触发事例.该宇宙线定位系统可以同时多点密集测量 通用探测器测试平台的时间分辨和闪烁光的渡越时间.该新方法与传统时间分辨测量方法相比提高了30倍以上 的效率.实验结果显示:时间探测器的时间分辨好于200 ps,满足通用探测器测试平台的设计要求.     

紫外ICCD面均匀性测试技术研究

以辐射度学为理论基础,研究了紫外ICCD(UV-ICCD)面的响应均匀性测试技术。论述了200～300nm UV-IOED面均匀性的测试方案。使用入射口径为100μm的光谱仪对UV-ICCD靶面处的均匀性进行了测试。测试结果表明,靶面处辐照度场的不均匀性不高于1.6%。在对靶面处的均匀性进行测试的基础上,对UV-ICCD面的均匀性进行了实际测量,并进行了不确定度分析。结果表明,该方案可应用于UV-ICLD光电探测器件的面均匀性测量。     

ICCD系统中对像增强器制冷降噪效果的分析

在ICCD摄像机上加装一个半导体制冷器,对像增强器进行实时降温处理,以降低系统时空域噪声。为了评价半导体制冷器对ICCD系统噪声的影响,运用三维噪声模型对制冷前后系统的时空域噪声和信噪比进行了分析,发现半导体制冷器能够有效地降低像管的噪声。     

用ICCD作光开关测量储存环中光学速调管谐波超辐射

 用高通断比ICCD作为快速光开关,在中国科学技术大学的800MeV电子储存环上建造了一套光学速调管谐波超辐射测量系统,从每隔106个自发辐射脉冲1个谐波超辐射脉冲所形成的脉冲链里选出超辐射脉冲,测量谐波辐射的相干增强因子和谱宽。     

Two-dimensional model of a large area, inductively coupled,rectangular plasma source for chemical vapor deposition

A novel design for an inductively coupled, rectangular plasma source is described. The design encompasses several key issues of large area thin film growth by chemical vapor deposition: structural integrity, electrostatic screening, substrate temperature control and maximal growth surface. A test reactor has been utilized to grow diamond films over ~1800 cm² at 13 MHz and ~1 torr pressure with 45 kW coupled power. The design is readily scalable to larger areas. To analyze the axial plasma uniformity, a two-dimensional (2-D) simulation model is presented. The electromagnetic coupling, nonequilibrium plasma chemistry and multispecies diffusion are self-consistently treated. In this 2-D approach, the slotted Faraday screen behaves as a diamagnetic medium in transmitting the magnetic field. Results are compared with experimental data for the hydrogen plasma extent, electron and gas temperatures. Neutral gas thermal conduction and hydrogen recombination dominate the energy deposition to the wall and in turn govern the plasma length. A tradeoff between quality and growth area is predicted for the reactor as the pressure is decreased