强激光与粒子束
2021, 33(11): 115001
1 盐城工学院信息工程学院, 江苏 盐城 224051
3 盐城工学院汽车工程学院, 江苏 盐城 224051
采用了一种针对针的放电结构, 将其放置在一个高纯氩气的密闭腔室中, 通过施加正极性的过电压产生可重复的大气压纳秒脉冲放电, 并提出建立大气压放电的连续辐射模型来诊断氩气纳秒脉冲放电中的电子温度。 实验利用电压和电流探头分别获取放电过程中的电压和电流波形图, 其放电脉宽约为20 ns。 通过消色差透镜、 单色仪和ICCD等光学系统的组合来测量放电正柱区在不同时刻(0<t<20 ns)的时间分辨发射光谱。 结果表明, 放电中连续谱的强度随时间先增加(0<t<10 ns)后减小(10 ns<t<20 ns), 但是氩原子的谱线强度则随时间的增加而一直增大。 研究表明连续谱强度与电子密度成正相关, 因而电子密度随着时间也是先增加而后减小, 这与放电电流的变化规律是完全一致的。 根据连续谱模型拟合得到放电过程中(0<t<10 ns)的电子温度为(1.4±0.2) eV。 随着驱动电压的下降(10 ns<t<20 ns), 电子温度逐步减小至0.9 eV。 在0<t<10 ns中, 激发态氩原子主要是由电子碰撞激发产生的, 因而谱线强度随着电子密度的增加而增大。 然后, 随着电子温度的减小, ${Ar_{2}}^{+}$复合反应速率激增, 导致电子与离子的复合过程主导产生激发态氩原子, 即谱线强度继续增大。 通过加入0.5%的水蒸气以获取OH的振转光谱。 实验发现, OH(A)的产生机制使其偏离玻尔兹曼平衡分布, 本文采用了双温的OH(A-X)光谱模型来考察气体温度。 在放电过程中, 气体温度保持不变, 大约为400 K。 此外, 水蒸气的加入使得短波长的连续谱发生显著增强。 光谱分析认为H2O在放电中能够解离产生H2, 继而与氩原子的亚稳态发生能量转移生成激发态H2($a^{3} \sum^{+}_{g}$)。 H2($a^{3} \sum^{+}_{g}$)将会自发辐射跃迁到排除态H2($b^{3} \sum^{+}_{u}$), 同时发射短波长的连续谱。 由于短波长的连续谱对电子温度(Te>1 eV)的响应较为灵敏, 所以载气中少量的水蒸气将会对连续谱诊断电子温度带来较大的影响。
大气压放电 发射光谱 纳秒脉冲放电 电子温度 连续谱 Atmospheric pressure discharges Optical emission spectroscopy Nanosecond pulsed discharges Electron temperature Continuum radiation 光谱学与光谱分析
2021, 41(8): 2337
强激光与粒子束
2021, 33(6): 065005
大连理工大学三束材料改性教育部重点实验室, 辽宁 大连 116024
提出了一种阵列式线-线沿面介质阻挡放电结构, 利用双极性高压纳秒脉冲电源, 在大气压空气中激励产生了相对大面积的放电等离子体。 其中, 高压电极、 地电极均为圆柱形金属, 放电反应器由20组相间排列的阵列式线型高压电极和套有介质管的阵列式线型地电极组成。 利用电压探头、 电流探头、 示波器等测量了放电电压和放电总电流, 并计算得出了放电的实际电流。 利用光纤、 光栅光谱仪、 CCD等测量了波长范围在300～440 nm和766～778 nm的发射光谱, 即氮分子第二正带N2 (C3Πu→B3Πg)包括Δν= +1, 0, -1, -2, -3、 氮分子离子第一负带N+2(B2Σ+u→X2Σ+g), N2 (B3Πg→A3Σ+u)和O (3p5P→3s5S2)的发射光谱。 比较了氮分子第二正带N2 (C3Πu→B3Πg)的各个振动峰和各个活性物种的发射光谱强度, 以及这些发射光谱强度随着脉冲峰值电压的变化。 测量了N2(C3Πu→B3Πg, 0-0)的二次、 三次衍射光谱, 与原始光谱在转动带、 背景光谱等方面进行了比较, 并计算了二次衍射和原始光谱之间的峰值比。 利用氮分子第二正带N2 (C3Πu→B3Πg, Δν=+1, 0, -1, -2)和氮分子离子第一负带N+2 (B2Σ+u→X2Σ+g, 0-0)模拟了等离子体的转动温度和振动温度, 对模拟结果进行了比较, 并研究了脉冲峰值电压对等离子体振动温度和转动温度的影响。 通过测量放电的电压和计算得到的放电电流发现, 当脉冲峰值电压为22 kV, 脉冲重复频率为150 Hz时, 阵列式线-线沿面介质阻挡放电的放电电流在正脉冲、 负脉冲两个方向上均可达75 A左右。 通过诊断放电等离子体的发射光谱发现, 在测量的波长范围内, 放电产生的活性物种主要有氮分子第二正带N2 (C3Πu→B3Πg)、 氮分子离子第一负带N+2(B2Σ+u→X2Σ+g), N2 (B3Πg→A3Σ+u)和O (3p5P→3s5S2)。 在脉冲峰值电压22～36 kV的变化范围内, 氮分子第二正带N2(C3Πu→B3Πg, 0-0)的发射光谱强度始终保持最强, N2 (B3Πg→A3Σ+u)次之, 而氮分子离子第一负带N+2(B2Σ+u→X2Σ+g)和O (3p5P→3s5S2)的发射光谱强度较弱。 同时, 当脉冲峰值电压升高时, 氮分子第二正带N2 (C3Πu→B3Πg)的所有振动峰, 以及氮分子离子第一负带N+2(B2Σ+u→X2Σ+g), N2 (B3Πg→A3Σ+u)和O (3p5P→3s5S2)的发射光谱强度均随之升高。 通过比较氮分子第二正带N2(C3Πu→B3Πg, 0-0)的原始、 二次衍射、 三次衍射光谱发现, 二次、 三次衍射光谱的转动带更清晰, 但三次衍射光谱的背景更强, 因此氮分子第二正带N2(C3Πu→B3Πg)的二次衍射光谱更有利于模拟等离子体的转动温度。 通过比较模拟得到的振动温度和转动温度发现, 氮分子第二正带N2 (C3Πu→B3Πg, Δν=-2)在N2 (C3Πu→B3Πg)四个谱带Δν=+1, 0, -1, -2中最适于模拟等离子体振动温度, 而利用氮分子离子第一负带N+2 (B2Σ+u→X2Σ+g,0-0)模拟得到的等离子体转动温度要比N2 (C3Πu→B3Πg, Δν=-2)的模拟结果高约10～15 K。 同时, 当脉冲峰值电压升高时, 由N2 (C3Πu→B3Πg, Δν=-2)和N+2 (B2Σ+u→X2Σ+g, 0-0)模拟得到等离子体的转动温度均出现了略微上升的趋势, 而利用N2 (C3Πu→B3Πg, Δν=-2)模拟得出的振动温度则略微下降。
沿面介质阻挡放电 大气压放电 纳秒脉冲放电 发射光谱 Surface dielectric barrier discharge Atmospheric discharge Nanosecond pulsed discharge Optical emission spectra 光谱学与光谱分析
2019, 39(4): 1236
装备学院 激光推进及其应用国家重点实验室, 北京 101416
应用高压纳秒脉冲放电技术分别产生了瞬时冷等离子体和瞬时热等离子体。在圆柱型燃烧室内进行了乙烯/空气预混气的瞬时冷等离子体和瞬时热等离子体点火实验。实验结果表明，瞬时冷等离子体放电所需的电能小于瞬时热等离子体放电。与瞬时热等离子体点火技术相比，瞬时冷等离子体点火缩短了碳氢燃料的点火延迟时间。
纳秒脉冲放电 瞬时冷等离子体 点火延迟 乙烯 nanosecond pulse discharge non-thermal transient plasma ignition delay ethene 强激光与粒子束
2013, 25(11): 2777
中国科学院 微电子研究所, 微电子器件与集成技术重点实验室, 北京 100029
采用基于半导体断路开关的纳秒脉冲高压电源, 在两个金属电极之间产生放电区间为1 600 mm×100 mm×25 mm的常压辉光空气等离子体。等离子体发生器采用负高压针电极阵列与平板阳极结构, 针电极的直径为1 mm, 长度为20 mm, 针电极之间的间隔为20 mm, 针电极与平板零电位之间的距离为25 mm, 在每个负高压针电极末端周围同时形成圆锥形辉光放电, 在平板地电极则形成大面积辉光放电。采用电压探针测量了该新型等离子体的放电特性, 结果表明: 放电脉冲的上升时间为26 ns, 最高脉冲输出峰值电压为27 kV; 利用该辉光等离子体对幅宽为1 000 mm聚四氟乙烯薄膜进行了表面改性处理, 处理后其表面接触角由原来的124°降到69°, 亲水性能大为提高。
纳秒脉冲放电 半导体断路开关 空气辉光等离子体 表面处理 nanosecond pulsed discharge semiconductor opening switch atmospheric pressure glow air plasma surface treatment 强激光与粒子束
2010, 22(10): 2299
