水下湿法焊接技术近年来得到了越来越广泛的应用, 提高水下湿法焊接的焊接质量是很多研究的重点。 水下湿法焊接电弧等离子体组分直接影响焊接稳定性和焊接质量, 但对水下湿法焊接电弧等离子体组分的相关研究一直很少, 更缺乏从光谱层面对水下湿法焊接电弧等离子体组分进行诊断研究。 首先通过对水下湿法焊接的过程进行研究, 搭建了水下湿法焊接实验平台, 通过电弧光谱诊断系统, 对得到的电弧光谱进行诊断分析, 确定了计算电弧等离子体组分所考虑的主要元素。 在光谱诊断结果的基础上, 进一步对水下湿法焊接电弧气泡成分的解离和电离过程进行分析, 确定了计算水下湿法焊接电弧等离子体组分所需考虑的18种粒子, 在计算得出配分函数的基础上, 通过牛顿迭代法求解由Saha方程、 电荷准中性和方程原子守恒方程组成的方程组, 得出了各个粒子的数密度, 绘制了各个粒子的数密度随温度变化的曲线。 计算结果表明, 在不同温度区间, 水下湿法焊接电弧等离子体中发生的反应不同, 生成的主要粒子不同, 在温度较低时, 水下湿法焊接电弧等离子体主要是由没有电离的分子、 原子及电离能较低的低价态离子组成, 随着温度的升高, 解离反应和电离反应持续进行, 高价态的离子不断被电离出来； 不同粒子随温度变化的趋势也不同, 有的粒子数密度随温度持续升高, 有的不断降低； 计算的结果显示各粒子在不同温度区间变化的趋势与光谱诊断结果相符合, 验证了计算结果的正确性。 等离子体组分的确定为从机理层面对水下湿法的电弧进行研究奠定了基础, 也为进一步对水下湿法焊接电弧热力学属性及辐射属性等参数的研究提供了理论依据。

依据3个闪电回击过程的时间分辨光谱，采用不同的方法计算闪电核心电流通道温度及外围发光通道温度，研究了回击电流衰减过程中通道温度随时间的演化特性。结果表明，核心电流通道温度比外围发光通道温度高4000~5000 K。在峰值电流之后，相比于电流的变化，通道温度的衰减更为缓慢。峰值电流之后约400 μs时，通道温度仍维持在20000 K左右，如此长时间的高温导致的热效应是许多闪电灾害的主要根源。

作为一种常用的等离子体诊断方法, 原子发射光谱法具有非侵入、 在线诊断、 时空分辨等优点, 在等离子体诊断领域得到了广泛的应用。 作为一种单次脉冲离子源, 真空弧离子源具有结构紧凑、 工作压强低、 束流大和可以随时开始工作等其他类型的离子源所无法比拟的优点, 在离子源研究和应用领域受到了极大的关注。 为了研究真空弧离子源的放电过程, 对其放电生成等离子体的特性进行详细描述, 并为进一步的离子源研究和改进奠定基础, 采用原子发射光谱法对其放电生成等离子体的参数进行诊断。 本文结合原子发射光谱的斯塔克(Stark)展宽和Saha-Boltzmann方程, 发展了两种针对光谱仪采集到的发射光谱数据的处理方法, 可对等离子体的电子温度、 电子密度、 离子温度以及热运动状态进行诊断。 对阴极为Ti(H)材料时真空弧离子源放电生成的等离子体, 分别采用这两种方法对其进行了诊断, 对诊断结果的有效性进行了判断。 此外, 还对光谱采集过程中, 实验室背景辐射对诊断结果的影响进行了讨论。

等离子体电离态分布是等离子体物理学中被广泛应用的重要物理量之一,而原子数据是电离态计算的前提.首先,利用Rubiano相对论性原子结构模型、Faussurier非相对论原子结构模型和高度简化的More模型,分别计算各种电离度的Fe离子能量.通过与自洽场结果的比较后认为,Faussurier模型给出的原子数据比较精确可靠.然后,再利用以上模型研究了局部热力学平衡Fe等离子体电离态随温度和密度的变化情况.计算结果表明,不同原子模型提供的原子数据对平均电离度的计算结果影响不大,但明显地影响等离子体中的离子丰度.本文对这些差异进行了物理分析.