大气压氩气/空气介质阻挡放电中分子振动温度

使用水电极介质阻挡放电装置,在氩气和空气混合气体放电中,利用光谱方法测量了氮分子（C^3Πu）的振动温度及其随空气含量的变化关系.计算中采用的是氮分子第二正带系（C^3Πu→B^3Πg）的发射谱线,顺序带组有：△v=-1,△v=-2和△v=-3.结果表明：大气压介质阻挡放电中氮分子振动温度范围为1 938～2 720 K,振动温度随空气含量的增加几乎是线性增加的.该工作对研究介质阻挡放电中等离子体的动力学过程具有重要意义.

氩气/空气介质阻挡放电中分子振动温度研究

使用水电极装置，在氩气／空气介质阻挡放电中，通过对氮分子第二正带系(C3Ⅱu→B3Ⅱg)的发射谱线进行分析，研究了氮分子(C3Ⅱu)的振动温度随压强的变化．实验结果表明：氮分子(C3Ⅱu)振动温度随压强的增大而减小．

介质阻挡放电中不同斑图的微放电通道中分子振动温度研究

采用特殊的水电极介质阻挡放电实验装置,在空气/氩气介质阻挡放电中得到了四边形斑图、六边形斑图,通过对氮分子第2正带系(C3Πu→B3Πg)的发射光谱进行分析,研究了这2种斑图的微放电通道中的氮分子的振动温度.实验结果表明,随着外加电压升高出现的四边形斑图和六边形斑图,其微放电通道中的分子振动温度依次升高.

介质阻挡放电中圆圈点放电丝的分子振动温度

在氩气/空气混合气体介质阻挡放电中,首次利用光谱方法,测量了圆圈点放电丝中圆圈放电和中心点放电的振动温度,并研究了它们随空气含量的变化。振动温度的计算利用的是氮分子第二正带系(C3Πu→B3Πg)的发射谱线。结果表明:圆圈放电的振动温度高于中心点放电的振动温度;二者均随空气含量的增加而增加,但圆圈放电振动温度的增加速率较大。该工作对介质阻挡放电中微放电研究具有重要意义。

大气压下氮气介质阻挡微放电中分子振动温度的时间分辨

使用针-板式电极装置,在大气压氮气介质阻挡微放电中,通过对氮分子第二正带系（C3Πu→B3Πg）发射光谱的时间分辨谱线进行分析,根据振动带序发射光谱强度计算得出N2（C,ν）振动温度,并研究了不同压强及放电电压对氮分子（C3Πu）的振动温度时间分辨的影响。实验结果表明：氮分子振动温度的范围为2 000~3 500 K,在每半个放电周期内都呈减小趋势,且正负半周期振动温度差较大,负半周期振动温度始终高于正半周期;振动温度随电压升高而升高,随压强的升高而降低。

压强对空气/氩气介质阻挡放电中等离子体温度的影响

使用水电极介质阻挡放电装置,在氩气和空气的混合气体放电中,利用发射光谱法,研究了电子激发温度和分子振动温度随气体压强的变化关系。通过氩原子763.51nm(2P6→1S5)和772.42nm(2P6→1S3)两条谱线强度比法计算电子激发温度;通过氮分子第二正带系(C3Πu→B3Πg)的发射谱线计算氮分子的振动温度;对氮分子离子391.4nm和激发态的氮分子337.1nm两条发射谱线的相对强度进行了测量,以进一步研究电子能量的变化。实验表明,随着压强从20kPa增大到60kPa,电子激发温度减小,分子振动温度减小,氮分子离子谱线与激发态的氮分子谱线强度之比减小。

压强对介质阻挡放电中八边形结构等离子体温度的影响

利用水电极介质阻挡放电装置,在氩气和空气的混合气体中,首次观察到了由点和线组成的八边形结构。采用发射光谱法,研究了八边形结构中的点和线的等离子体温度随压强的变化关系。利用氮分子第二正带系(C3Πu→B3Π几g)的发射谱线,计算了点和线的分子振动温度;通过氮分子离子391.4nm和氮分子394.1nm两条发射谱线的相对强度比,研究了点和线的电子平均能量大小变化;利用氩原子763.26nm(2P6→1S5)和772.13nm(2P2→1S3)两条谱线强度比法,得到了点和线的电子激发温度。实验发现:在同一压强条件下,线比点的分子振动温度、电子平均能量以及电子激发温度均高;随着气体压强从40kPa增大到60kPa,点和线的分子振动温度、电子平均能量以及电子激发温度均减小。

中等pd值介质阻挡放电中等离子体温度研究

近大气压条件下,在介质阻挡放电系统中得到了氩气和空气混合气体在300～800nm范围内的发射光谱,研究了中等pd值(约6.4×103Pa.cm)氩气和空气混合气体中电子激发温度与分子振动温度。实验选用两条ArⅠ谱线763.51nm(2P6→1S5)与772.42nm(2P2→1S3),用强度对比法测量电子激发温度,利用氮分子第二正带系(C3Πu→B3Πg)计算氮分子振动温度。实验结果表明:电子激发温度和分子振动温度均随电压的增加而增加,并且电子激发温度随电压的变化速率大于分子振动温度的变化速率。

氩气含量对介质阻挡放电中单丝等离子体温度的影响

在空气与氩气组成的混合气体放电中,首次研究了由中心点和外层晕组成的单丝。从照片中观察单丝结构,发现混合气体中氩气所占的比例越重,单丝的直径随之越小,同时中心点和外层晕的亮度有明显的差异,说明中心点和外层晕可能处于不同的等离子体状态。实验对单丝结构进行了光学时空分辨测量,研究了中心点和外层晕两层结构的微观特性。利用发射光谱法,详细地研究了该单丝结构的中心点和外层晕的等离子体参数随氩气含量的变化关系。实验根据氮分子第二正带系(C^3Ⅱ_u→B^3Ⅱ_g)谱线计算了中心点和外层晕的分子振动温度;通过氮分子离子N_2^+(391.4 nm)第一负带系谱线与氮分子N_2(394.1nm)谱线强度比,反映中心点和外层晕的电子平均能量随氩气含量的变化关系;利用氩原子763.2 nm(2P_6→1 S_5)和772.077nm(2P_2→1S)两条谱线的相对强度比法,估算了中心点和外层晕的电子激发温度。结果表明:中心点的光信号对应着第一个电流脉冲,且其光信号较弱;而外层晕的光信号同时对应着第一个和第二个电流脉冲,且其光信号较强。在相同的氩气含量条件下,外层晕比中心点的分子振动温度、电子平均能量以及电子激发温度均要高。随着氩气含量从30%逐渐增大到50%,中心点和外层晕的分子振动温度是逐渐减小的,而电子平均能量和电子激发温度均是逐渐增大的。

介质阻挡放电白眼六边形斑图等离子体温度研究

利用水电极介质阻挡放电装置,在不同氩气含量的气体放电中,首次观察到了白眼六边形斑图,此斑图的白眼晶胞都是由点、环和晕三层结构组成的,且其放电稳定性和持续性极好。从照片中可以观察到这三种结构有明显的亮度差异,说明白眼晶胞中点、环和晕可能处于不同的等离子体状态,同时在不同氩气含量下,白眼晶胞的颜色和亮度都有明显的差异,说明白眼晶胞的等离子体状态也有所不同。由于此次研究的白眼六边形斑图是在较低的电压下得到的,使得水电极的温度没有升高且放电现象没有发生变化,因此在实验过程中长时间的放电没有影响该斑图的等离子体状态。为此,本小组采用发射光谱法,研究了此斑图的白眼晶胞中的点、环和晕的两种等离子体参数:分子振动温度和电子密度随氩气含量的变化关系。利用氮分子第二正带系(C3Πu→B3Πg)的发射谱线,计算了白眼晶胞中的点、环和晕的分子振动温度;实验采集了ArⅠ(2P2→1S5)的发射谱线,通过白眼晶胞中的点、环和晕的谱线展宽随氩气含量的变化,来反映白眼晶胞的三层结构的电子密度的变化。实验发现:在同一氩气含量条件下,白眼晶胞中点、环和晕的分子振动温度从大到小为:晕、环、点,而电子密度从大到小为:点、环、晕;随着氩气含量从70%增大到90%,点的分子振动温度及电子密度均增加;环的分子振动温度基本保持不变,而其电子密度减小;晕的分子振动温度及电子密度均减小。实验结果说明白眼晶胞中的点、环和晕的等离子体状态不同。本工作结果,对于研究介质阻挡放电中具有多层结构的自组织斑图有重要意义。

针板结构Trichel脉冲放电的光学特性

Trichel脉冲放电为电晕放电中一种常见的不稳定现象。为了进一步揭示Trichel脉冲的放电特性和放电机理,本文利用针板放电结构,在气压为600 Pa的空气环境下研究了Trichel脉冲放电的光学特性。在平均电流为20~300μA范围内,放电分为Trichel脉冲放电模式和正常辉光放电模式。在Trichel脉冲放电模式下,平均极间电压随着平均电流的增高而降低;正常辉光放电模式下,平均极间电压随平均电流的增高基本保持不变。实验拍摄并得到了不同平均电流时的发光图像,从阴极针尖到阳极平板区域分为负辉区、法拉第暗区、正柱区和阳极辉区。随着平均电流的增加,负辉区、正柱区以及阳极表面的发光增强,负辉区体积基本保持不变,法拉第暗区长度逐渐增加,正柱区长度逐渐缩小。在Trichel脉冲消失时,负辉区发光向阴极针尖收缩,正柱区向阳极板贴近,并且两个区域发光明显增强。利用光谱仪在300~800 nm波长范围内测量得到了不同平均电流时的发射光谱。其中在300~450 nm波长范围内的发射光谱强度较高,为氮分子的第二正带系(C^(3)Π_(u)→B^(3)Π_(g))和氮分子离子的第一负带系(B^(2)Σ+u→X^(2)Σ^(+)_(g));在650~800 nm附近发射光谱较弱,为氮分子的第一正带发射谱(B^(3)Πg→A^(3)Σ^(+)_(u))。在此基础上,根据N_(2)(C^(3)П_(u)→B^(3)П_(g))第二正带系发射光谱拟合得到了不同平均电流时氮分子的振动和转动温度。结果表明,分子振动温度和转动温度均随平均电流的增加而增加,分子振动温度在3900~4500 K,分子转动温度在430~450 K。同时利用氮分子离子谱线391.4 nm和氮分子第二正带系谱线394.2 nm强度比计算得到了不同平均电流时的电场强度。随着平均电流的增加,电场强度升高,在145~200 kV·m^(-1)范围。当Trichel脉冲消失时,针尖附近分子振动温度和电场强度出现较为明显的升高。此现象表明针尖附近的电子能量和电子密度随着脉冲的消失也出现了明显的升高。

介质阻挡放电旋转同心圆环斑图的研究

介质阻挡放电(DBD)实验中观察到了旋转同心圆环斑图。为研究斑图中点的运动状态与DBD参数之间的关系,采用高速录像机短曝光拍照、发射光谱分析及理论模拟等方法研究了DBD放电的旋转同心圆环斑图。斑图由中心点、内圈圆环点和外圈圆环点组成;内外圈圆环上的点均旋转,但具有不同的速度;随着压强的升高,各点旋转速度增大。高速录像机以1个周期为曝光时间拍摄的照片显示,发现每个点均由明亮的体放电和丝状的沿面放电组成。发射光谱分析显示:随着气体压强从30 k Pa增大到50 k Pa时,旋转同心圆环中心点、内圈圆环点和外圈圆环点处的分子振动温度、电子平均能量均降低,而电子密度均增高。通过对旋转同心圆环斑图中体放电电流积分,结合着光谱测量的电子密度,模拟了旋转同心圆环斑图中体放电产生的壁电荷的电势,结果表明沿面放电对放电丝的旋转速度有重要影响。

介质阻挡放电中点线超四边形发光斑图研究

采用光电倍增管和光谱仪,研究了介质阻挡放电中点线超四边形发光斑图的时空结构和等离子参数。通过对斑图中放电丝光信号的采集和分析可知:点线超四边形斑图是由四套不同的子结构相互嵌套而成,在每半个电压周期内依次为小点四边形、大点连线、大点晕和位于大点中心的小点四边形。其中前三套子结构在电压上升沿放电,最后一套在电压下降沿放电。利用发射光谱法,采集了氮分子(N2)第二正带系(C3Πu→B3Πg)发射谱线,并计算得到了点线超四边形斑图中不同子结构的分子振动温度。结果表明:小点、大点连线和大点的分子振动温度几乎相同。讨论了介质表面的壁电荷分布对点线超四边形斑图的形成及其时空动力学行为的影响。

细长金属管内产生的直流辉光等离子体发射光谱诊断

利用发射光谱法对金属管内形成的稳定氩氮直流辉光等离子体进行了诊断。通过对等离子体发射光谱谱线的研究确定了等离子体中的活性粒子成分;根据氩原子的玻尔兹曼曲线斜率法计算了等离子体中的电子激发温度;采用氮分子第二正带系跃迁(C3Πu→B3Πg)的发射谱线计算了等离子体中的氮分子振动温度;研究了电子激发温度和氮分子振动温度随压强的变化特征。研究结果表明,在20 Pa下产生的Ar60%+N240%直流辉光等离子体中,活性成分主要是Ar原子、Ar离子、N2的第二正带系跃迁(C3Πu→B3Πg)和N2+的第一负带系跃迁(B2Πu+→X2Σg+);电子激发温度约为(15 270±250)K;氮分子(C3Πu)振动温度约为(3 290±100)K;随着压强的增加电子激发温度、分子振动温度逐渐降低。文章的研究结果对细长金属管内表面改性研究具有重要的意义。

介质阻挡放电三层放电气隙放电丝的光谱特性研究

在空气与氩气组成的混合气体的介质阻挡放电实验中,采用发射光谱法,首次研究了放电气隙分别为:1,4和2mm三层放电气隙中的放电丝的光谱特性。这与以往的单层放电气隙或者是双层放电气隙中的放电丝在光谱特性方面有很大的不同。实验通过采集氮分子第二正带系(C^3Π_u→B^3Π_g)谱线,计算出不同放电气隙中的放电丝的分子振动温度。利用氮分子离子391.4nm谱线强度与氮分子394.1nm谱线的强度之比得到不同放电气隙中放电丝的电子平均能量。增加氩气在混合气体中的比例,得到分子振动温度及电子平均能量随着氩气含量增加的变化趋势。实验结果表明:在同一氩气含量下,分子振动温度从小到大的顺序为:2mm放电气隙,1mm放电气隙,4mm放电气隙。电子平均能量从小到大的顺序为:4mm放电气隙,2mm放电气隙,1mm放电气隙。三层放电气隙中放电丝的分子振动温度及电子平均能量均随着氩气含量的增加而减小。

介质阻挡放电中超四边斑图沿面放电的光谱研究

利用水电极介质阻挡放电装置,在氩气和空气的混合气体中,首次观察到了超四边斑图沿面放电,它是由中心点和暗点组成的。通过观察普通相机的斑图照片,可以发现中心点位于周围四个暗点的中心处。利用高速录像机对斑图进行短曝光拍摄,观察发现中心点对应体放电,暗点对应沿面放电,暗点由这些沿面放电形成。中心点和暗点的亮度有所不同,这说明中心点和暗点的等离子体状态可能不同。采用发射光谱法,研究了超四边斑图沿面放电的的中心点和暗点的等离子体参量随氩气含量的变化趋势。利用氮分子第二正带系(C^3Π_u→B^3Π_g)发射谱线,计算得出了中心点和暗点的分子振动温度;然后通过氩原子696.57nm(2P_2→1S_5)谱线的展宽,研究了中心点和暗点的电子密度。实验结果表明:在相同氩气含量下,暗点的分子振动温度和电子密度均高于中心点的相应等离子体参量;在其他实验条件不变的情况下,随着氩气含量从90%增大到99.9%,中心点和暗点的分子振动温度和电子密度均逐渐增大。结果表明中心点和暗点的等离子状态不同,说明二者的放电机制可能不同。

介质阻挡放电中亮暗点超六边形斑图的光谱研究

采用双水电极介质阻挡放电装置,在空气和氩气的混合气体中,首次研究了由中心亮点和暗点组成的亮暗点超六边形斑图。通过观察斑图照片,可以发现暗点位于周围其他三个亮点的质心处,并且亮点和暗点的亮度有所不同,这说明亮点和暗点的等离子体状态可能不同。利用发射光谱法,研究了亮暗点超六边形斑图中亮点和暗点的等离子体参量随氩气含量的变化趋势。首先通过采集氮分子(N_2)第二正带系(C^3Π_u→B^3Π_g)发射谱线,计算出了亮点和暗点的分子振动温度;之后利用氮分子离子391.4nm和氮分子394.1nm两条发射谱线的相对强度之比,得到了此斑图中亮点和暗点的电子平均能量;最后通过氩原子696.57nm(2P_2→1S_5)谱线的展宽,研究了此斑图中亮点和暗点的电子密度。实验结果发现:在同一氩气含量下,亮暗点超六边形斑图中暗点的分子振动温度、电子平均能量和电子密度均高于亮点的相应等离子体参量;保持其他实验参数不变,随着氩气含量从70%变化到95%,亮点和暗点的分子振动温度和电子密度均是逐渐增大的,而电子平均能量则是逐渐减小的。亮点和暗点的等离子状态的不同,说明二者的放电机制可能不同。进一步采用高速录像机对斑图进行短曝光拍摄,发现亮点存在沿面放电,这些沿面放电交汇形成暗点。

氮气中空心阴极放电条纹的发光特性

利用发射光谱法,在氮气环境下研究了圆柱型空心阴极放电条纹的特性。测量得到了气压为20Pa,放电电流为1.3mA时条纹区的发射光谱,结果表明发射光谱主要为氮分子的第一正带系(B3Пg→A3Пu)和第二正带系(C3Пu→B3Пg)。利用双原子光谱发射理论,计算得到了氮分子振动温度的空间分布特性。结果表明光谱线强度呈周期性分布,明纹中心处的谱线强度高于暗纹中心处的谱线强度。明纹中心处的N2分子振动温度为3 500～4 400K,并且从阴极到阳极,明纹中心处光谱线强度和分子振动温度逐渐下降。同时测量得到了放电电流为1.0和1.5mA时的发光条纹特性,研究了放电电流对条纹特性的影响。随着放电电流的增加,明纹中心处的分子振动温度升高,条纹间距增加。另外,利用测量得到的发光条纹,计算得到了条纹区的平均约化电场强度为44～49m-1·Pa-1,并且由阴极向阳极逐渐降低。对于揭示气体放电中发光条纹的形成机理和促进空心阴极放电的稳定性有重要的参考价值。

半球形电极弥散放电等离子体参量的光谱研究

利用两个半球形水电极介质阻挡放电装置,在空气中实现了弥散放电,采用发射光谱法,对分子振动温度、分子转动温度及电子平均能量等随电压的变化进行了研究。实验利用氮分子第二正带系(C3Πu→B3Πg)的发射谱线得到了氮分子的振动温度;通过氮分子离子(N2+)的第一负带系(B2Σu+→X2Σg+)的发射谱线计算了氮分子的转动温度;采集了氮分子离子391.4nm和激发态的氮分子337.1nm两条发射谱线的相对强度之比,研究了电子的平均能量的变化。结果表明:随外加电压的增加,分子的转动温度呈上升趋势,分子的振动温度呈下降趋势,电子能量呈缓慢的下降趋势。

介质阻挡放电六边形斑图稳定过程的光谱研究

采用发射光谱法,首次研究了等离子体参数及激发状态对介质阻挡放电六边形斑图稳定性的影响。在氩气/空气混合气体的介质阻挡放电中,随着电压的升高,放电丝直径增大,六边形斑图逐渐稳定,同时放电颜色由紫色逐渐变为灰白色,说明其等离子体状态及参数可能发生了变化。测量了六边形斑图放电过程中氮分子谱线和氩原子谱线相对于氩原子763.51nm的相对强度、分子振动温度和电子激发温度随外加电压的变化。结果发现:氮分子谱线相对强度随电压增加而降低,氩原子谱线相对强度却升高;分子振动温度与电子激发温度均随电压增加而增大。这些现象表明:随着电压增大,电子能量增加。由此,氩原子激发增多,放电丝直径增大,介质表面上沉积的壁电荷面积增大,放电丝之间的相互作用增强,六边形斑图趋于稳定。