高氣壓下的輝光放電

1、高氣壓下的輝光放電魏寧2002.10.31一、基本概念 高氣壓下的輝光放電 APGDAtmospheric Pressure Glow DischargeAPGD結(jié)構(gòu)示意圖APGD1、氮氣中，間距1cm的直流大氣輝光放電2、上面是陽極， 下面為陰極3、20mA，1350V4|、從圖中可以看到輝光放電典型的分層現(xiàn)象，例如靠近陰極的法拉第暗區(qū)。APGD優(yōu)越性 低中氣壓下輝光放電條件要求苛刻，等離子體能量較低 同其它放電形式的比較 電暈放電：產(chǎn)生活性粒子效率低，不均勻 電弧放電：能量密度太高 DBD放電：持續(xù)時間段，電流密度大APGD： 均勻性好，能量效率高，不需要真空系統(tǒng)二、APDG實現(xiàn)的難點 輝

2、光放電向電弧放電的轉(zhuǎn)化 電流由毫安級突變到安培級 氣體放電的不穩(wěn)定性 電子的不穩(wěn)定性 熱不穩(wěn)定性三、實現(xiàn)APGD的可能途徑 1、在低電場下放電 選用低擊穿場強的氣體，如氦氣 選用合適的電壓頻率 2、限制電流密度的自由增長 3、抑制放電不穩(wěn)定性，使放電均勻 四、APGD的檢測1、光學(xué)熱性 高速照相機拍照 利用空間光強分布2、電學(xué)特性 利用電壓電流曲線 利用Lissajous圖五、參數(shù)診斷 朗繆爾探針 微波干涉 光譜法 Thomson散射法謝謝！兩個不穩(wěn)定性 電子的不穩(wěn)定性: 它通常會在APGD的陰極位降區(qū)域出現(xiàn)，伴隨著比較強烈的電場波動。強烈的電場波動容易造成電子崩的急劇發(fā)展，從而引起放電向電弧

3、轉(zhuǎn)化。通過使用大的鎮(zhèn)流電阻，這種電場的波動能夠極大的削弱。 熱不穩(wěn)定性： 發(fā)電的過程總是伴隨著電極及等離子體本身的發(fā)熱。彭寧效應(yīng) 亞穩(wěn)原子有很長的平均壽命（10-3秒或更長）。在混合氣體中,當一種氣體的亞穩(wěn)原子同另一種氣體的原子或分子碰撞時，即使它們的動能較低，只要前者的激發(fā)能大于后者的電離能，后者將被電離，前者則返回基態(tài)。多余的能量就轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮拥膭幽?，或使離子激發(fā)。這種過程稱彭寧電離或稱彭寧效應(yīng)。由于惰性氣體的亞穩(wěn)原子有較大的激發(fā)能，在含有惰性氣體的混合氣體放電中，彭寧電離比較有效。彭寧效應(yīng)可以使放電管的點火電壓降低離子捕獲機制 在變化的電場中,頻率和間隙的長短都可能對放電產(chǎn)生影響。如果間隙

4、中的離子不能在外加電壓的半周期T/2時間內(nèi)(即外加電場改變極性之前)完全進入電極(或擴散離開間隙)，在間隙中形成空間電荷，放電過程將受前一時期空間電荷的影響，這些空間電荷將隨電場極性的變化在電極之間振蕩、增加并累積,直至擊穿。此時，擊穿電壓明顯低于靜態(tài)擊穿電壓。 產(chǎn)生均勻大氣壓輝光放電等離子體的工作頻率的關(guān)系為：采用沖擊電源 電壓在瞬間提升時，由于強電場產(chǎn)生電子崩 電場隨電壓降低而減弱，抑制電子崩發(fā)展成流注 大量電子崩相互影響發(fā)展成彌散狀的輝光放電 優(yōu)點控制電極 陰極串聯(lián)大電阻 介質(zhì)阻擋放電 采用金屬絲網(wǎng)電極 電極一端串聯(lián)電容或扼流線圈 采用合適的電極形狀 采用等離子體電極 采用水冷電極 采用橫向氣流和輔助氣流(a) APGD (b) DBDU-I特性（a）APGD(b) DBDLissajous圖（a）APGD(b) DBD朗繆爾探針1、探測等離子體濃度2、測量前提：電子平均自由程應(yīng)當大 于等離子體鞘層厚度微波干涉1、診斷等離子體密度2、利用微波相位的變化3、良好的穩(wěn)定性、靈敏度和精確度高，時間分辨率好，但空間分辨率不太好，且與相位改變成比例光譜法 測量電子密度。 氫的譜線展寬主要是外 加電場導(dǎo)致，因此可以 用來測量外加電場的分 布；氬的譜線展寬主要 由于發(fā)光原子同等離子 體中電子和離子的相互 作用，因此可以用來測 量電子密度。Thomson散射