大气压Ar/He等离子体射流光学特性研究

摘要

本文采用铜片-单匝线圈电极、螺旋缠绕电极和双铜片电极三种结构的放电装置，以氩气或氦气作为工作气体，在正弦波激励条件下，获得了大气压等离子体射流。首先，利用电学方法测量了放电电流以及电荷量，并对放电脉冲和放电功率进行了研究；利用发射光谱法对射流的等离子体参量进行了空间分辨测量，并根据对应气体的相关谱线的光强计算了电子激发温度。结果发现：在外加电压的正负半周期内，电流脉冲的个数和幅值呈现非对称的变化趋势；电流脉冲的个数随着外加电压的升高而有所增加，在放电过程中，我们还同时测量了等离子体射流在石英管口处的光脉冲信号，发现了光脉冲与电流脉冲呈现出相似的规律，它们几乎同时出现，但是光脉冲持续的时间要小于电流脉冲所持续的时间；随着外加电压的增加，三种结构电极的放电功率逐渐增加；在相同的外加电压情况下，电极面积越小，等离子体射流的长度越长；射流长度在一定范围内会随着外加电压的升高而有所增加，但不会一直增加，当电压增加到某一临界值时，射流长度曲线则呈现出下降的趋势。随着气体流量的增加，各位置的电子激发温度总体上呈下降趋势，而等离子体的电子密度呈上升趋势。实验结果表明：外加电压对放电功率有一定影响；射流长度与电极面积有关；气体流量对电子激发温度和电子密度的空间分布起重要作用。

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第1章 绪论

1.1 等离子体概述

1.2 等离子体射流的研究背景及意义

1.2.1 等离子体放电电源

1.2.2 等离子体的主要参数

1.2.3 等离子体射流的诊断方法及其特点

1.3 本文结构安排

第2章 实验装置

2.1 实验装置图

2.2 电极结构图

第3章 等离子体射流的电学测量

3.1 放电脉冲与外加电压的关系

3.1.1 氩等离子体射流放电脉冲与外加电压的关系

3.1.2 氦等离子体射流放电脉冲与外加电压的关系

3.2 放电功率的计算

3.2.1 李萨如图形法求功率

3.2.2 氩等离子体射流介质阻挡放电功率的计算

3.2.3 氦等离子体射流介质阻挡放电功率的计算

3.3 等离子体射流长度与外加电压的关系

3.4 本章小结

第4章 等离子体射流的光学诊断

4.1 光谱谱线的展宽机制

4.2 电子密度的测量

4.2.1 氩等离子体电子密度随气体流量的变化

4.2.2 氦等离子体电子密度随气体流量的变化

4.3 电子激发温度的测量

4.3.1 氩等离子体电子激发温度随气体流量的变化

4.3.2 氦等离子体电子激发温度随气体流量的变化

4.4 本章小结

第5章 结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间已完成待发表的论文

致谢