为了促进激光诱导击穿光谱技术（LIBS）在土壤重金属元素检测中的应用，提高重金属元素检测灵敏度，研究向土壤样品中掺杂不同比例NaCl粉末对重金属Cd元素LIBS光谱增强效果，结果表明：向土壤样品中掺杂NaCl粉末可以显著提高Cd元素特征谱线强度。当NaCl掺杂质量分数为90%时，Cd元素2条特征谱线Cd 214.441 nm、Cd 228.802 nm的检测限分别从30.57 mg/kg降低至1.526 mg/kg、从28.12 mg/kg降低至2.501 mg/kg。计算等离子温度和电子密度，二者均随着NaCl掺杂质量分数的增加而逐渐升高，掺杂NaCl可以有效提高激光与土壤的耦合效率，增加土壤的烧蚀量，从而增强Cd元素光谱强度，该研究结果对LIBS在微量重金属检测中的应用具有重要的参考意义。

水下湿法焊接技术应用日益广泛, 由于特殊的焊接条件, 导致深水下其焊接质量亟待改善。 通过搭建水下湿法焊接实验平台, 压力罐调节气压分别模拟0.3, 20和40 m水深, 界定焊接引弧阶段, 分别采集三个水深环境条件下焊接引弧阶段的光谱信息及电压电流数据, 采集光谱信息时利用光谱仪的延时触发功能, 分别采集引弧5, 10, 15, 20和25 ms时刻的光谱数据, 对采集到的电弧光谱数据整理后进行诊断分析。 诊断分析时结合NIST原子光谱数据库以及特征谱线的相关数据, 得到各元素粒子的识别结果。 对于高价态的元素离子态, 因为其电离能比较大, 激发电离程度会受到电弧温度变化的影响, 不能仅靠光谱图进行识别诊断, 还需要进一步对其组分进行数密度计算。 结合水下湿法焊接电弧光谱诊断的信息和水下湿法焊接反应过程, 确定出计算中要考虑的电弧等离子组分的18种粒子, 求解由沙哈方程、 解离电离方程、 准中性方程、 气体压力平衡方程等组成的方程组, 采用牛顿迭代法对方程组进行联立求解, 对于求解非线性方程组, 采取分段赋值的方法, 得到等离子体组分在三个水深环境下的数密度, 并对其变化规律进行分析, 探究不同水深环境对焊接电弧等离子体数密度影响及因素。 研究表明各个粒子数密度在不同水深条件下的变化是非线性的, 随着水深加大电弧数密度变化幅度也快速增大。 随着水深的增加, 电弧会受到压缩, 但电弧不能无限制被压缩; 粒子的电离受温度的影响, 温度越大电离作用越强烈, 但当温度升高到一定程度时, 各个电离作用有其电离极限, 粒子数密度也不会无限增大。 通过不同水深条件下焊接电弧引弧阶段数密度的计算, 对水下焊接电弧引弧阶段粒子产生的机理进行了研究, 为提高水下焊接电弧稳定性及电弧模拟仿真计算等提供了理论依据。

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。

采用微波诊断技术对气压300 Pa, S波段HPM条件下形成的低温、弱电离、非均匀和强碰撞大气等离子体特性参数开展了初步诊断研究。获取了9~15 GHz连续波穿过HPM等离子体区域的透射波形, 并对波形进行了归一化处理; 通过不同频率微波的透射特性, 假设等离子体电子数密度分布呈Epstein分布, 分析了可能的电子数密度最大值。该研究成果的获取为HPM大气等离子体在隐身、阻断信息链等方面的应用提供了重要的技术支撑。

搭建了正交的再加热双脉冲激光诱导击穿光谱(RDP-LIBS)实验装置。以黄连为研究对象,用其特征谱线的光谱强度和信背比评估了光谱特性。通过优化探测延时、两束激光能量值组合及脉冲间隔等实验参数,提高了检测的灵敏度。相比单脉冲激光诱导击穿光谱(SP-LIBS)技术,RDP-LIBS技术对4条特征谱线(Fe、Al、Ca、CN)的光谱强度增强倍数分别为4.0,5.5,10.0和3.5。RDP-LIBS下的等离子体电子激发温度和电子数密度均比SP-LIBS下的有所提高。

利用可调谐二极管激光吸收光谱技术对低气压氩气介质阻挡放电等离子体进行诊断, 重点考察了Ar亚稳态1s5和1s3的数密度和气体温度随放电电压, 气压, 流量, 极板间距, 以及随N2配比的变化情况。 实验基于朗伯-比尔（Lambert-Beer)定律, 通过计算吸收谱线的吸收峰面积求取Ar亚稳态的数密度, 同时对谱线进行Voigt拟合得到多普勒展宽, 进而求出气体温度。 Ar亚稳态主要由电子碰撞产生, 但同时电子也会碰撞亚稳态发生猝灭作用, 从而使数密度减少; 气体温度则与等离子体的实际功率、 电子的状态以及粒子之间的碰撞有关。 实验结果表明在本实验条件范围内, Ar亚稳态数密度和气体温度随放电电压和流量的增大都先增大, 之后逐渐趋于平缓, 但两者随流量的变化幅度都较之随放电电压的小, 增长较缓慢。 随气压的升高, Ar亚稳态数密度和气体温度先增加并达到一个极大值, 而之后逐渐降低。 实验数据表明, 气压对谱线展宽有较明显的影响作用。 适当增大极板间距, Ar亚稳态数密度明显降低, 但气体温度却有所升高。 N2的加入对亚稳态有很强的猝灭作用, 05%的N2就会使数密度下降50%, 但随着N2浓度的进一步增大, 其数密度不再明显降低。

利用发射光谱法测量大气压He-Ar混合气体射频容性放电中的Ar亚稳态1s5(3s23p54s［3/2］2)粒子数密度。在不同的放电功率和气体组分下测量放电等离子体中的重要参数: 气体转动温度、电子激发温度和Ar亚稳态1s5粒子数密度。结果表明: 气体温度在不同放电功率及Ar气压在5×103 Pa以内时变化不大,范围为300~350 K; 电子激发温度随着放电功率的增加而增加,并且在Ar气压为4×103 Pa时最大,在放电功率为70 W时达到0.58 eV; 1s5粒子数密度随着放电功率以及电子激发温度的增加而增加,在放电功率为70 W、Ar气压为4×103 Pa时达到1.53×109 cm-3。

为了优化20 cm离子推力器放电室内部推进剂供气方式, 研究了在不发生气体放电时, 推力器阳极和主阴极供气接口处的流体速度和压强, 并以此开展推力器放电室内部的流场计算。结果表明: 采用单阳极供气管方式, 阳极出口处压强为4~158 Pa, 气流出口速度为0.1~47 m/s；阴极小孔出口处的压强约为33.1 Pa, 出口速度约为12 m/s；考虑真空系统的返流作用时, 单阳极供气管方式下放电室内部压强为0.001~0.4 Pa, 大部分区域Xe原子数密度为(0.2~3)×1018/m3, 在靠近栅极的部分区域数密度达到9×1019/m3左右；在增加阳极组件的供气管数量后, 阳极的气体出口速度为18~40 m/s, 放电室压强为0.03~0.1 Pa, 大部分区域Xe原子数密度为(0.72~2.4)×1019/m3, 靠近阳极与主阴极进气端的小部分区域原子数密度约2×1017/m3, 且放电室内部原子密度整体分布较为均匀。