Ar等离子体射流发射光谱诊断研究

为了深入了解大气压下Ar等离子体射流的产生机理和内部电子的状态,对Ar等离子体射流进行了发射光谱诊断,以玻尔兹曼斜率法对电子激发温度进行测算,利用发射光谱的连续谱绝对强度法测算出电子密度。通过设计一种可调节气压的金属针-环型介质阻挡放电装置,研究了氩气压和放电功率对Ar等离子体射流的电子激发温度和电子密度的影响。结果表明,随着气压从6kPa升高到16kPa,电子激发温度从0.83eV下降到0.68eV,电子密度从4.45×1022m^-3减小到0.44×1022m^-3(波长648.06nm),且随着放电功率从0.1775W增大到1.7926W,电子激发温度从0.82eV升高到5.14eV,电子密度从0.27×1022m^-3增大到4.61×1022m^-3,而且电子密度较低时,电子激发温度的变化更明显。由此得出结论,氩气压和放电功率对电子激发温度不仅有直接影响,还有通过电子密度变化导致的间接影响,电子密度较低时,氩气压和放电功率对电子激发温度的影响会相对更大一些。同时,选用两个波长计算的电子密度结果很接近,验证了诊断结果的准确性。     

发射光谱法研究无极灯等离子体参数分布

使用电感耦合放电装置和拍型明泡,以氩-汞混合气体作为工作气体,在低气压下点亮了无极灯.利用发射光谱法,研究了无极灯点灯5s时的电子温度和电子密度随轴向和径向位置的变化规律.等离子体电子温度变化通过分析Ar原子425.9和750.4nm谱线强度比值获得,等离子体电子密度的变化通过分析Ar原子750.4nm谱线强度变化得到...     

条纹相机在真空弧离子源等离子体诊断中的应用

针对真空弧离子源,利用条纹相机将时间轴信息转换为空间轴信息的特点,结合光谱仪分光功能,建立了一套高时间分辨与光谱分辨能力的发射光谱诊断装置,其时间分辨率和光谱分辨率分别可达26 ps与0.1 nm。利用该诊断装置采集获得了单次脉冲内等离子体的时间演化特性;同时,基于局域热力学平衡等离子体的发射光谱理论,建立了一套谱线拟合的等离子体温度与密度计算模型。相比传统的Boltzmann斜率法与Stark展宽法需要寻找孤立的不受附近谱线叠加的干净线状光谱,建立的拟合光谱模型可以直接处理多条谱线因为展宽效应而叠加形成的光谱线型,计算得到等离子体中电子温度与电子密度。结果表明,在脉冲功率源的作用下,真空弧放电等离子体的电子温度与电子密度分别可达1 eV与3.51024 m-3。     

条纹相机在真空弧离子源等离子体诊断中的应用

针对真空弧离子源,利用条纹相机将时间轴信息转换为空间轴信息的特点,结合光谱仪分光功能,建立了一套高时间分辨与光谱分辨能力的发射光谱诊断装置,其时间分辨率和光谱分辨率分别可达26ps与0.1nm。利用该诊断装置采集获得了单次脉冲内等离子体的时间演化特性;同时,基于局域热力学平衡等离子体的发射光谱理论,建立了一套谱线拟合的等离子体温度与密度计算模型。相比传统的Boltzmann斜率法与Stark展宽法需要寻找孤立的不受附近谱线叠加的干净线状光谱,建立的拟合光谱模型可以直接处理多条谱线因为展宽效应而叠加形成的光谱线型,计算得到等离子体中电子温度与电子密度。结果表明,在脉冲功率源的作用下,真空弧放电等离子体的电子温度与电子密度分别可达1eV与3.5×1024 m-3。     

发射光谱法研究纳秒激光烧蚀硅等离子体特性

利用调Q Nd3+∶YAG激光器三倍频355 nm激光脉冲烧蚀空气环境的硅样品,观测不同脉冲激光能量下产生的等离子体在380～420 nm范围内的时间-空间分辨等离子体发射光谱,观测到在等离子体羽膨胀初期存在N+发射光谱。在局域热力学平衡近似条件下,根据时间-空间分辨等离子体发射光谱计算得到等离子羽体电子温度和电子密度随时间延时存在二次指数衰减变化,等离子体羽体电子温度和电子密度的空间分布近似呈Lorentz分布,发现在确定激光脉冲能量下电子密度空间分布最大值偏离光谱强度最大空间位置并对产生原因进行分析,探讨了等离子体羽参数与激光脉冲能量的关系。     

大气压空气滑动弧等离子体发射光谱诊断

为了解Ar添加对空气滑动弧等离子体的影响,在放电频率f=10 kHz、空气流量q_Air=15 L·min^-1、 1 atm下进行了Ar体积流量q_Ar对空气-Ar滑动弧放电的影响试验研究,重点分析了不同q_Ar及调压器电压U_调下空气等离子体的活性粒子种类、电子密度及振动温度。结果表明,滑动弧等离子体区的主要活性粒子为OH、 N₂的第二正带系、 Hα、 O原子、 ArⅠ及ArⅡ原子,其中O原子及ArⅠ、 ArⅡ原子的相对光谱强度明显较强;随着q_Ar的增大,O(777.4 nm)的相对光谱强度先缓慢增长、再快速增大到极大值、随后缓慢减小并趋于稳定,O(777.4 nm)的相对光谱强度在1 580～6 650 a.u.之间变化;随U_调增大,O(777.4 nm)的相对光谱强度增大,且电压对其影响受q_Ar的影响：在高q_Ar(4～6 L·min^-1)工况下,O(...     

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。     

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。     

真空断路器弧后残余等离子体的探针诊断方法

真空断路器开断过程中弧后残余等离子体是表征其开断性能的重要参量。基于探针电子饱和区域工作原理,提出了一种真空电弧弧后残余等离子体电子密度测量方法,分析了其结构和工作原理。设计了探针诊断系统的探针结构和控制系统,基于可拆卸真空腔体进行了残余等离子体电子密度的单探针测量实验,采用高速相机观测电弧发展演变过程,研究了电流大小、触头结构等参数对残余等离子体衰减过程的影响。通过前人其他诊断方法对比验证了该测量方法的有效性,为后续真空断路器弧后微观特性研究提供了一种低成本、有效的诊断方法。     

外加电场对激光诱导Al等离子体发射光谱的影响

在低压环境下,由Nd：YAG脉冲激光器产生的1.06μm激光烧蚀金属Al靶产生等离子体,观测了外加电场下其空间分辨发射光谱,并由此分析了谱线相对强度、谱线展宽随外加电压的演化特性。结果发现：原子谱线强度及其半高全宽随外加电压的增加均有明显增大,而离子谱线受外加电压的影响较小。从微观机制上分析推断：外加电场使非稳态等离子体中的电子作定向运动,加剧电子与原子之间的碰撞是上述结果的主要原因。此外,由发射光谱线的Stark展宽计算了等离子体电子密度,并由实验结果讨论电子密度随外加电压的演化特性和空间演化特性。     

基于火焰发射光谱的转动温度和振动温度的测量

利用光学多通道分析仪(OMA)对酒精和煤油在大气中燃烧时的火焰发射光谱进行了分析.实验发现上述火焰发射光谱在275-600 nm波段范围内存在多支辐射强度很大的带状分子光谱,其中以OH自由基A²Σ⁺→X²Π_r(300-330 nm),CH自由基A²Δ→X²Π(410-440 nm)和C₂自由基A³Π_g→X³Π_u(500-520 nm)电子带系的发射光谱最为强烈.实验中采用高分辨率光栅对OH自由基A²Σ⁺→X²Π_r和CH自由基A²Δ→X²Π电子带系发射光谱的精细结构进行了分析.与此同时,本文基于分子光谱理论计算了不同转动温度和振动温度条件下OH自由基A²Σ⁺→X²Π_r和CH自由基A²Δ→X²Π电子带系发射光谱的强度分布,同时通过理论计算光谱和实验光谱进行比较确定了酒精燃烧火焰的转动温度和振动温度. 关键词： 火焰发射光谱 谱线强度 转动温度 振动温度     

辐射输运实验中的Al等离子体发射光谱研究

SGII装置上用八路激光注入金腔产生高温辐射源,然后利用该辐射源来加热输运腔中的掺Al泡沫样品.从测量得到的Al类氦离子发射光谱可以观察到a—d,qr伴线的强度明显高于jkl伴线的强度,由此可以确定出光子激发和电离过程对输运腔中等离子体的形成不可忽略.除此之外,还观察到较强的互组合线发射,这表明存在一个低密度区域.最后考虑到实验测量得到的Al类氦离子发射光谱是时间、空间积分,利用两个状态等离子体的发射光谱合成再现了实验光谱. 关键词： 发射光谱 辐射加热 光谱诊断     

磁约束技术对激光诱导等离子体辐射特性的影响

为了提高激光诱导击穿光谱质量,利用Nd:YAG激光器烧蚀土壤样品,研究了磁场作用下的激光诱导等离子体辐射特性。实验结果表明,在相同激光输出能量条件下,随着磁场强度的增大,等离子体的辐射强度逐渐增强。计算可知,当采用的磁场强度为0.5T时,样品元素Al,Fe,Ba和Ti的光谱线强度比无磁场作用时的分别增强了52.35%,46.64%,64.01%和51.73%,光谱信噪比分别提高了45.44%,69.64%,40.26%和41.33%;而等离子体的电子温度和电子密度分别提高了1 355.01K和0.53×1016cm-3。可见,利用磁场约束等离子体的技术是提高激光光谱质量的一种有效方法。     

碳氮薄膜的制备及其拉曼光谱研究

使用自行设计的真空系统 ,采用弧光放电等离子体的方法 ,成功制备了表面光滑致密的碳氮薄膜 .牛顿环干涉图样进一步验证了薄膜厚度的均匀性 .拉曼光谱显示了 3个主要的散射峰和几个相对较弱的峰 ,拉曼光谱分析表明 ,膜的结构是一种无定形非晶碳氮膜 ,碳原子与氮原子在薄膜中以各种不同的键态存在 .通过比较样品不同区域的拉曼光谱图发现 ,谱图几乎没有变化 ,说明制备的碳氮薄膜结构是均匀的     

激光诱导Al表面等离子体温度的发射谱诊断

探测了脉冲能量0.3 J波长1064 nm的纳秒激光聚焦Al表面诱导的等离子体200-900 nm范围的发射谱.分析了线状谱的基本规律,根据谱线的强度,考虑到光谱仪与电荷耦合器件(charge coupled device, CCD)的探测效率,通过线性拟合给出了等离子体中Al Ⅰ、Al Ⅱ、N Ⅰ、O Ⅰ粒子的激发温度.根据谱线的半高宽计算了等离子体电子密度,进而计算了等离子中Al Ⅰ的电离温度.结果表明,在等离子体状态快速演化过程中,不同粒子的电离、激发与退激存在较大差异,Al Ⅱ、Al Ⅰ相对于N Ⅰ、O Ⅰ有较高的激发温度,并且等离子体中Al Ⅰ的电离温度高于所有粒子的激发温度.     

Online diagnosis of electron excitation temperature in CH<Subscript>4</Subscript>+H<Subscript>2</Subscript> discharge plasma at atmospheric pressure by optical emission spectra

Methane coupling under low temperature plasmas at atmospheric pressure is a green process by use of renewable sources of energy. In this study, CH₄+H₂ discharge plasma was on-line diagnosed by optical emission spectra so as to characterize the discharge system and to do spade work for the optimization of the technical parameters for future commercial production of methane coupling under plasmas. The study was focused on a calculation method for the online diagnosis of the electron excitation temperature in CH₄+H₂ discharge plasma at atmospheric pressure. The diagnostic method is easy, efficient and fairly precise. A serious error in a literature was corrected during the reasoning of its series of equations formerly used to calculate electron temperatures in plasmas. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 29776037 and 10675028) and the Science and Technology Development Foundation of SINOPEC (Grant No. X500005)     

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。     

空气中YAG激光诱导Cu等离子体空间特性的研究

在空气中利用Nd:YAG脉冲激光诱导金属Cu靶,产生激光等离子体羽,并获得等离子体羽的空间谱;研究了空间谱线结构;分析了不同空间位置处电子温度和电子密度的空间演化规律;并对等离子体光谱的特性和产生机制进行了讨论.结果表明:谱线结构、谱线强度和等离子体的电子温度及电子密度都与空间位置变化密切相关,特征谱强度最大值出现在距靶面0.75～1.0mm的空间位置处,此处CuⅠ谱线相对强度最强,在1.25mm空间位置处的电子温度比周边的电子温度偏低,但此处电子密度反而升高,这种现象可以由级联效应得到解释.     

Electron temperature fluctuation in the HT-7 Tokamak plasma observed by electron cyclotron emission imaging

The fluctuation of the electron temperature has been measured by using the electron cyclotron emission imaging in the Hefei Tokamak-7 (HT-7) plasma. The electron temperature fluctuation with a broadband spectrum shows that it propagates in the electron diamagnetic drift direction, and the mean poloidal wave-number $\bar{k}_{\theta}$is calculated to be about 1.58 cm^-1, or \bar{k}_θ ρ_s≈ 0.34. It indicates that the fluctuation should come from the electron drift wave turbulence. The linear global scaling of the electron temperature fluctuation with the gradient of electron temperature is consistent with the mixing length scale qualitatively. Evolution of spectrum of the fluctuation during the sawtooth oscillation phases is investigated, and the fluctuation is found to increase with the gradient of electron temperature increasing during most phases of the sawtooth oscillation. The results indicate that the electron temperature gradient is probably the driver of the fluctuation enhancement. The steady heat flux driven by electron temperature fluctuation is estimated and compared with the results from power balance estimation.