相对论激光在Maxwell分布等离子体中产生的高次谐波

研究了强激光与具有初始速度分布的等离子体作用产生的高次谐波。结果表明,对于Maxwell速度分布的等离子体,由于电子初始时刻的无规则热运动,在一定程度上抹平了辐射功率在谐波谱上的分布,使得高次谐波的辐射增强,低次谐波的辐射有所减弱,有利于高次谐波的产生。

电子非广延分布的多离子磁化等离子体鞘层特性

等离子体磁化鞘层在半导体加工、材料表面改性、薄膜沉积等方面都发挥着重要作用.在等离子体实验和放电应用中,常存在由两种以上离子组成的多离子等离子体;对于长程相互作用的等离子体系统,非麦克斯韦分布的电子可通过Tsallis的非广延分布来描述.本文针对多离子等离子体鞘层建立一维空间坐标三维速度坐标的流体模型,假设鞘层中电子速度服从非广延分布,本底氦离子和不同种类的杂质离子在有一定倾斜角度的磁场中被磁化,通过数值模拟探究了非广延参量、杂质离子及斜磁场对多离子磁鞘中离子的数密度、速度、壁面电势和离子动能等物理量的影响.结果表明,在氦氢或氦氩混合等离子体鞘层中,随着非广延参量增大,离子沿垂直壁方向的速度减小,鞘层中离子、电子数密度均减小,鞘层厚度减小,壁面处离子动能减小;当杂质离子浓度增大时,壁面处离子动能与离子种类无关.随着磁场强度的增大,氦离子数密度和沿垂直壁方向的速度在鞘边出现起伏,且波动幅度随着非广延参量的减小而增大,而重离子则无明显的波动.此外,还分析了杂质离子种类和浓度对鞘层相关特性的影响.

脉冲驱动等离子体射流中活性粒子空间分布规律

为探究大气压脉冲驱动等离子体射流中活性粒子空间分布特性,采用同轴双环等离子体射流反应器,在外施脉冲激励驱动下,研究各活性粒子在不同电离段的特征峰相对强度沿轴向空间的变化规律。结果表明:在脉冲激励等离子体射流所有测量点位均能检测到NO、OH、N_(2)、N_(2)^(+)、He等活性粒子特征峰,其中以OH、N_(2)、N_(2)^(+)粒子所对应的发射光谱谱带及特征峰较为显著;在高压电极和接地电极之间的电场驱动电离段,活性粒子NO、OH、N_(2)的特征峰相对强度在靠近高压电极和接地电极区域较高,而在两电极中间的区域相对强度较低,不同激发能级He、N_(2)^(+)特征峰相对强度沿气流方向逐渐降低;在接地电极至反应器管口的半开放离子激发段,活性粒子NO、OH以及不同能级N_(2)、N_(2)^(+)、He特征峰的相对强度轴向分布呈现出随着气流方向逐渐降低的趋势;在反应器管口至等离子体射流末端区域的开放离子激发段,活性粒子OH、NO与不同能级He特征峰的相对强度轴向分布随气体流动方向逐渐减弱,不同能级N_(2)、N_(2)^(+)特征峰的相对强度呈现出先增后减的规律,为脉冲驱动等离子体射流能量传递过程与反应机理的深入研究提供支撑。

加载环形等离子体束的圆柱波导中慢等离子体波高频特性的数值研究

等离子体相对论微波发生器(PRMG)可以产生宽带高功率微波输出,同时又具有良好的频率可调谐性,因此在雷达、通信、电子对抗和物体探测等诸多领域均具有良好的应用前景。PRMG通常采用加载环形等离子体束的圆柱波导作为其波束互作用区,工作模式为慢等离子体波TM_(01)模(下称P-TM_(01)模)。P-TM_(01)模的色散特性及其变化规律对PRMG输出性能有着重要影响。利用全电磁粒子模拟程序对加载环形等离子体束的圆柱波导中P-TM_(01)模的色散特性和场分布进行了粒子模拟和分析,获得等离子体束密度n_(p)、径向厚度Δr_(p)和径向位置r_(p)以及外加引导磁场强度B_(z)和波导半径r_(w)等参数对P-TM_(01)模的色散特性和场分布的影响规律。主要研究结果包括:(1)一定范围内,n_(p)和Δr_(p)的变化对色散特性影响较大,r_(p),B_(z)和r_(w)的变化对色散特性影响较小。值得关注的是,由于波导中环形等离子体束的存在,随着波导半径r_(w)的增加,相同纵向波数k_(z)对应的P-TM_(01)模的频率没有降低而是略有提高。因此,在实际应用时,可以适当加大波导径向尺寸以提高器件功率容量;适当降低磁场,则有利于提高器件的紧凑性。(2)P-TM_(01)模的纵向电场的方向不随径向位置变化,径向电场的方向在等离子体束内外两侧相反,外侧的场分布与同轴波导中TEM模相似。(3)主要物理参数变化时,场分布基本特点不会改变。但随着纵向模式数N和k_(z)相应增加,电场能量向等离子体束收拢,不利于波束相互作用和电磁场的耦合输出。因此为了PRMG的高效运行,束波互作用的共振点最好落在k_(z)相对较小的区域。上述研究结果对PRMG的设计和优化具有一定的理论参考价值。

月球南极尘埃等离子体环境特性

由于缺少大气和全球性磁场的保护,空间等离子体环境可直接作用于月球表面的月壤层,月壤中较小粒径的月尘带电后会在月面附近形成复杂的尘埃等离子体环境,影响探月任务的顺利实施.针对月球南极尘埃等离子体环境,本文利用SPIS(spacecraft plasma interactions software)软件,仿真研究了月球南极0—200 m高度范围的等离子体和月尘的空间分布情况及月面充电特性,揭示了月面附近尘埃等离子体环境特征及悬浮在月面附近的带电月尘对等离子体环境的影响.仿真结果与Apollo探测数据和Popel团队的理论数据吻合.研究结果:表明空间电位随着高度升高而增加,月球南极附近0—10 m电位约为–40 V,在100 m处空间电位约为–20 V;在10 m以下高度范围内月尘密度为10^(7.22)—10^(4.66) m^(–3);月表附近尘埃等离子体中的电子密度为10^(5.47) m^(–3),离子密度为10^(6.07) m–3,并随着高度升高而增大;带电月尘会影响月尘的空间分布,主要是通过影响空间电场的分布,进而导致电子分布差异,对离子的影响不大.

基于二维点缺陷可重构光子晶体的毫米波微等离子体源的研究

本文根据光子晶体缺陷理论,利用HFSS软件设计了一款基于二维可重构光子晶体阵列的毫米波微等离子体源,研究其谐振特性和电磁场分布等。仿真结果表明:晶格数目、介质柱半径和介质柱间距等参数对毫米波微等离子体源的S参数和电磁场分布等有较大影响;当谐振频率为76.02 GHz时,S_(11)为-25.11 dB,品质因数Q为400.11,最大电场强度可以达到2.3×10^(5)V/m。本文工作对基于二维可重构光子晶体的毫米波微等离子体源的进一步研究提供参考。

小电流情形下塑壳断路器电弧等离子体安全特性研究

塑壳断路器(MCCB)作为电气设备和电力系统的安全保护装置,其品质好坏主要取决于灭弧性能。目前在电力系统中小电流情形下的短路故障日益增多,基于磁流体动力学理论建立触头旋转的电弧等离子体的运动仿真模型,模拟在小电流情形时电弧的熄灭演变过程,研究电弧在熄弧过程中温度场、压力场及电流密度分布的变化,以不同特征量分析灭弧室磁场强度、触头分断角速度对灭弧性能的影响。研究不同条件下电弧的运动特性,可以为断路器的结构设计和性能提升提供参考。

静态气压下平行轨道加速器电流分布与等离子体速度特性

电磁等离子体加速器可产生高密度高速度等离子体射流而广泛应用于等离子体物理研究与应用领域.本文建立了平行轨道加速器电磁驱动等离子体实验平台,通过磁探头阵列和光电二极管阵列研究了静态气压下平行轨道加速器的电流分布和等离子体速度特性.平行轨道加速器驱动电源为正弦振荡衰减波电源,总电容为120μF,回路总电感约为400 nH,充电电压为13 kV时,放电电流为170 kA,脉宽为23.5μs.当放电电流较小、工作气压较高时,平行轨道加速器电流分布较集中,放电模式与雪犁模式相符.随着放电电流的增大或工作气压的降低,平行轨道加速器逐渐出现弥散的电流分布,形成等离子体前沿和等离子体拖尾两个区域.放电电流越大,工作气压越低,电流弥散分布越显著,等离子体前沿电流分布比例越低,等离子体前沿速度越高,但等离子体速度增大的比例远低于放电电流增大的比例或工作气压平方根的倒数增大的比例.

不对称电极上尘埃等离子体颗粒分布

针对不对称电极射频(radio frequency,RF)辉光放电,通过构建二维尘埃等离子体鞘层模型,研究了不对称电极附近鞘层电势和电子密度等参量分布,并对鞘层中的颗粒进行受力分析,研究了尘埃颗粒在鞘层中的分布特征.结果表明:不对称电极鞘层附近电势具有棘轮势特点,颗粒受鞘层电场约束悬浮在鞘层内,其所在平衡位置处的电势呈现不对称周期性变化.通过对比不同大小的颗粒,发现小颗粒悬浮在鞘层较高位置成链状分布,大颗粒的平衡高度靠近极板,被“钉”到不对称电极产生的势阱中.

高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱法分析食用菌中6种砷形态及其分布特征

建立同时测定食用菌中亚砷酸根、砷酸根、一甲基砷酸、二甲基砷酸、砷甜菜碱、砷胆碱6种砷形态化合物的高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱分析方法。选择5 mmol/L和80 mmol/L(pH 8.0)碳酸铵溶液作为梯度洗脱的流动相,0.50 mol/L乙酸溶液作为提取剂,采用微波萃取的提取方式进行分析。6种砷形态化合物的质量浓度在0~100μg/L范围内与色谱峰面积线性关系良好,相关系数均大于0.9990,亚砷酸根、砷酸根、一甲基砷酸、二甲基砷酸、砷甜菜碱、砷胆碱的检出限分别为0.04、0.05、0.08、0.07、0.05、0.09μg/L,定量限分别为0.13、0.15、0.20、0.20、0.16、0.28μg/L。样品加标回收率为88.3%~96.3%,测定结果的相对标准偏差为4.37%~8.98%(n=6)。采用该方法研究市售食用菌中砷形态分布特征,结果表明,不同类型食用菌中砷形态分布种类和含量不同,需综合无机砷和有机砷的含量评估食用菌中砷的危害性。

用于分布式光伏消纳的等离子体土壤固氮装置研究

“双碳”目标以来,我国农村地区大力发展清洁能源,积极构建农村清洁能源体系,各个地区因地制宜推动农村电气化发展和乡村清洁能源的改造。但随着屋顶分布式光伏的大量接入,农村光伏并网消纳问题依旧存在,还须通过加快分布式光伏发电就近消纳,以提高农村电网整体承载能力。对于以粮食作物为主的农村地区,可以结合农业区位因素、地区地域特色,建设“光伏+现代农业”的绿色可持续发展模式。土壤关系到农业生产的可持续性,土壤肥力的形成变化对土壤发育、生物地质循环具有主导作用。针对我国部分农村地区土壤肥力不足而引起的氮素流失问题,设计了一种基于低温等离子体技术的大气土壤固氮装置,配合农村清洁能源,提出了光伏固氮技术方案,促进农村地区光伏消纳的同时,还可以用于补足农田庄稼中土壤肥力。

氮化过程中等离子体空间分布诊断

研制了一套成像光谱仪,该光谱仪波长范围400~900nm,光谱分辨率5nm。利用该光谱仪对铀表面氮化过程中腔体内的等离子体进行诊断测试,得到了等离子体的空间分布情况。氮化腔体内等离子体空间分布不均匀;同一种元素同一价态下空间分布基本相同,但强度变化明显;同一种元素不同价态下,等离子空间分布状态存在着明显的不同;等离子体空间分布状态与工件摆放姿态存在一定的关系。该技术还可用于其它表面处理工艺过程中腔体内的等离子体空间分布诊断。

电场分布对射流等离子体生成特性的影响

为了研究电场分布对射流等离子体生成特性的影响,运用有限元分析软件AnsoftMaxwell,对柱-环、柱-三环、柱-螺旋管、柱-管4种不同射流等离子体电极结构下的电场强度及均匀度等参数进行了电场仿真计算,模拟起始放电前不同电极结构下的电场分布情况.分析电场强度及均匀度等参数对射流等离子体生成的影响,结合相应的实验进行验证.仿真和实验结果表明:4种电极结构的最大电场强度差别不大,起始放电电压大致相同;柱-环电极电场分布最不均匀,容易向弧光放电转化;柱-管电极电场分布最均匀,强电场区域大,易于生成大量稳定的辉光放电等离子体.因此,电场分布越均匀、强电场区域越大的电极结构有利于抑制辉光放电向弧光放电的转变,有利于射流辉光等离子体的生成.

LY12铝合金微等离子体氧化陶瓷膜的相分布及显微硬度分析

使用Ｘ射线衍射仪和显微硬度计测定了ＬＹ１２铝合金微等离子体氧化陶瓷膜沿深度方向 的相分布及显微硬度变化曲线．结果表明，铝合金微等离子体氧化陶瓷膜主要由 α－Ａｌ_２Ｏ_３、γ－ Ａｌ_２Ｏ_３相组成，从表层到里层，α－Ａｌ_２Ｏ_３相含量逐渐增加．膜的显微硬度沿深度方向变化同 α－ Ａｌ_２Ｏ_３含量变化一致，致密层中显微硬度大于 ＨＶ１５００，极值点达到 ＨＶ２３００．

等离子体表面熔覆Fe-Cr-Si-B涂层的显微组织与溶质分布

用常压弧光等离子体在 45 #钢表面熔覆Fe Cr Si B粉末涂层 ,采用电子探针、透射电镜、X射线衍射仪及显微硬度计对熔覆层的成分、组织、结构及性能进行了分析。结果表明 :熔覆层由A(Me) +F(Me) +Me2 3C6等组成 ,且A与Me2 3C6保持共格关系 ,F与Me2 3C6保持位向平行关系 ;熔覆层中B、C、Fe成分分布较均匀 ,Ce存在明显的波峰 ,表明有Ce存在 ;Cr存在界面“梯度扩散层” ;显微硬度在HV0 .0 570 0左右。A、F良好的强韧性 ,M2

等离子体浸没离子注入的二维元胞粒子法计算机模拟与剂量分布研究

采用二维元胞粒子模型(PIC),模拟了一个完整脉冲时段内,等离子体浸没离子注入平板靶的过程。重点研究了等离子体鞘层的时空演化规律,以及入射离子流密度、入射离子角度与能量的分布,由此得到了注入离子剂量在靶表面的分布。模型结果表明:等离子体鞘层的扩展先快后慢,且形状由椭圆柱形向圆柱形演化,对靶的保形性逐渐变差;注入离子剂量在靶表面的分布不均匀,在边角附近出现峰值;同时,在得到的入射离子信息基础上,对注入离子在改性层中的浓度深度分布研究表明,在靶的不同位置注入的离子在改性层中的浓度深度分布有显著差别,在靶边角处,注入离子的保留剂量很低,投影射程浅,浓度深度分布展宽较窄。

感耦等离子体发射光谱法研究土壤-铁芒萁系统中稀土元素的分布、累积和迁移特征

用感耦等离子体发射光谱法 (ICP AES)测定了江西赣南地区非稀土矿区和 4处不同稀土矿区内 ,土壤 铁芒萁系统中La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Dy、Yb和Y的含量 ,并对其在土壤剖面层及铁芒萁植物体内的分布、迁移特征进行了研究 .结果表明 ,土壤剖面层的底土层含量最高 ,但表土层铈相对富集 .稀土元素总量 (ΣREE)在铁芒萁植物体内的分布规律是叶 >根 >茎 >叶柄 ,单一稀土元素的分布规律各异 ,La、Ce、Pr、Nd的分布规律表现为 :叶 >根 >茎 >叶柄 ;Sm和Gd在不同采样点表现为叶 >根 >茎 >叶柄或根 >叶 >茎 >叶柄 ;Dy、Yb和Y均有 3种不同的分布模式 :叶 >根 >茎 >叶柄、根 >叶 >茎 >叶柄及根 >茎 >叶 >叶柄 .稀土元素在铁芒萁体内的迁移过程中 ,发生了明显的分馏作用 ,茎、叶柄、叶中的重稀土相对贫乏 .

等离子体羽中氧原子的光谱强度分布

大气压等离子体羽放电产生的低温等离子体由于不需要真空装置,可以对复杂材料进行三维处理等,在工业上具有广泛的应用前景。本工作利用等离子体针放电装置在大气压空气中产生了稳定的等离子体羽。通过光谱测量,发现等离子体羽发射谱中存在777.5和844.6nm的氧原子谱线。这表明在大气压空气放电中产生了具有高化学活性的氧原子。通过光谱学方法研究了氧原子谱线强度的空间分布,发现靠近电极处氧原子谱线强度远大于其他位置。为了对这一现象进行解释,利用光电倍增管对等离子体羽的发光信号进行了空间分辨测量,发现靠近电极处发光信号宽度远大于其他位置的发光信号宽度。这些结果对大气压空气等离子体羽在杀菌消毒等领域的应用具有重要意义。

密闭消解电感耦合等离子体质谱法同时测定苹果中多元素含量及其分布

采用电感耦合等离子体质谱,硝酸-氢氟酸-双氧水增压密闭消解样品,实现了苹果中43种元素含量的同时测定。比较了采取干样和鲜样进行多元素同时测定时的相关性,干样和鲜样中元素比值为0.9~1.1,证实了干样和鲜样测定结果具有很好的一致性。各元素的检出限在0.000 9~2.862 0μg/L,相对标准偏差为1.13%~3.45%。比较了不同元素在果皮和果肉中的分布,结果表明：果皮中的元素含量明显高于果肉,稀土元素在果皮富集明显。

激光大气等离子体的电子密度空间分布特性研究

利用Nd∶YAG激光器产生的1.06μm激光束(脉冲能量为500 mJ,脉冲宽度为10 ns,重复频率30 Hz)聚焦击穿大气形成长约为8 cm、最大直径为5 cm的激光大气等离子体柱,用光谱测量的方法,分别沿平行于激光束方向和垂直于激光束方向探测该等离子体柱的空间分辨光谱,并由此反演得出电子密度空间分布特性。实验结果表明,激光大气等离子体中各种离子和电子呈橄榄形分布,沿激光束方向不对称,而垂直激光束方向对称分布,最大电子密度为1018cm-3。文章还探讨了激光大气等离子体中处在不同状态的各种原子、分子和离子在空间的分布特性,为进一步揭示激光大气等离子体的微观空间分布规律提供了实验依据。