钨等离子体平均离化度研究

用SHML模型计算了在局域热力学平衡条件下钨等离子体在温度为0.3～10keV、密度为0.001～0.1 g.cm-3范围内的平均离化度,研究了钨等离子体平均离化度随温度、密度的变化规律.结果表明,钨等离子体的平均离化度随着密度的增加而减小,随着温度的升高而增大,并且在增大的过程中出现了三个平台.研究了电离势对离化度的...     

高密度氩等离子体电子密度的计算

用屏蔽氢离子模型计算了冲击压缩产生的温度T～2.0eV、密度ρ～0.01g/cm3～0.49g/cm3范围内氩等离子体的电子密度,探讨了不同温度、密度范围内的高密度氩等离子体中粒子之间相互作用对电子密度的影响.     

Gd靶激光等离子体光源离带辐射及其等离子体演化的研究

利用脉冲宽度为10 ns,输出波长为1 064 nm的Nd∶YAG激光器作用金属Gd以及纳米粒子掺杂的低密度Gd玻璃等两种形式靶所产生等离子体光源的离带辐射进行了研究,发现等离子体所发出的连续辐射是离带辐射的主要成分,光谱分布与温度为5 eV的普朗克曲线相匹配。此外,相对于金属Gd靶而言,采用纳米粒子掺杂的低密度Gd玻璃靶可大幅度降低等离子体光源的离带辐射。利用光谱法,对激光作用纳米粒子掺杂的低密度Gd玻璃靶所形成光源的等离子体羽的电子温度和电子密度进行了时空分辨研究。实验结果表明,在打靶结束125 ns时,距靶面6 mm位置处等离子体的电子温度约为4 eV,电子密度约为1.2×1018 cm-3。同时发现在激光打靶结束后等离子体羽的电子温度和电子密度随延时的变化而呈指数下降,在120～250 ns时间范围内,两者下降较快,之后其幅度下降缓慢。另一方面,当打靶脉冲结束约200 ns时,在距离靶面1～10 mm的空间内等离子体的电子温度及密度均经历先上升后下降的变化过程。在距靶材表面6 mm位置处,电子温度和电子密度均达到最大值,电子温度约为2.6 eV,电子密度为8.5×1017cm-3。     

傅里叶变换法计算焊接电弧光谱Stark展宽研究

利用电弧光谱,采用Stark展宽法计算电子密度是测量等离子体电子密度最有效、最准确的方法。而如何从众多展宽机制复合的谱线中分离出Stark展宽是应用Stark展宽法的难点。利用傅里叶变换从测得的光谱线形中分离出Lorentz线形,从而准确获得Stark展宽,并且计算了TIG焊电弧等离子体电子密度的分布。这种方法不需要准确测量电弧温度,不需要测量仪器展宽并且对数据有去噪作用。计算结果表明：在轴线上,TIG焊电弧电子密度随着离钨极距离的增大而减小,变化范围在1.21×1017~1.58×1017 cm-3之间;在径向,电子密度随离轴距离的增大而降低,在靠近钨极区域具有离轴最大的性质。     

Stark线形与ICF等离子体诊断

本文理论计算了ICF等离子体中离子或原子的发射谱线线形函数,该线形主要是由Stark效应产生的.我们的研究表明该谱线线形函数的宽度随电子温度变化很缓慢,而随电子密度变化很敏感.结合局部热动平衡理论,并利用实验测量的氩(Ar)和硫(S)的α线与β线的线强比,分别估算出等离子体的电子温度为885 eV和793 eV.通过理论计算的Stark线形函数与ICF实验谱线的比较,估算出ICF等离子体的电子密度Ne=1.0×1024.     

Ar流速对多级弧放电装置中Ar等离子特性的影响

采用PLASIMO程序模拟了入口处Ar流速对多级弧放电产生的非热平衡Ar等离子体特性的影响。模拟结果发现:从入口处到出口处,沿中心轴线,压强逐渐降低,电子平均能量基本保持不变。当流速一定时,从器壁到中心轴线处,电子数密度呈增大趋势;从入口处到出口处,电子数密度呈先增大后减小的趋势;当流速分别为50,100,150和200 cm3/s时,电子数密度最大值分别为10.131021,16.311021,18.981021和26.331021 m-3;随着流速的增大,其电子数密度逐渐增大。当流速一定时,从器壁到中心轴线处,电子温度逐渐增大;从入口处到出口处,电子温度呈先增大后减小再增大的趋势,并在中心轴线处距入口55～60 mm有最大值,当流速分别为50,100,150和200 cm3/s时,其最大值分别为1.299,1.234,1.157和1.132 eV;由于入口处和器壁处的电子温度都为0.517 eV,所以随着Ar流速的增大,其电子温度逐渐减小。当Ar流速一定时,从器壁到中心轴线处,离子温度逐渐增大;从入口处到出口处,离子温度呈先增大后减小的趋势,并且在中心轴线距入口20～30 mm离子温度取得最大值,当流速分别为50,100,150和200 cm3/s时,离子温度最大值分别为0.815 6,0.907 02,0.975 2和1.014 eV。随入口处流速的增大,电弧腔体内的离子温度逐渐增大。     

Ar/CH4等离子体射流发射光谱诊断研究

为了更加深入的研究大气压条件下Ar/CH₄等离子体射流的放电机理和其内部电子的状态,通过自主设计的针-环式介质阻挡放电结构,在放电频率10 kHz、一个大气压条件下产生了稳定的Ar/CH₄等离子体射流,并利用发射光谱法对其进行了诊断研究。对大气条件下Ar/CH₄等离子体射流的放电现象及内部活性粒子种类进行诊断分析,重点研究了不同氩气甲烷体积流量比、不同峰值电压对大气压Ar/CH₄等离子体射流电子激发温度、电子密度以及CH基团活性粒子浓度的影响规律。结果表明,大气压条件下Ar/CH₄等离子体射流呈淡蓝色,在射流边缘可观察到丝状毛刺并伴有刺耳的电离声同时发现射流尖端的形态波动较大;通过发射光谱可以发现Ar/CH₄等离子体射流中的主要活性粒子为CH基团,C,CⅡ,CⅢ,CⅣ,ArⅠ和ArⅡ,其中含碳粒子的谱线主要集中在400~600 nm之间,ArⅠ和ArⅡ的谱线分布在680~800 nm之间;可以发现CH基团的浓度随峰值电压的增大而增大,但CH基团浓度随Ar/CH₄体积流量比的增大而减小,同时Ar/CH₄等离子体射流中C原子的浓度随之增加,这表明氩气甲烷体积流量比的增大加速了Ar/CH₄等离子体射流中C-H的断裂,因此可以发现增大峰值电压与氩气甲烷体积流量比均可明显的加快甲烷分子的脱氢效率,但增大氩气甲烷体积流量比的脱氢效果更加明显。通过多谱线斜率法选取4条ArⅠ谱线计算了不同工况下的电子激发温度,求得大气压Ar/CH₄等离子体射流的电子激发温度在6 000~12 000 K之间,且随峰值电压与氩气甲烷体积流量比的增大均呈现上升的趋势;依据Stark展宽机理对Ar/CH₄等离子体射流的电子密度进行了计算,电子密度的数量级可达1017 cm-3,且增大峰值电压与氩气甲烷体积流量比均可有效的提高射流中的电子密度。这些参数的探索对大气压等离子体射流的研讨具有重大意义。     

金等离子体平均离化度随电子温度变化关系的研究

用Cowan的原子结构从头算程序和自旋轨道劈裂阵模型计算各阶电离的金离子能级和跃迁， 在碰撞辐射模型下求解能级布居数方程，计算给定等离子体密度和电子温度下等离子体中离子的分布，给出了平均离化度随电子温度的变化关系.发现稀薄的金等离子体中，在一定的电子温度范围内电子温度的升高平均电离度反而下降的反常现象.讨论了电离势对平均离化度的影响. 关键词： 金等离子体 碰撞辐射模型 布居数 平均电离度     

非对称磁镜场电子回旋共振氧等离子体刻蚀化学气相沉积金刚石膜

分别应用郎缪尔双探针和离子灵敏探针对非对称磁镜场电子回旋共振氧等离子体的电子参数、空间分布和离子参数进行了测量,分析了气压对等离子体参数及空间分布的影响。利用该等离子体在优化的气压条件下对化学气相沉积金刚石膜进行了刻蚀,并研究了刻蚀机理。结果表明:电子温度为5~10 eV,离子温度为1 eV左右,而等离子体数密度在1010cm-3数量级。随气压的升高,电子和离子温度降低,而电子数密度先增大后减小。在低气压下等离子体数密度空间分布更均匀,优化的刻蚀气压为0.1 Pa。刻蚀过程中,离子的回旋运动特性得到了加强,有利于平行于金刚石膜表面的刻蚀,有效地保护了金刚石膜的晶界和缺陷。     

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。     

温稠密铝等离子体物态方程及其电离平衡研究

温稠密物质的物性参数在惯性约束聚变能源、Z箍缩等高能量密度物理领域的实验结果分析和物理过程数值模拟等方面有着重要的应用价值.本文应用部分电离等离子体模型,在理想自由能的基础上考虑了库仑相互作用、排斥体积作用和极化作用等非理想特性,开展了温稠密等离子体物态方程和电离平衡的研究.计算了温稠密铝等离子体的压强等物态方程数据和在密度为1.0×10^-4-3.0 g/cm^3,温度为1.0×10^4-3.0×10^4 K范围内的粒子组分.计算结果显示,铝等离子体的平均电离度在临界密度区域内随着密度的增加而突然增大.根据非理想Saha方程中有效电离能这一关键参数,分析了铝等离子体平均电离度在临界密度区域内随密度迅速增大的现象.     

一种计算氩等离子物态方程的简单模型

将Thomas-Feimi统计模型电离势的数值结果进行函数逼近，给出一个便于近似数值求解的解析表达式和计算电离度的近似计算方法，计算了Ar元素LTE情况下的电离度和物态方程，结果与Saha模型的计算结果和实验结果符合较好.所提出的简单模型也适用于计算混合物物态方程，可以在电磁发射技术领域中的强电离等离子体中有广阔的应用前景. 关键词： 等离子体 物态方程 电离势 电离度     

Power Consideration for Pulsed Discharges in Potassium Seeded Argon

Minimization of energy consumed in plasma generation is critical for applications, in which a large volume of plasmas is needed. We suggest that a high electron density atmospheric pressure plasmas can be generated by pulsed discharges in potassium seeded argon at an elevated temperature with a very small power input. The ionization efficiency and power budget of pulsed discharges in such plasmas are analytically studied. The results show that ionization efficiency of argon, especially at small reduced electric field E/N （the ratio of the electric field to the gas number density）, is improved effectively in the presence of small amount of potassium additives. Power input of pulsed discharge to sustain a prescribed average level of ionization in potassium seeded argon is three orders of magnitude lower than that in pure argon. Further, unlike in pure argon, it is found that very short high-voltage pulses with very high repetition rates are unnecessary in potassium seeded argon. A pulse with lOOns of pulse duration, 5kHz of repetition rate, and 2Td （1 Td = 1 × 10^-21 Vm^2） of E/N is enough to sustain an electron density of 10^19 m^-3 in 1 arm 1500K Ar＋0.1% K mixture, with a very small power input of about 0.08 × 10^4 W/m^3.     

Spectroscopic characteristics of argon plasma produced bymultistage pseudospark discharges

A measurement is made of the spectroscopic characteristics of argon plasma produced by multistage pseudospark discharges in a peculiar geometry which has not yet been reported in literature. High electron temperature, high peak current density, and a high degree of ionization are demonstrated in such a device. The population number density of the upper and lower levels of 488.0, 476.6, 514.5, 351.1, and 363.8 nm transitions in ArII and ArIII are measured. The ultraviolet emission characteristics of pure Ar and Ar/He mixture plasmas are compared. An appreciable increase is observed in peak intensities of ArIII lines when nitrogen is added to Ar     

On the State of Ionization,Non-Ideality and Electric Conductivity of the Cathode Plasma of Vacuum Arcs

The cathode spot plasma of a metal vapour are in vacuum has a high density (10²⁵–10²⁸ m³) with a relatively low temperature (1–5 eV), therefore it is strongly non-ideal. The degree of ionization α and the electric conductivity σ of such plasmas are discussed, considering that non-ideality. The burning voltage of the arc U_B is estimated with the help of σ-values, obtained from theories and measurements for non-ideal copper plasmas. It is shown, that a high current density of the cathode spot of j = 10¹² A/m² is not in contradiction to a low burning voltage U_B = 20–30 V, but these values give a consistent picture of the spot processes.     

高气压均匀直流辉光放电等离子体的光学特性

在高气压(大于100 Torr, 1 Torr=1.33322×10² Pa)平板位形的均匀直流辉光放电中, 一定条件下观察到平行排列的明暗相间的等离子体辉纹. 结合等离子体的光发射谱诊断, 研究了气体组分对等离子体光学特性的影响. 研究发现, 随着甲烷浓度的增加, 辉纹间距减小, 相应的电子激发温度降低. 当甲烷浓度增加时, 等离子体中低电离能的粒种增加, 粒子平均电离能减小, 这种情况下, 电子被电场加速较短的距离所获得的能量就可以激发粒子, 产生可见的光发射, 表现为辉纹间距缩短. 随着氩气的引入, 能够观察到明显的辉纹, 且增大氩气含量, 辉纹间距增加, 这与氩的较高电离能有关, 而相应的电子激发温度增加. 研究结果表明, 随着工作气体的改变, 等离子体辉纹间距呈现出一种对电子温度的响应.     

Behaviour of fully ionized seed plasma excited by microwave

Nonequilibrium plasmas with cesium metal vapor ionization in helium and argon gases at moderate pressures are excited with microwave power. The structures and behaviour of the seeded plasmas are experimentally examined, particularly under the condition of Full seed (cesium atoms) ionization. By cesium seeding, the minimum power sustaining the plasma is reduced markedly, and both a broad plasma observed in pure helium and unsteady filament-like plasmas in pure argon change to the steady and broad plasma locating close to the inner surface of a discharge tube, it is revealed from the electron temperature measurements that the plasma can be in the regime of full seed ionization for suitable microwave powers, where the electron density is kept almost constant. The thickness of the fully ionized seed (FIS) plasma decreases with increasing the mole fraction of cesium vapor, and is almost independent of noble gas pressure. The thickness almost coincides with the skin depth determined from the electrical conductivity almost uniform in the FIS plasma. These facts suggest that the FIS plasma will be easily produced and maintained as long as the microwave power is consumed to the electron heating     

A model for arc plasma's optical diagnosis by the measurement of the refractive index

A model, which introduces the ionization degree of plasma, is deduced to reconstruct the temperature and electron number density distributions for arc plasmas via the measurement of the refractive index. The rationality, applicability and superiority of the model are analyzed and discussed theoretically. To experimentally verify whether the model is rational and feasible, an argon arc plasma is chosen as a practical example for experiment, while the measurement of the refractive index is achieved by moiré deflection tomography with the probe wavelength 635 nm. The distribution and imprecision of the reconstructed temperature results indicate that the model is reasonable, feasible and dependable. Besides, the factors which may cause the imprecision of the reconstructed temperature are also analyzed and proposed.     

冲击压缩产生的氩等离子体辐射不透明度研究

采用平面冲击压缩方法产生密度和温度都均匀的氩等离子体,根据光谱辐射强度随时间的变化测量了氩等离子体在可见光区几个波长通道的辐射不透明度,等离子体温度在1.4—2.2eV范围,密度在0.0083—0.015gcm³之间.测量值和理论计算结果符合较好,说明平均原子模型可以较好地描述该热力学条件下氩等离子体的光子输运行为.基板表面的光反射率在确定辐射不透明度时是一个重要参数.采用简化的自洽方法求解基板表面的光反射率.结果表明,基板/氩气界面的光反射率R在0.4附近,与Erskine专门实验 关键词： 物态方程 不透明度 氩     

氩等离子体物态方程的TF简化模型

对于高温高压下氩等离子体的电离度和物态方程,本文给出了一种基于Thomas-Feimi(TF)统计模型的简化计算新方法:首先将TF模型电离势的数值结果进行函数逼近,给出一个便于数值求解的计算电离度的近似计算方法,并由此计算了局部热动平衡下的氩等离子体在10～1000 eV高温范围内的物态方程.计算结果与国外报道的其他几种理论模型的计算结果均符合很好,与实验值也吻合较好.本文所提出的简单模型也适用于计算混合物物态方程,可以在电磁发射技术领域中的强电离等离子体中有更为广阔的应用前景.