典型大气压冷等离子体射流的剂量评估

在大气压冷等离子体(Cold atmospheric plasma, CAP)的生物医学应用中，不同强度的CAP处理生物材料会带来具有显著差异的作用效果。因此，引入等离子体剂量来定量化描述等离子体对材料的作用量，从而获得理想的CAP处理效果，对于推动CAP的生物医学应用具有十分迫切的需求。药学中常采用“半数致死剂量(LD₅₀)”描述药物毒性，而我们前期的研究工作表明该方法也适用于等离子体剂量的评估，且具有通用性强、操作便捷等特点。本论文基于LD₅₀-等离子体剂量评估方法获得了大气压射频辉光放电等离子体射流处理人体胚胎肾293细胞的LD₅₀数值，并与另一种典型CAP源，即大气压介质阻挡放电等离子体射流的剂量值进行了对比和分析。本论文工作进一步验证了LD₅₀-等离子体剂量评估方法的可靠性和便捷性，也为两种典型CAP源在生物医学等领域的实际应用提供了一定的理论指导和剂量参考。     

直流电压激励单电极氩气射流阵列的放电模式

大气压等离子体射流在诸多领域具有非常广泛的应用。为了提高大面积材料的处理效率,通常需要将多个射流排列为射流阵列,但由于阵列中等离子体羽间的相互作用,实际上很难产生大面积均匀等离子体羽。针对于此,本文利用直流电压激励单电极氩气射流阵列,产生了大面积均匀等离子体羽。研究发现,在低电压下放电为分立的等离子体羽,而高电压下为均匀片状等离子体羽。片状等离子体羽随着电压、氩气流量及空气流量的增加而变长。电学和光学测量结果表明,分立等离子体羽的放电电流和发光信号均为频率很高的小脉冲。片状等离子体羽的电流和发光信号为频率很低的大脉冲,并且在两个大脉冲之间也存在着小脉冲。利用高速影像对分立羽和片状羽的产生机制进行了研究。结果表明分立羽中阳极羽对应正流光放电机制,而阴极羽对应汤森放电机制。片状羽的击穿机制也是流光机制,流光击穿后会产生辉光放电丝,此后辉光微放电丝沿着气流向下游运动。此外,利用光纤测温仪对片状等离子体羽的气体温度进行了研究,发现片状等离子体羽的气体温度不超过65℃。     

空间飞行器远尾区电双层形成的数值模拟

采用FTCS有限差分格式方法,考虑场量具有轴对称的特点,利用二维三分量的初始条件,对在非静态极限下空间飞行器与周围等离子体在远尾区发生非稳态非线性相互作用的耦合方程进行数值计算,得到电势的时空演化图。结果显示,在飞行器远尾区形成了电双层结构。研究该结构对探测隐身飞     

电子、正电子、离子等离子体尾场中被加速正电子的研究

为了研究在激光驱动的等离子体尾场中被加速正电子的动力学,使用了由电子、正电子、离子组成的等离子体,通过采用数值模拟方法得到了非对称脉冲驱动的尾波场中被加速的正电子的运动相图、动能变化,势能。数据结果表明：非对称激光脉冲驱动尾场中正电子得到很高的能量。提高等离子体中的正电子比例会使电子和正电子的加速效果减弱。在非对称激光脉冲驱动的激光尾场中,为了有效地加速正电子,要选择恰当的上升激光脉冲长度和下降激光脉冲长度。     

等离子体技术的固氮应用

空气中的氮气由于其牢固的N≡N三键,不易被植物直接吸收.等离子体固氮为高效实现将氮分子(N2)转化为可吸收的含氮化合物(NOx,NH3等)提供了新途径.相比传统Haber-Bosch(H-B)工艺,等离子体技术可以使用间歇性可再生能源,成本低廉,并且理论能耗仅为H-B工艺的0.5倍,因而在固氮领域受到广泛关注.本篇综述...     

在相对论性等离子体中横振荡色散关系的数值分析

对Mikhailovskii的横振荡色散关系的物理模型进行数值模拟。所得结果在极端相对论下（α=0．3）不仅与Mikhailovskii的理论相吻合,还得到了Mikhailovskii没得到的1〈-↑vp〈10范围内的色散关系,而且将α取不同值的色散关系全数据化地模拟了出来。     

等离子体吸收隐身技术的吸收功率数值模拟

介绍了等离子体吸收隐身的机理,并对等离子体吸收隐身在特定的参数下进行了数值模拟,从中分析出了影响等离子体吸收隐身技术效果的几个因素.     

托卡马克钨偏滤器基本物理问题

偏滤器是托卡马克中用于排除氦灰和粒子的主要部件,也是发生等离子体与壁材料相互作用最强烈的区域。钨材料被认为是偏滤器的主要候选材料,现在世界上的主要托卡马克装置都开始重点关注钨偏滤器条件下放电特性。长脉冲高功率运行对钨偏滤器的要求包括：沉积到偏滤器靶板能流得到有效控制、钨靶板侵蚀和钨杂质输运的理解、钨杂质聚芯和燃料在钨材料中滞留的抑制。通常要求钨偏滤器具有较强的热辐射能力,从而在能量沉积到偏滤器靶板前将其辐射掉,同时降低入射到靶板的粒子能量。本文回顾了钨偏滤器基本物理问题的研究进展,包括器壁材料对偏滤器能量辐射和脱靶的影响,外加杂质注入脱靶,钨靶板侵蚀的主要影响因素,钨杂质输运和聚芯,边界局域模对钨靶板的影响和燃料在钨靶板中的滞留。     

相对论性非广延分布等离子体自生磁场方程

磁场是等离子体中重要的非线性结构。有关等离子体中磁场的产生机制是等离子体物理学研究的重点课题,在激光等离子体及核聚变物理中有重要应用。近年研究结果表明,非广延分布函数在描述等离子体系统时更具优越性,现已成为国际研究热点。考虑波-波、波-粒相互作用,从弗拉索夫方程及麦克斯韦方程组出发,利用自生磁场理论,建立起相对论非广延分布等离子体中的低频磁场控制方程。 更多还原     

低成本脉冲源驱动的纳秒脉冲等离子体固氮

纳秒脉冲等离子体在环境工程领域与生物医学领域有着广阔的应用前景。本文介绍了一种集成度较高、成本较低的kHz脉冲电源和一种简单、实用的等离子体发生装置。本文所提及的脉冲电源的成本在2000元以内,电压峰值、放电频率均可通过修改电路元件参数进行调节。该等离子体放电装置在大气压条件下可产生体积为25cm×25cm×2cm的均匀等离子体区,放电装置的工作气体为空气或氮气。将雾滴通过等离子体放电区域后,等离子体中的气相NOx、O和OH-等粒子溶解在雾滴中,并通过一系列反应形成NO-2、NO-3和NH+4,从而实现大气压条件下的低温等离子体固氮。     

简并金属等离子体纵振荡的色散关系

在计入离子运动对色散关系产生影响的基础上,数值求解了完全简并金属等离子体中纵振荡的完全色散关系.将其色散曲线与纯电子等离子体色散曲线对比,得到了是否需要考虑离子贡献的分界线.此外,对比不同电子-离子温度比值、不同电子温度、不同密度的色散曲线.还得到了电子一离子温度之比不影响色散关系、密度越大振荡的截止频率就越大等结论.     

非磁化等离子体的时域有限差分方法

时域有限差分（FDTD）算法被广泛地用于模拟电磁场的传播。给出了电磁波在非磁化等离子体中传播的稳定条件，并给出了几种非磁化色散等离子体的FDTD方法，包括：递归卷积（RC）法，分段线性递归卷积（PLRC）法，电流密度卷积（JEC）法，方向交替隐式（ADI）法和高阶FDTD算法。同时对结果进行了分析。     

线偏振激光在等离子体中的调制相互作用

激光在等离子体中传播时,横等离激元与驱动的离子声波发生调制相互作用,出现调制不稳定性。随着调制不稳定性的非线性发展,将使得激光场峰值越来越大,最终导致激光场的坍塌。利用电磁波在等离子体中的非线性色散关系以及Karpman方程,首次得到在一般情况下调制不稳定性的时间增长率与扰动态波数之间的函数关系。结果表明,调制不稳定性的时间增长率随着激光强度的增大而增长;越接近等离子体临界面处,调制不稳定的时间增长率的峰值显著增长。同时从线偏振激光场波包所满足的非线性控制方程出发,利用维里定理,讨论调制不稳定发展后期的波包坍塌动力学问题,证明了激光场具有塌缩行径。更多还原     

表面等离子体干涉光刻理论计算

推导了基于衰减全内反射结构的表面等离子体干涉光刻磁场强度分布的解析表达式,讨论了该光刻结构的最优化条件.当激发光为325nm激光,棱镜和光刻胶的折射率分别为1.94和1.53时,最优化的Al膜厚为19.2nm,共振角为58.83°,激发的表面等离子体干涉刻写光栅的特征尺寸为48.9nm,小于1/6波长.计算结果表明,高折射的光刻胶可以制造高分辨率的光栅.     

分段线性电流卷积时域有限差分法及在等离子体隐身技术中的应用

给出了一种高效性和高精度的算法——分段线性电流卷积时域有限差分算法,并应用于模拟电磁场在色散等离子体介质中的传播。给出了电磁波在非磁化等离子体平板的反射系数,并对算法的高效性和高精度进行了验证。用分段线性电流卷积时域有限差分算法计算了等离子体覆盖的二维方柱的双站雷达散射截面,并对结果进行了分析。     

等离子体隐身技术的WKB方法

研究了非磁化等离子体的碰撞吸收隐身技术机理。用WKB方法给出了垂直入射、斜入射情况下,非磁化不均匀等离子体密度覆盖导体平板的等离子体对不同频率电磁波的反射系数。给出了不均匀非磁化等离子体密度、等离子体碰撞频率、电磁波频率与碰撞吸收的关系。     

等离子体中磁单极子沿双曲线轨道运动的辐射

从运动磁单极子产生的流密度方程出发,研究了在中心力场中沿双曲线运动磁单极子辐射能量谱,并对其进行数值计算.分析了磁单极子在等离子体中沿双曲线运动的辐射特点.     

用于等离子体质谱的可替换毛细管同心雾化器

自制了一种进样毛细管可替换的常规同心雾化器,由雾化器器体、石英毛细管(外径0.37 mm,内径0.25mm)和雾化器适配器在环氧树脂胶的黏合作用下组装而成.将雾化器浸入沸水中,环氧树脂胶即软化,从而实现雾化器各组件的拆卸分离及破损或堵塞的进样毛细管的更换.自制同心雾化器在雾化气流量为0.87L.min-1、样品提升量在1.09mL.min-1左右达到最佳灵敏度.在最佳实验条件下,比较了自制的毛细管同心雾化器和Mein-hard同心雾化器的性能,前者在灵敏度、检出限、准确度、长期稳定性和多原子离子产率方面均优于或相当于后者.自制的可替换毛细管同心雾化器相比同类的商品同心雾化器,具有制作简单、使用方便、维护经济等优点.     

激光等离子体尾波中的太赫兹阻尼辐射

基于激光等离子体尾波解析模型,得到等离子体尾波中振荡电流分布,采用经典阻尼辐射理论,计算了电流振荡辐射的纵向THz波空间分布。结果表明,纵向传播THz辐射主要来自径向电流振荡,阻尼辐射集中在以激光轴为中心的小角度圆锥体范围内,辐射强度峰值偏离激光轴方向一个小角度。讨论了等离子体层厚度对辐射的影响,发现辐射功率随等离子体层厚度的增加而增大,而辐射立体半角宽度随着等离子体层厚度的增加而减小。     

大气压脉冲调制射频放电中相关时间尺度效应的数值模拟

近年来,大气压射频放电由于可以产生大体积均匀的等离子体而引起人们极大的关注,引入脉冲调制后,所产生的脉冲调制等离子体与连续等离子体相比表现出不同的放电行为,这为研究大气压射频放电中不同的时间尺度关系提供了条件。本文基于一维流体模型,以首电流脉冲为研究对象,研究了电压变化时间(射频频率)、电压施加时长和电压关断时长对放电的影响,讨论了电场变化、带电粒子迁移与带电粒子扩散之间不同时间尺度的关系。计算结果表明,首电流脉冲现象仅出现在电压变化时间较短,即电压变化率较高的条件下;随着电压施加阶段的延长,首电流脉冲将明显增强,稳定后的放电电流也有所增加;随着电压关断阶段的延长,首电流脉冲先增强后减弱,稳定后的放电电流则一直减小。本文的研究有助于深刻理解大气压射频放电中不同时间尺度之间的关系,为实际应用中放电参数的选择提供理论依据。