气体脉冲放电等离子体阻抗的参量研究

在纯净氦气条件下，对高频纵向脉冲放电的等离子体动态阻抗进行了实验研究.测量了放电等离子体阻抗随放电电压、频率以及气体压强之间的变化关系，表明等离子体阻抗随频率和电压的增加而下降，随气压的升高而增大.定性分析了这些宏观参量与等离子体阻抗变化之间的关系，拟合出等离子体阻抗随电压、频率、气压变化的经验公式，并对数值模拟与实验结果进行了比较研究. 关键词： 等离子体阻抗 气体脉冲放电     

气体放电系统中时空斑图的时滞反馈控制

采用时滞反馈的方法实现了对气体放电半唯象模型中时空斑图的控制．在Turing—Hopf切空间附近分析了时滞反馈对Turing模与Hopf模的影响,确定了反馈参数与系统振荡频率及临界波长的关系．结果表明,在保持外加电压不变的情况下,时滞反馈可有效控制斑图的转换．增加反馈强度或延迟时间等效于增加外加电压．进一步利用二维数值模拟进行了验证．研究结果对气体放电系统中实现斑图的控制提供了一种新思路．     

常压介质阻挡放电间隙的选择及其在材料表面改性中的应用

使用自制介质阻挡放电装置，分析了常压等离子体放电电流和放电功率与放电间隙的变化关系，提出了“放电临界间隙”的概念，并应用该装置对PBT熔喷非织造布进行表面改性，讨论了放电间隙和放电气体等因素对改性效果的影响．     

气体放电Boltzmann方程的求解

较详细地介绍用Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ方程分析法计算气体放电参数的数值算法，给出了ＳＳＴ、ＰＴ及ＴＯＦ三种条件下气体放电参数的计算公式，并在１６９×１０＾－２１（Ｖ．ｍ＾２）≤Ｅ／Ｎ≤４２４×１０＾－２１（Ｖ．ｍ＾２）范围对ＳＦ６和Ｎ２进行了计算，结果表明计算值与实测值吻合较好。     

非链式HF激光器SF6气体介质放电特性

采用放电图像拍摄和放电波形测量两种方法研究了放电激励HF激光工作介质SF6气体的放电特性。实验结果表明:SF6气体放电可以分为主放电、剩余电压维持和电弧放电3个阶段。主放电阶段为均匀体放电,电容储能大部分在此阶段沉积于放电等离子体中;剩余电压维持阶段无明显放电;在电弧放电阶段激光器以电弧形式消耗剩余储能。通过对放电波形的分析,获得剩余电压及主放电阶段能量沉积效率随充电电压的变化规律。随着充电电压提高,剩余电压下降,沉积效率逐渐提高。沉积效率最大值对应于主放电与电弧放电相接的时刻。     

LaB6在低压强氮气和氦气中的放电特性

研究了LaB6在1~10 Pa氮气和氦气中的直流和脉冲放电特性以及放电过程对电极的影响。结果表明，电极直径为5 mm的LaB6氦气放电管在脉冲工作状态下可以长期稳定放电。在脉冲电压为2.2 kV、脉冲宽度10 ms、频率13.3 Hz下，脉冲峰值放电电流超过120 A。氦气放电管在放电过程中，阴极表面有离子的清洗和活化作用，可以使电极的表面逸出功降低，提高放电管的发射能力和稳定性。LaB6作为气体放电电极具有寿命长、延迟时间短、放电电流大等优点，可用于重复强流脉冲气体放电的高压高速开关器件。     

气流和外加磁场对负电晕放电特性的影响

利用线-筒电晕放电装置,研究了气体流动和外加磁场对负电晕放电的影响。当电压固定时,电晕放电电流随气体流量的增加先快速增大,并到达一个高点后迅速下降,随着流量的进一步上升,放电电流又开始缓慢增加。外加磁场能增加电晕放电的电流,但在高的气体流速下,磁场将降低电晕放电的电流,同时外加磁场增加臭氧的产生,直到温度上升导致它的快速降解。     

沿面放电中的辉光和赝辉光放电

利用沿面放电发生器装置，在流动氩气中实现了大气压辉光放电。放电电流波形表现为外加电压每半周期只有一个电流脉冲。驱动电压频率是60kHz时，放电电流脉冲持续时间大于1微秒。氩气中的辉光放电，功率消耗随着外加电压增加或者是气压减小而增大，这种关系可以用汤生击穿理论定性解释。与此对比，大气压空气中的放电电流波形为外加电压每半周期放电为许多脉冲，每个电流脉冲为高频阻尼振荡，这就是赝辉光放电。大气压空气中的赝辉光放电可能是由于气体的流光击穿造成的。     

磁约束环境下气体激光介质中电子能量分布与电子输运系数的理论研究

引进磁作用的Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ输运方程应用于一类特殊激励的激光器─—工作在横向磁场下的直流放电气体激光器中的工作介质．以二氧化碳激光器为研究对象，通过数值求解Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ方程，研究了磁场对电子能量分布及电子输运系数的影响．通过分析，提出了以磁约束作用提高一般气体激光器效率的设想． 关键词：     

脉冲气体放电管特性测量实验

用TDS210型存贮示波器测量了脉冲气体放电管(闪光灯)的放电特性，同时用PIN型硅光电池测量脉冲光的波形，测量了它们之间的延迟，并计算了脉冲气体放电管的动态电阻，讨论了放电过程从触发到结束的物理图象．     

不同电极结构下介质阻挡放电电离特征的试验研究

由于具有工作气压高、放电均匀等特点,大气压介质阻挡放电成为近年来非平衡等离子体领域研究的主要技术。电极结构是电离特性的主要影响因素之一,因此,通过电极结构优化来改善电离特性,对等离子体放电设备的应用领域拓展及性能优化至关重要。为改善大气压介质阻挡放电的电离特性,产生高活性、高均匀性的低温等离子体,基于自主设计的同轴介质阻挡放电装置进行了不同电极结构的电离试验及参数诊断;在一个标准大气压、放电频率11.4 kHz、放电峰值电压5.4～13.4 kV条件下进行了氩气电离试验;采用原子发射光谱法（AES）对氩等离子体谱线的激发、分光进行了检测分析;研究了螺纹电极、齿状电极、圆柱电极放电的特征光谱参数及外施电压对介质阻挡放电特征参数的影响。结果表明,齿状电极放电所形成等离子体的放电强度更大且放电效果显著,电子平均能量利用率低,电子激励温度弱于圆柱电极;圆柱电极放电强度较弱,但易形成大面积均匀性等离子体;大气压环境下电子激励温度不因外源电压的升高而单调递加,这表明通道内微放电的主要特征并不依赖于外施电压的供给,而是取决于电极结构、气体组份、气体压强;增大外施电压仅能增加单位时间内微放电的数量,经整合电子激励温度可达3 500 K,符合典型的低温等离子体特征。     

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。     

气体介质对多间隙气体开关电晕均压与自击穿特性的影响

快脉冲直线变压器型驱动源(FLTD)是近年来快速发展的新型脉冲功率源技术,多采用多间隙气体开关作为开关器件。电晕均压措施有利于提升开关击穿性能,但不同气体中电晕放电有显著区别。本文首先研究了空气中针电极对单间隙电晕放电特性的影响,确定了电晕针电极的尺寸,之后研究了N2,CO2,SF6/N2混合气体、C4F7N/N2混合气体中的电晕放电特性,研究了电晕均压6间隙气体开关击穿电压及其稳定性随气体种类和气压的变化规律。实验结果表明,N2中电晕电流较大且不稳定,空气中电晕电流比N2中低,且电晕放电较为稳定,微量强电负性气体加入会极大降低电晕放电电流。当采用空气和N2作绝缘介质时,气体开关击穿电压随气压升高线性增加,但存在低值击穿,微量强电负性气体混合N2可显著提升击穿电压的稳定性。1%SF6/99%N2混合气体在0.18 MPa时,击穿电压约为197.33 kV,标准偏差占击穿电压比例为1.50%,1%C4F7N/99%N2混合气体在0.15 MPa时,击穿电压约为190.42 kV,标准偏差为0.55%。这表明,微量环保替代气体C4F7N与N2的混合气体对于提升多间隙气体开关击穿电压稳定性有显著作用。     

辉光放电触发赝火花开关实验研究

设计了一种辉光放电触发赝火花开关,进行了He气介质下的放电实验研究。测得了耐受电压和气压关系,结果表明:随着气压的升高,开关耐受电压减小;开关电极孔径为3mm、电极间距为4mm时的耐受电压约是电极孔径和电极间距均为3mm时的85%。在电极孔径和电极间距均为3mm时,研究了辉光放电电流、气压、触发电压等参数对开关时延、抖动的影响。结果显示:当辉光放电电流大于0.45mA、气压为7～30Pa、触发电压达到一定值,开关就能比较稳定地触发,时延短、抖动小。在辉光放电触发下,实现了开关耐受30.5kV、时延223.2ns的输出,并实现了开关抖动小于1ns的稳定输出。     

间隙绝缘电极辉光放电实验观察

实验研究了ITER H2/He辉光放电壁处理(GDC)系统的电极合理的间隙绝缘参数及标定辉光过程中沉积在电极头部的热负载.进行了H2/He击穿电压特性试验,在ITER GDC预期的壁离子电流密度条件下研究了H2/He辉光放电电压和试验电极上热负荷与压强的关系、试验电极启辉耐受特性、试验电极温度与热负荷的关系以及在不同区...     

脉冲HF化学激光体系中的放电模式分析

采用面阵滑闪火花预电离诱导的平行板放电结构,研究了SF6-C2H6混合气体中的脉冲放电模式,确认了不同放电条件下存在自持体放电(SSVD)和电弧放电两种模式,且两种模式可以互相转化.SSVD模式放电电流波形主要由电容电压和气压决定,气体混合比和储能电容值对其影响很小.SSVD电流峰值随电容电压增加基本线性增加,随气压增...     

Characteristics of parallel-plate and planar-surface dielectric barrier discharge at atmospheric pressure

Experiments are performed to investigate and compare the characteristics of stable parallel-plate and planar-surface dielectric barrier discharge in helium gas at atmospheric pressure. The evolution of applied electric field profile and the discharge initiation processes are found quite different for both electrode geometries. Further discharge voltage, discharge current, power densities etc. are compared. The differences of basic plasma properties are presented for both the electrode configurations.     

A comparison of RF electrode sheath models

Analytic expressions have been found from different time-averaged and dynamic models for the electrode sheath width in a capacitively driven RF discharge. The sheath widths predicted from all the models under consideration are shown to practically coincide if they are expressed in terms of DC sheath voltage and ion current to the RF electrode. However, these models have fundamental differences in their RF discharge scaling laws that result in different theoretical predictions for RF discharge electrical characteristics. Analytic expressions for the sheath width with arbitrary collisionality at moderate RF voltages are found to be in good agreement with experimental measurements made over a wide range of discharge voltage and gas pressure     

Double layer creation in asymmetric discharge

Particle-in-cell Monte Carlo code has been used to simulate the DC discharge in strongly inhomogeneous cylindrical and spherical electric fields. Such a discharge occurs in the gaseous medium between a thin wire and a coaxial cylinder, or between a sharp tip and a sphere at high voltage. The discharge threshold conditions have been specified and corresponding threshold voltage (threshold electric field intensity) has been determined numerically. The threshold voltage varies with the electrode geometry, the polarity of active electrodes, gas composition (H, Ar, N₂) and gas pressure. In case of a positively charged inner electrode, a thin boundary sheet is developed in the vicinity of the electrode, when the quasineutrality of the ionized gas is violated and the electron current is closed via the external RLC circuit. In the opposite case of a negatively charged inner electrode, a double layer is developed inside the ionized gas. Dedicated to Prof. Jan Janča on the occasion of his 60^th birthday. Presented at 23^rd International Conference on Phenomena in Ionized Gases, Toulouse (France), July 17–22, 1997. The work was supported by the Grant Agency of the Czech. Acad. Sci. under Contract No. 202/1022.     

直流激励的大气压氩气喷枪的光谱研究

利用正高压驱动空心针-板喷枪装置,通入工作气体氩气,在大气压空气中产生了均匀稳定的喇叭状等离子体羽。电学和光学测量结果表明,放电虽然是在直流电源驱动下工作,但放电为周期性的脉冲。通过对等离子体羽发光信号进行空间分辨测量,研究了脉冲的形成机理,发现除针尖附近的电晕放电外,等离子体羽是以正流光(等离子体子弹)从针尖向着接地电极方向传播的。采用光谱学方法,对电子激发温度随电压的变化及其空间分布进行了测量。结果表明,电子激发温度(约为3 eV)随电压的增大而升高,在一定电压下,电子激发温度沿气流方向也在升高。