采用C语言编程实现的三维系综蒙特卡罗模型研究了 外加磁场对微空心阴极放电的影响。研究结果显示,当气体压强和外加电压保持不变时,在微空心阴极放电 系统中加入外部磁场后,阴极方向电子密度分布变化不大,轴向和侧向电子漂移范围减小,电子能 量向低能方向移动,但是外加磁场对高气压微空心阴极放电的影响整体上不如对低气压放电的影响明显。 研究结果对于理解微空心阴极放电等离子体的机理具有一定的指导意义。

微空心阴极放电是一种典型的非平衡高压微放电,可以在较低的放电电压下产生高浓度的稠密等离子体,研究潜力巨大.分析比较了目前主要的仿真模型:蒙特卡罗模型、流体模型、动力学模型(以粒子-蒙特卡罗模型为主)、混合模型和等效电路模型.这些模型均可以用于探索放电系统内部的发展规律:微空心阴极放电经历反常辉光放电、自脉冲和正常辉光放电三个阶段,最终达到放电稳态.其中自脉冲阶段等离子体密度达到峰值,是当前研究的热点.

为了揭示微空心阴极放电的放电机理，利用流体模型研究了矩形微空心阴极放电的时间和空间分布特性。在氩气环境下计算得到了压强为1.3×104 Pa时电流、电势、电场、电子和离子密度等随时间的发展变化。结果表明，整个放电过程分为四个阶段，即预放电阶段、电场由轴向向径向转换阶段、电流缓慢增长向空心阴极效应过渡阶段和稳态放电阶段。稳态放电时出现明显的空心阴极效应，阴极位降区存在很高的径向电场和较高的电子平均能量，而负辉区径向电场很弱，电子平均能量较低，电子和离子密度峰值出现在负辉区，二者数值基本相等，而在阴极位降区离子密度远高于电子密度。

针对微空心阴极放电(MHCD)装置, 通过在氩气中添加少量氮气, 分析氮分子第一正带系N2(B3ΠgA3+u)发射光谱的方法测量了MHCD中的气体温度, 通过氩气中混有的少量氢气, 分析Hβ谱线Stark加宽得到电子数密度。 研究表明, MHCD在极小的体积和很高的功率密度下维持放电, 致使发生了明显的气体加热现象, 气体温度可高于700 K, 并且随着放电室压强和放电电流呈有规律的变化, 具有较好的可控性, 电子数密度的量级为1014～1015 cm-3。 通过对不同条件下等离子体特性参数的诊断和分析, 得到了其量级和变化规律, 对MHCD的广泛研究和应用提供了重要的实验数据和技术支持。

微空心阴极放电推力器是一种新颖的电热式微推力器, 利用纳卫星提供的1～10 W的功率可提高微推进装置的性能。为了预示该推力器的性能, 结合实验中测量的气体温度值和火箭发动机原理, 初步计算得出微放电推力器的推力范围为几十至上千μN, 以氩气为工质比冲量级为600～1 000 N·s/kg, 以氦气为工质比冲量级为3 000 N·s/kg。研究结果表明, 微空心阴极放电较小的尺寸结构与强烈并可控的气体加热相结合, 可以开发应用在电热式微放电推进中, 作为微小卫星, 尤其是纳卫星和皮卫星的动力系统。

微空心阴极放电(MHCD)是在普通空心阴极放电的基础上提出的一种高气压下亚毫米级微放电技术.将MHCD作为大体积辉光放电的外部电离源(即等离子体源),可以解决高气压下大体积辉光放电不稳定的问题.在MHCD实验的基础上,研制出可对MHCD气体放电模式(连续/脉冲)和输出功率进行调控的开关电源.这种开关电源可以与单片机、微机等其他外部控制设备相连.该电源采用全桥软开关技术,串联谐振并联输出,4个MOSFET管为主控制元件,实现了高频工作,响应快速.脉冲模式工作时避免了开关管的硬开关,减小了高次谐波对电网干扰;无需镇流电阻也可实现气体稳定放电.

微空心阴极放电是一种新颖的、非平衡、高气压辉光放电.综述了微空心阴极放电的基本原理;详细论述了微空心阴极放电中的准分子辐射,以及微空心阴极放电的放电方式(直流放电、脉冲放电、射频放电)对准分子辐射强度和效率的影响;最后论述了微空心阴极放电的运行方式(串联运行、并联运行)对准分子辐射的影响.

首先综述了微空心阴极放电的基本原理,然后详细论述了微空心阴极维持的辉光放电(MCSD)以及MCSD的放电参数对产生大体积高压辉光放电等离子体源的影响,最后论述了MCSD运行方式对产生高压辉光放电等离子体源的影响。