TC4钛合金样品硬度对激光诱导等离子体温度的影响研究

钛合金具有密度小、强度高、耐腐蚀等优良特性,目前已被广泛应用于压气机盘和叶片制造等航空制造领域。然而,钛合金材料的硬度较低,在服役过程中极易出现摩擦损耗等问题,从而降低部件的使用寿命。因此,原位、实时的硬度监测对钛合金部件在使用过程中的性能评估具有重要意义。本工作利用激光诱导击穿光谱(LIBS)对TC4钛合金样品热处理后的不同硬度进行了表征。实验结果发现,随着样品硬度增大,材料的激光诱导等离子体温度呈上升趋势,表明激光诱导等离子体温度可以作为金属硬度的重要表征参数。研究还进一步探究了材料硬度变化对等离子体温度影响的内在机理。

锌的激光诱导击穿光谱与等离子体温度研究

金属锌的探测工作对于诸多领域有着重要意义。本研究采用激光诱导击穿光谱技术对锌进行了检测分析,标记出锌在200~895 nm波段内的31条特征谱线。并且在不同激光能量下进行了多次探测,发现激光能量对于锌谱线的相对强度影响显著。同时计算了不同激光能量下的等离子体温度,发现等离子体温度随着激光能量的增加而逐渐升高。此外,研究了离子线与原子线强度比和等离子体温度的关系,结果表明,锌的离子线与原子线强度比和等离子体温度之间呈正相关趋势。

加资助企业研究聚变等离子体温度测量系统

【加拿大通用聚变公司网站2024年3月26日报道】加拿大自然科学与工程研究委员会(NSERC)近日宣布,决定向加拿大粒子与核物理国家实验室(TRIUMF)和通用聚变公司(General Fusion)提供80万加元资助,推进用于测量聚变装置等离子体温度的超快中子能谱仪系统研发。

发射光谱法测量城轨弓网电弧等离子体温度

通过设计弓网电弧光谱实验,模拟DC 1500 V条件下的城轨弓网燃弧现象,利用光谱仪测量电弧光谱数据,选取电弧光谱中5条Cu I的分立线状特征谱线,采用玻尔兹曼图方法得到相同条件下6组电弧的平均温度为5962.20 K,符合电弧等离子体的温度特征.文中研究方法及结论对城轨弓网电弧温度的在线监测具有一定的指导意义.

激光烧蚀硬铝产生等离子体温度和力学效应测量

为了研究激光推进技术中激光与材料相互作用的机制,获取等离子体状态参数及力学参数,采用Nd:YAG被动调Q固体激光器烧蚀硬铝,通过激光诱导等离子体光谱技术测得等离子体光谱和温度,由冲量摆测得力学参数。实验结果显示:在激光功率密度0.534×108W/cm2时,靶材表面的等离子体温度在等离子体辐射过程中呈二次曲线衰减;改变靶材等离子体点燃阈值附近的激光功率密度时,随着功率密度的增加,等离子体温度、冲量耦合系数也随着增大,当功率密度达到靶材的等离子体点燃阈值时,各参数达到最大,此后随着功率密度增加,由于等离子体对能量的屏蔽作用,导致靶材表面的等离子体温度降低,等离子体获得的动能减少,靶材耦合的冲量降低。

半导体桥等离子体温度的实验研究

基于原子发射光谱双谱线法测温原理,对半导体桥(SCB)等离子体温度进行实时瞬态测定;实验研究了放电脉冲条件下等离子体温度的变化规律及不同脉冲能量对等离子体温度的影响。结果表明:充电电容为22μF,初始放电电压由21 V增大到63 V,等离子体峰值温度由2 000 K上升至6 200 K;放电电压为39 V,充电电容由6.8μF改变至100μF时,等离子体峰值温度在2 200 K～3 800 K范围内呈上升趋势;等离子体后期放电开始时,SCB上所消耗的能量在不同放电条件下基本恒定,其等离子体温度值变化不大;从等离子体温度随脉冲能量的变化上看,放电电压的改变对温度的影响要高于充电电容的变化。其结果为进一步研究SCB点火和起爆的机理提供实验依据。

激光激发等离子体温度空间分布测量研究

采用了一种激光激发等离子体温度空间分布测量的新方法 ,使用面阵CCD探测等离子体二维光谱 ,应用玻耳兹曼分布公式解析获得激光等离子体温度。以YAG激光为激发源 ,Cu作样本 ,当脉冲激光能量为 0 .1J,脉宽为 10ns时 ,所测得的靶面温度分布在 12 0 0 0K到 14 0 0 0K之间 ,近似高斯分布。

小波变换基线扣除对激光诱导等离子体温度计算的改善

温度是激光诱导等离子体特性研究最重要的参数之一,为降低光谱连续背景对Boltzmann平面法计算等离子体温度的精密度的影响,利用小波变换对等离子体光谱进行分解,并采用软阈值法对代表光谱基线的低频信号进行扣除。选择合适的小波分解层数L及阈值系数α能有效提高Boltzmann图的线性相关度,即有更高的拟合系数R2,从而提高等离子体温度的计算精密度。对低合金钢样品417~445nm波段LIBS光谱采用db4小波函数进行分解、基线扣除和信号重构,选用12条Fe原子谱线建立Boltzmann图,由Boltzmann图拟合直线的斜率计算得到等离子体温度。对L和α系数进行了优化选择,研究发现,采用8层小波分解时Boltzmann图具有较高的R^2,而α的选择与时延t_d有关,t_d≤4.0μs时,α=0.3可获得最佳R^2值,之后随t_d的增大,α逐渐减小;在t_d≥6.5μs后,α=0,即光谱低频信号被完全扣除,说明基线对光谱特征谱线的干扰随时延的增加逐渐减弱。基线扣除后各时延的等离子体温度降低约2 000~3 000K,温度随时延的增加逐渐降低,与等离子体膨胀过程中温度逐渐下降的物理过程相吻合,且变化过程中的波动变小。

脉冲电源对电弧放电等离子体温度的控制研究

等离子体温度是电弧放电过程中的重要参数,控制等离子体温度能够有效的控制等离子体化学反应过程。为此,在研制电感储能和电容储能2种脉冲电源的基础上,测定了在不同放电频率、电容电压和储能电容条件下的脉冲电弧放电等离子体发射光谱,并计算了对应条件下的温度。结果显示:电弧放电等离子体温度可以通过改变电感储能电源中的放电频率和电容储能电路中的电压和电容值控制,其线性关系良好,相关系数分别为0.946、0.974和0.979。

采用激光诱导击穿光谱技术探测等离子体温度

阐述了激光诱导击穿技术的基本原理,研究了激光诱导击穿光谱技术在探测等离子体温度方面的应用,并进行了实验研究。在等离子体达到局部热平衡时,通过探测Cu的等离子体特征谱线相对强度的方法,达到用激光诱导击穿光谱技术探测等离子体温度的目的。实验结果表明,该方法方便、快捷,具有一定的实际应用价值。

基于Radon逆变换的电弧等离子体温度可视化检测技术

对真空断路器的电弧等离子体温度测量是真空断路器的一个重要研究领域,为此,提出一种基于Linux系统下C语言编程平台的电弧等离子体温度检测方法。利用CMOS高速摄像机采集真空断路器触头间电弧的图像,通过预设的CMOS图像采集系统结合C语言编程公式对图像进行处理,并使用Radon逆变换和比色法对像素点采样值进行数据处理分析,计算电弧等离子体温度参数,以便于跟踪反馈等离子体温度数据。研究人员可以根据检测结果分析不同断路器结构属性参数及运动参数与其产生电弧的属性参数关系,判断可靠性。程序分析结果表明,通过滤波反投影重构图像法可以有效检测出实物图,且通过此方法可以有效地计算真空断路器电弧等离子体的温度参数。该方法具有灵敏度高、不丢失参数数据等特点。

水下湿法焊接引弧过程等离子体温度及电子数密度研究

水下湿法焊接技术近年来得到了广泛应用,但缺乏对其机理方面的研究,利用光谱分析的方法对水下湿法焊接引弧过程的电弧等离子体温度和电子数密度进行了研究。首先搭建了水下湿法焊接电弧光谱诊断平台,对焊接过程中的电流电压及光谱信号进行了同步采集,根据电流电压信号的数据对水下湿法焊接引弧过程进行了界定。在此基础上,通过光谱仪的延时功能分别采集了引弧5, 10, 15, 20及25 ms的光谱信号,对采集的光谱信号进行分析,标定了计算等离子体温度及电子数密度所需要的Fe元素谱线和H元素谱线,为了保证计算结果的准确性和可靠性,引弧不同时刻均选取了五组数据,运用统计分析的方法对五组数据作平均化处理,在标定的Fe元素谱线中选取了五条合适的谱线,利用玻尔兹曼图示法分别计算了引弧不同时刻的水下湿法焊接电弧等离子体温度,同时,根据光谱仪检测到的氢元素的α谱线,结合等离子体发射光谱的斯塔克谱线展宽理论,计算了水下湿法焊接引弧不同时刻的电子数密度。计算结果表明:在引弧的不同时刻,水下湿法焊接电弧等离子体温度变化呈现不同的特点,在引弧5和20 ms温度值分别出现峰值,到最后稳弧时刻温度值达到4 414 K;电子数密度在引弧不同时刻也不同,同样在引弧5和20 ms出现峰值,在出现峰值点的时刻,电流同样出现峰值。电弧等离子体温度和电子数密度在引弧不同时刻的变化趋势,验证了电弧的形成伴随着空间间隙被击穿的过程,其计算结果可以为进一步从电弧物理的角度探寻水下湿法焊接引弧过程的物理本质,引导并寻求更有效的引弧方法提供重要参考。

日本 JT—60装置等离子体温度达4.4亿摄氏度

【日本《工业新闻日刊》1992年9月11日报道】日本原子能研究所 JT—60等离子体实验装置已把重气等离子体加热到4.4亿摄氏度,创造了世界新纪录。然而,等离子体温度、约束时间和密度的乘积尚未达到日前 JET 等离子体实验装置所创下的纪录。

英国ST40聚变堆实现1500万℃等离子体温度

【世界核新闻网站2018年6月6日报道】英国托卡马克能源公司（Tokamak Energy）2018年6月6日宣布,ST40聚变堆已实现1500万℃等离子体温度,比太阳中心的温度还要高。ST40是一座带有高温超导磁体的球形托卡马克反应堆,位于英国牛津郡米尔顿科学园区（Milton Park）,由托卡马克能源投资建设,2017年4月首次投运.

液体射流双脉冲激光诱导击穿Ca等离子体温度和电子数密度研究

等离子体温度和电子数密度是激光诱导击穿光谱(LIBS)测量中的重要因素。采用两台532nm Nd…YAG脉冲激光器作为光源击穿CaCl2样品溶液液体射流形成等离子体,得到了300～450nm波段的发射光谱图,定性分析了Ca II离子发射谱线。实验中假设等离子体处于局部热平衡状态,根据LIBS公式,利用Ca的6条一价离子谱线的相对强度,通过Boltzmann斜线法得到了液体双脉冲LIBS等离子体温度约104 K,其等离子体电子温度和单脉冲LIBS相比要高,但和固体双脉冲LIBS相比略低。通过拟合Ca II 393.366nm离子线得到等离子体电子数密度约为1017 cm-3,并由实验结果讨论了等离子体温度和电子数密度随延时时间、脉冲间隔的变化规律,也证明了双脉冲LIBS较单脉冲LIBS更有优势。最后基于实验计算结果证明本实验的Ca等离子体满足局部热力学平衡。

激光诱导氮气等离子体时间分辨光谱研究及温度和电子密度测量

激光诱导击穿光谱(LIBS)作为一种重要的分析手段被广泛应用于材料分析、环境监测等领域.特别是随着大气污染问题的日趋严重,基于LIBS的大气污染在线监测分析技术快速发展,氮气等离子体特性的时间演化规律对研究激光诱导大气等离子体动力学和发展大气污染监测的LIBS技术具有重要意义.而温度和电子数密度作为表征等离子体状态最重要的参数,直接影响着等离子体形成、膨胀和退化中的动力学过程以及等离子体中的能量传输效率.本文利用等离子体时间分辨光谱,研究了连续背景辐射、分子谱线强度及信背比(分子谱线与连续背景辐射的比值)在等离子体演化过程中的变化规律,结果显示连续背景辐射寿命在700 ns左右,N_2^+(B^2Σ_u^+-X^2Σ_g^+,v:0-0)跃迁谱线强度在12—15μs范围内达到最大值,信背比随时间呈现上升、稳定的趋势,因此利用N+2分子离子第一负带系(B^2Σ_u^+-X^2Σ_g^+)研究等离子体温度的观测窗口应选择在10—25μs之间;基于双原子光谱理论,通过拟合实测光谱和仿真光谱研究了大气压下激光诱导氮气等离子体温度随时间的演化趋势,由于辐射损耗远小于碰撞作用,在10—28μs内等离子体温度从约10000 K按指数衰减到约6000 K;在准确测定仪器展宽线型的基础上,利用Nelder-Mead单纯形算法,研究了N原子746.831 nm谱线的Stark展宽和位移随时间的演化趋势,计算了等离子体中电子数密度随时间在10^(17)—10^(16)cm^(-3)量级间衰减,通过分析发现造成等离子体中电子数衰减的主要机理是三体碰撞复合.

飞秒激光成丝诱导Cu等离子体的温度和电子密度

研究了飞秒激光成丝诱导铜击穿光谱,利用光发射光谱对产生的铜等离子体光谱强度沿着丝长度进行了测量,获得了在不同样品与聚焦透镜间距离的Cu(I)的强度分布.结果显示,由于强度钳箍效应成丝诱导的光谱在较大的透镜样品间距离范围内有较强的辐射强度.另外,利用玻尔兹曼图和斯塔克展宽计算了整个成丝繁衍距离中Cu等离子体温度和电子密度.

金属电爆炸等离子体辐射温度测量

为了研究金属电爆炸现象,采用多通道光学高温计对金属桥箔和金属桥丝电爆炸产生的等离子体光谱辐射亮度进行了测量.根据普朗克黑体辐射定律,计算了金属桥箔和桥丝电爆炸后,等离子体产物的辐射温度.桥箔电爆炸等离子体的最大辐射亮温度约在3.0×104K^4.5×104K之间,桥丝爆炸等离子体的最大辐射亮温度约在2.3×104K^3.50×104K之间.

激光焊接等离子体温度场测量及数据处理

应用光谱分析法测量激光焊接光致等离子体的温度场是激光焊接光致等离子体测量技术中的难点。采用基于快速傅里叶变换(FFT)和汉克耳变换的阿贝尔逆变换数值方法,研究出一种等离子体二维温度场分布的数据处理方法,并进行了计算精度分析。利用该数据处理方法,在取样点为41个的时候,得到的标准误差e大约为3.23×10-2。同时,进行了焊接试验,采用多通道光谱仪观测孔外光致等离子体,利用所提出的新方法实现了试验数据的处理,获得激光焊接孔外等离子体的温度场。计算得出的温度场呈相对于光束中心的四周低中间高的趋势。

闪电放电等离子体的温度诊断

依据闪电光谱信息，分别用多谱线法和saha方程计算了闪电放电等离子体的电子温度，通过对结果的比较分析，探讨了诊断闪电放电等离子体温度的方法．结果表明，闪电回击通道温度一般在2×10^4～3×10^4；在放电峰值电流阶段或光谱中NII谱线比较丰富时，多谱线法计算得到的结果比较可靠；在拍到谱线较少时．依据一条谱线的加宽，用Saha方程得到的温度值略大于多谱线法计算的结果，且采用不同谱线计算的结果差别不大．