大气压低温氦等离子体射流的诊断研究

为了加快低温氦气等离子体射流的工程化进程,通过自主设计的同轴式介质阻挡放电等离子体射流发生器,在放电频率10 kHz,一个大气压条件下产生了稳定的氦气等离子体射流.通过分析不同工况下的电压电流波形可以发现单纯增加氦气体积流量只能小幅的增加电流脉冲幅值,而对放电时间、电流脉冲数的影响不大.增加放电峰值电压时电流脉冲幅值会...     

常压高频等离子体电子温度的光谱法诊断

常压高频等离子体由于其无电极污染、能量密度大、温度高及气氛可控的特点而得到了广泛应用,电子温度是影响其使用性能的关键参数,根据发射光谱使用玻尔兹曼图解法计算是最常用且最可行的诊断方法,但由于跃迁几率数据可靠性、环境背景、仪器误差、数据处理误差等原因,不同研究者根据不同谱线计算的结果通常不具有可比性。为了得到可靠性高的电子温度计算结果,针对存在SiO₂颗粒的常压高频空气等离子体,以光谱范围为200～1 077 nm的7通道高分辨光纤光谱仪为测量工具,该研究讨论了元素、光谱段选择对计算结果可靠性的影响。结果表明,由于N₂占电离气体的主要部分且不参与化学反应,N Ⅰ发射谱线是最佳选择,使用738～940 nm内N Ⅰ的谱线计算的拟合度为0.95,计算的电子温度最为可靠;由于Si和O极易结合成SiO₂颗粒,此二元素的能量不再满足玻尔兹曼分布,计算结果的可靠性较差,因此不能使用Si和O元素的发射谱线计算电子温度;使用掺入Ar的谱线同样不能得到可靠的电子温度计算结果。因此,为了有效诊断等离子体电子温度,在不同应用场合中,应当根据实际情况,合理选择测量光谱范围及光谱仪,选取合适的粒子及其发射谱线。     

大气压氩气微放电通道中电子激发温度的时间演化

利用双水电极介质阻挡放电装置，采用光谱方法测量了大气压氩气介质阻挡放电微放电通道 中的电子温度的时间演化.选取波长为69654nm(2P₂→1S₅)，763 51nm(2P₆→1S₅ )，77242nm(2P₂→1S₃)的氩原子谱线进行了时间分辨测量.实验 发现在放电期间，电 压波形开始下降，在放电熄灭后又开始上升.高能级为2P₂的跃迁（77242nm和 69654nm ）比2P₆的跃迁76351nm要延迟几十ns.根据其时间分辨谱，估算了微放电中的 电子激发 温度的时间演化，结果表明，电子激发温度并不是一个恒定值，而是随时间变化的.当放电 电流达到最大值，即电子密度达到最大值时，其电子温度并未达到最大值，而经过200ns 后 才达到最大值. 关键词： 大气压介质阻挡放电 发射光谱 电子激发温度 微放电通道     

等离子体电子温度的发射光谱法诊断

电子温度是表征等离子体性质的一个重要参数。由于等离子体放电过程非常复杂,要实时准确测定其电子温度值非常困难。发射光谱法作为一种等离子体诊断技术,因其所使用的仪器相对简单,并采用非接触测量,灵敏度高,响应速度快,可广泛地应用于各种等离子体性质的研究和参数的诊断。文章介绍了测定等离子体电子温度的双谱线法、多谱线斜率法、等电子谱线法、Saha-Boltzmann法、谱线绝对强度法等多种发射光谱法,同时综述了这些方法在等离子体电子温度诊断中的应用,旨在为实际过程中选择合适的等离子体诊断方法提供参考。     

直流氩等离子体射流电子温度的测量

直流等离子体射流的电子激发温度,是等离子体射流物理特性中的一个非常重要的参数,并且影响着射流中其他众多特征参数。文章采用发射光谱诊断技术对直流氩等离子体射流进行实验研究,对实验所测得的射流的光谱强度信号进行分析,并采用玻尔兹曼曲线斜率法计算等离子体射流的激发温度。实验结果表明,等离子体射流的激发温度在等离子体发生器的轴向上的分布,随着离出口的距离增大,激发温度显著地下降。并且激发温度受电流和流量的影响较大,提高电源的输出电流,或者增加氩气的流量,激发温度都会升高。     

激光诱导钛产生等离子体的光谱分析及电子温度的测量

用Nd∶YAG激光器产生的1.06μm、10ns的脉冲激光激发钛靶,用光学多通道分析仪(OMAII)测量了钛等离子体的时间分辨发射光谱,记录并分析了在40ns~200ns延迟范围内438~448nm波段的钛等离子光谱,用一组钛原子谱线的相对强度计算了不同延迟时间下等离子体电子温度。     

空心阴极放电条纹特性的光谱诊断

利用发射光谱法,研究了圆柱型空心阴极放电条纹的特性.测量了条纹区的发射光谱,在此基础E计算得到r电子激发温度、相对电子密度和电子平均能量的空间分布特性.结果表明条纹区的光强、电子激发温度和电子密度均呈非等幅的周期性变化.与暗纹中心处相比,明纹中心具有较高的电子激发温度和较低的电子密度.由阴极向阳极,明纹中心处的电子激发温度幅值逐渐减小.此外,条纹区的电子激发温度随着电流的增加而增加.     

激光诱导Ti等离子体电子温度的实验研究

室温,常压下,利用Nd∶YAG脉冲激光器产生的波长为1 064 nm, 脉宽12 ns,能量分别180, 230和280 mJ的脉冲激光冲击Ti靶,使用中阶梯光栅光谱仪检测了三种激光能量下对应的光谱。调节延时器DG645的延迟时间,检测了延迟0～500 ns时间范围内Ti等离子体对应激光能量下的发射光谱,分析光谱,可以得到了九条不同的的TiⅠ 和TiⅡ等离子体谱线,证明在该实验条件下,Ti靶能够充分吸收能量电离且离子谱线具有不同的演化速率,利用Saha-Boltzmann法计算并分析Ti等离子体电子温度,实验结果表明：相同的延迟时间,激光能量越大,谱线相对强度越大,电子温度越高,谱线相对强度的变化量随激光能量的变化量增大而增大;在延时0～150 ns内,三种激光能量下的等离子体电子温度和谱线的相对强度都随延迟时间的增加而快速下降,其中280 mJ激光能量下的等离子体电子温度和谱线强度下降速率较快;在150～250 ns范围内,电子温度和谱线强度均随延迟时间的增加有一个缓慢的上升,180 mJ激光能量下的等离子体电子温度和谱线强度的上升速率较快。250～500 ns范围内,三种激光能量下的电子温度和谱线强度均随延迟时间的增加而缓慢下降。     

硼对电感耦合等离子体激发温度的影响

研究了制样时加入的硼酸或硼酸盐对感耦等离子体原子发射光谱的基本参数--等离子体激发温度的影响.测温实验用Fe线为温标线,采用多谱线Boltzmann作图法测量含有不同四硼酸钠浓度的溶液进样时的等离子体激发温度.测定结果表明,采用不同lg(gf)文献值计算所得的激发温度有所差距,但是同一lg(gf)文献值下测得的不同硼浓...     

空心针板放电等离子体气体温度和振动温度研究

使用空心针板放电装置,以氩气作为导入气体,在大气环境下产生了1.6~3 cm波长的等离子体炬。利用发射光谱法,研究了等离子体炬弧根和弧梢处的气体温度和振动温度,以及它们随气体流量的变化。等离子体气体温度通过对OH基309 nm附近的谱带进行拟合得到,等离子体振动温度由氮分子第二正带系C3Πu—B3Πg计算得到。实验发现弧根和弧梢处的气体温度相等,并随着气体流量的增大而下降。当气体流量从3.0 mL.min-1增大到6.5 mL.min-1时,气体温度由350 K下降到300 K。当气体流量较小(如3.0 mL.min-1)时,弧梢处的振动温度(1 950 K)高于弧根处的振动温度(1 755 K)。随着气体流量的增大,弧梢处与弧根处的振动温度均下降,但弧梢处下降速率较快。当气体流量较大时,二者趋于相等。     

Comparative Investigation on the Excitation of Copper Emission Lines Between Argon and Helium Spark Discharge Plasmas

The emission intensities and the signal‐to‐background ratios (SBRs) of copper emission lines in the wavelength range 200–360 nm were observed from a medium‐voltage spark discharge plasma when argon or helium was employed as the surrounding gas. The observed copper spectra comprised Cu(I) lines having excitation energy of 3.8–9.3 eV, and Cu(II) lines assigned to three different transitions: 3d ⁸4p–3d ⁸4s transition (excitation energy of 8.2–9.2 eV), 3d ⁸5s–3d ⁸4p transition (13.4–13.6 eV), and the 3d ⁸4d–3d ⁸4p transition (14.2–14.8 eV). The Cu(I) lines have much smaller intensities in the helium plasma compared with the argon plasma, whereas the Cu(II) lines have similar intensities between both plasmas. The SBRs of some ionic copper lines are larger in the helium plasma compared with the argon plasma. Therefore, when an ionic line has to be measured in the analytical applications, the helium plasma should be recommended.     

The Experimental Study of Novel Pseudospark Hollow Cathode Plasma Electron Gun

The high-power microwave devices with plasma-filled have unique properties. One of the major problems associated with plasma-filled microwave sources is that ions from the plasma drift toward the gun regions of the tube. This bombardment is particularly dangerous for the gun, where high-energy ion impacts can damage the cathode surface and degrade its electron emission capabilities. One of the techniques investigated to mitigate this issue is to replace the material cathode with plasma cathode. Now, we study the novel electron gun (E-gun) that can be suitable for high power microwave device applications, adopting two forms of discharge channel, 1: a single hole channel, the structure can produce a solid electron beam; 2: porous holes channel, the structure can generate multiple electronic injection which is similar to the annular electron beam.     

大气压氩气介质阻挡放电中的电子激发温度

采用发射光谱强度比法,测量了大气压氩气介质阻挡放电(DBD)中的电子激发温度。实验在690～800 nm的范围内测量了大气压氩气DBD的发射光谱,经分析发现这些谱线全部是氩原子的发射谱线。为了测量电子激发温度,选用相距较近的763.51 nm(2P₆→1S₅),772.42 nm(2P₂→1S₃)的两条光谱线。结果发现电子温度的范围为0.1～0.5 eV,电子激发温度随电压的增加而增加,随流量的增加而减小。实验还发现氩气流动与非流动时电子激发温度有明显的差别。上述结果对介质阻挡放电在工业领域上的应用具有重要意义。     

大气压氩气射流等离子体放电发展速度研究

利用交流空心针-板放电装置,在大气压环境中产生了两种不同极性的氩射流等离子体,利用放电产生的等离子体发光信号,研究了两种等离子的形貌和放电的发展速度。利用高速相机拍摄了两次放电的形貌,发现正半周放电长度约为0.8 cm,负半周放电长度约为1.6 cm。然后利用两个光电倍增管配合,分别测量了正负半周放电的发展速度,正半周放电发展速度为（3.1±0.2）×10⁶ cm/s,负半周放电发展速度为（2.2±0.1）×10⁷ cm/s,而且两次放电的发展方向相同。通过对电子激发温度空间分布的分析,发现电场是影响等离子发展速度的重要因素。     

大气压氩气放电六边形斑图的电子激发温度研究

采用特殊设计的气体介质阻挡放电实验装置,对大气压氩气放电六边形斑图的放电信号及激发光谱进行了测量。采用发射光谱强度比法,计算了放电丝呈六边形斑图时的电子激发温度。实验发现,随着驱动电压频率的升高,六边形斑图的电子激发温度明显升高,各放电通道之间的放电时间相关程度提高。该工作对控制斑图的形成和研究斑图动力学具有重要参考价值。     

常压介质阻挡放电等离子体发射光谱的检测分析

以常压介质阻挡放电等离子体作为研究对象,在常温常压条件下使用介质阻挡放电光谱诊断装置,得到N2第二正系跃迁和Ar原子发射谱线。通过对放电光谱的检测分析,可以察知常压介质阻挡放电等离子体的特性,并可运用同一元素谱线的相对强度来诊断电子激发温度等物理参量,以达到对材料表面改性过程的实时监控,工作的结果对常压介质阻挡放电及其在材料改性的应用中具有重要的意义。     

压强对介质阻挡放电中八边形结构等离子体温度的影响

利用水电极介质阻挡放电装置,在氩气和空气的混合气体中,首次观察到了由点和线组成的八边形结构。采用发射光谱法,研究了八边形结构中的点和线的等离子体温度随压强的变化关系。利用氮分子第二正带系(C3Π_u→B3Π几_g)的发射谱线,计算了点和线的分子振动温度;通过氮分子离子391.4 nm和氮分子394.1 nm两条发射谱线的相对强度比,研究了点和线的电子平均能量大小变化;利用氩原子763.26 nm(2P₆→1S₅)和772.13 nm(2P₂→1S₃)两条谱线强度比法,得到了点和线的电子激发温度。实验发现：在同一压强条件下,线比点的分子振动温度、电子平均能量以及电子激发温度均高;随着气体压强从40 kPa增大到60 kPa,点和线的分子振动温度、电子平均能量以及电子激发温度均减小。     

Magneto-Galvanic Resonances in Hollow Cathode Discharge Lamps

The galvanic behavior of a hollow cathode discharge versus an external weak magnetic field is investigated. The application of this field leads to disordering of the self-aligned states, which is detected as a resonance in the discharge current, named the magneto-galvanic signal. A correlation magneto-galvanic signal–operating voltage-current point is established and attributed to Penning ionization. The contribution of the metastable Ne I 1 s₅ to the magneto-galvanic resonance is also verified.     

Atom and Ion Temperatures in a Hollow Cathode Discharge

Abstract

The excitation temperatures of atoms and ions /Ar I, Ar II, V I, V II, Cr I, Cr II, Cu I, and Si I/ have been measured in the hollow cathode discharge. The Ar I high energy levels have been found to be overpopulated. The electron density has been estimated. The ionization-excitation mechanism has been discussed.     

空气中空心阴极不同放电模式下的发光特性

为了进一步揭示空心阴极放电中放电模式的转换机制,特别是空心阴极放电过程中自脉冲的形成机理,利用柱型空心阴极放电结构,在空气环境下研究了放电处于不同模式时的发光特性。测量得到了不同放电模式下的伏安特性曲线、放电发光图像、自脉冲阶段的脉冲波形等。实验结果表明随着放电电流的增加放电分为汤生放电模式、自脉冲放电模式、正常辉光放电模式和反常辉光放电模式。虽然所用电源为直流电源,但在自脉冲放电阶段电流和电压随时间呈周期性变化。实验结果表明在不同的放电模式下具有不同的发光特性。在由汤生放电转换为自脉冲放电模式和由自脉冲模式转换为正常辉光放电模式过程中,放电腔的径向中心处和轴向孔口附近均存在光强的突变。实验同时在200～700 nm范围内测量得到了不同电流时的发射光谱。结果表明发射光谱主要集中在330～450 nm,主要包括氮分子的第二正带系(C3Π_u→B3Π_g )和氮分子离子的第一负带系（B2Σ+_u→X2Σ+_g）。其中氮分子离子第一负带系具有较强的发射光谱。由于B2Σ+_u激发电位较高,因此该谱带较强发射光谱的存在表明空心阴极放电较其他放电形式更容易获得高激发态粒子和高能量电子。在650～700 nm附近存在一弱的发光谱带,主要为氮分子的第一正带发射谱（B3Π_g→A3Σ+_u）。在此基础上根据双原子光谱发射理论,结合氮分子第二正带系的三组顺序组带：Δν=-1,-2和-3,利用玻尔兹曼斜率法计算得到了不同放电模式下氮气的分子振动温度。结果表明在实验电流范围内分子振动温度在3 300 K左右,随着电流的增加而升高,并且在自脉冲消失时存在一突变迅速增强。由于电子能量、电子密度与分子振动温度密切相关,因此该结果也表明随着放电电流的增加电子平均能量和电子密度不断增加,当脉冲消失时,电子平均能量和电子密度出现跃变升高。最后,对空心阴极放电中自脉冲的形成机理进行了讨论,结果表明自脉冲放电源于放电模式的转换。