重复频率纳秒脉冲下线电极放电的特性研究

摘要

大气压非平衡等离子体是一种在常温常压下存在的等离子体形式，由于其活性粒子浓度较高，且不借助高温、真空等复杂的外界条件，具有广泛的实际应用潜力。然而，空气中等离子体的非热平衡态不易维持，要形成稳定的大气压非平衡等离子体，需要采用一些特殊的技术手段。
　　随着脉冲功率技术的持续发展，重复频率脉冲源的性能不断提高，应用越来越广泛。已有研究表明，采用重复频率纳秒脉冲代替传统的交流电源进行激励，可以更有效地产生大气压非平衡等离子体。另外，合适的电极形式对于非平衡等离子体的形成具有重要意义。本文研究的特殊之处在于选用较长的细铜丝作为电极，来构成长尺寸的极不均匀电场，以期获得更大面积的大气压非平衡等离子体。
　　首先，本文以大气压非平衡等离子体的形成机制为基础，提出了产生大气压非平衡等离子体的电场条件，并对线－线电极的电场分布进行了理论分析，验证了这种放电形式产生非平衡等离子体的可行性。进一步利用课题组研发的重复频率纳秒脉冲发生器，以线径为0.4 mm的裸铜丝作为电极进行放电实验，并在电极长度在15 cm~110 cm的范围变化时均获得了稳定的大气压非平衡等离子体。
　　其次，本文对重复频率纳秒脉冲下线电极放电的电路模型进行了分析，并在不同电极间距和电极长度下进行了放电的实验，测量了放电的电压-电流波形。通过比较不同条件下放电电流波形，分析了放电的位移电流分量和传导电流分量的变化趋势。通过研究放电的电流特性发现，传导电流密度的增大是导致火花通道形成的重要因素。
　　最后，本文对放电的图像进行了拍摄，利用图像处理软件对放电图像进行了灰度变换分析。结合三维灰度分布曲线和灰度统计量，分析了放电所产生等离子体的空间均匀性。研究表明，利用灰度变换技术对放电图像进行分析，不仅可以分析放电的空间均匀性，还有助于辨别放电的模式。

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1 绪 论

1. 1 课题研究背景

1. 2 国内外研究进展与现状

1. 3 论文的主要工作

2 重复频率纳秒脉冲下线电极放电的理论与实验研究

2. 1 形成大气压非平衡等离子体的理论分析

2. 2 纳秒脉冲激励线－线电极放电的可行性分析

2. 3 重复频率纳秒脉冲下线电极放电的实验配置

2. 4 放电实验结果与分析

2. 5 本章小结

3 重复频率纳秒脉冲下长尺寸线电极放电的电流特性研究

3. 1 线－线电极结构放电的电路模型分析

3. 2 重复频率纳秒脉冲下长尺寸线电极放电的实验研究

3. 3重复频率纳秒脉冲下长尺寸线电极的放电电流特性

3. 4 本章小结

4 重复频率纳秒脉冲下线电极放电等离子体的空间分布研究

4. 1 图像灰度变换的原理

4. 2 不同电极间距下纳秒脉冲线电极放电的图像灰度变换研究

4. 3 不同重复频率下纳秒脉冲线电极放电的图像灰度变换研究

4. 4 不同电极长度下纳秒脉冲线电极放电的图像灰度变换研究

4. 5 本章小结

5 结论与展望

5. 1 全文总结

5. 2 后续工作展望

致谢

参考文献