Ar/He放电等离子体中氩亚稳态光谱诊断研究

摘要

在气体放电中，氩等离子体除了以基态和激发态的形式存在外，还存在大量的亚稳态，亚稳态寿命较长，能量较高，会跟其他原子和分子发生潘宁电离作用，所以对于亚稳态的诊断一直是实验研究的热点内容。而一种气体成分简单，性质比较单一，在实际应用中经常需要将两种或两种以上气体进行混合。在气体放电中氦等离子体与其他粒子之间的相互碰撞能量转化率较高，但是产生和维持氦等离子体需要较高的能量，因此，可以考虑将氦气和氩气混合代替纯氦气体。这同时也需要考虑混合后的气体对氩亚稳态的影响。 本文分别用吸收光谱法和发射光谱法对Ar/He介质阻挡放电中氩亚稳态的光谱进行了诊断研究，并且讨论了不同放电条件对氩亚稳态1s5和1s3的数密度、气体温度以及电子温度的影响。 第一部分利用吸收光谱法诊断了Ar/He介质阻挡放电中产生的氩亚稳态1s5和1s3。根据谱线吸收光强度与吸收物质数密度遵从朗伯-比尔定律以及对吸收峰进行Voigt拟合可以计算亚稳态数密度，通过求谱线的多普勒展宽可得气体温度。发现在实验条件范围内，增加氦气含量，1s5和1s3的数密度均逐渐减小，并且发现1s5的数密度大约是1s3数密度的16-23倍，主要因为1s3的激发能较高；电压增大，功率增大，氩亚稳态的数密度和气体温度均逐渐增大；适当增大压强亚稳态数密度以及气体温度也会增大，压强过高反而不利于氩亚稳态的形成。 第二部分主要利用发射光谱法研究了Ar/He介质阻挡放电中产生的光谱，考察了谱线强度随氦气含量的变化情况，利用玻尔兹曼斜率法计算了氦气含量、放电电压、放电频率、气体压强对电子温度的影响。得出结论如下：当氦气含量为30%时，明显在728.13nm和781.61nm处检测出了氦的谱线，并且发现氦气含量从0%到30%的过程中，ArI谱线的相对强度逐渐减弱。在放电条件范围内，随着氦气含量的增加电子温度从0.4eV上升到0.7eV；随着放电电压和频率的增大，放电体系能量增加，电子温度均升高；而电子温度随着气体压强的增大逐渐降低。

目录

声明

1 绪论

1.1 等离子体简介

1.2 等离子体研究方法

1.2.1 数值模拟研究

1.2.2 实验诊断研究

1.3 本文选题和主要工作

2 实验装置和实验方法

2.1 介质阻挡放电装置

2.1.1 放电系统

2.1.2 配气系统和抽气系统

2.2 光谱诊断系统

2.2.1 TDLAS诊断系统

2.2.2 发射光谱诊断系统

3 吸收光谱法对Ar/He放电等离子体的诊断

3.1 吸收光谱诊断原理

3.1.1 亚稳态数密度的计算方法

3.1.2 气体温度的计算方法

3.2 放电参数对亚稳态数密度和气体温度的影响

3.2.1 He配比对氩亚稳态数密度和气体温度的影响

3.2.2 电压对亚稳态数密度和气体温度的影响

3.2.3 气体压强对亚稳态数密度和气体温度的影响

3.3 本章小结

4 发射光谱法对Ar/He放电等离子体的诊断

4.1 Ar原子发射谱线和电子温度的测量方法

4.1.1 Ar原子的发射谱线

4.1.2 电子温度的测量方法

4.2 放电参数对谱线强度和电子温度的影响

4.2.1 ArI相对谱线强度的变化

4.2.2 放电参数对电子温度的影响

4.3 本章小结

结论

参 考 文 献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

大连理工大学学位论文版权使用授权书