大气压介质阻挡射流放电离子速度分布的测量

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1、第36卷第3期核聚变与等离子体物理V_01．36．No．32016年9月NuclearFusionandPlasmaPhysicsSep．2016文章编号：0254—6086(2016)03—0276—06DOI：10．16568／j．0254—6086．201603016大气压介质阻挡射流放电离子速度分布的测量熊莉，齐冰(1．吉林医药学院公共卫生学院，吉林132000；2．东北电力大学电气工程学院，吉林I320001摘要：通过测量大气压介质阻挡放电等离子体辐射信号，建立偶极子辐射模型，利用快速傅立叶变换，计算了大气压介

2、质阻挡放电等离子体中离子速度分布。计算结果表明，速度分布偏离麦克斯韦分布，并且随着放电过程的进行，离子速度及相对离子数进行有规律的变化。关键词：大气压等离子体；介质阻挡放电；离子速度分布中图分类号：0539文献标识码：A1引言会产生等离子体振荡。1993年，Shirakawa和Sugai利用大气压介质阻挡放电装置产生非平衡等通过加热金属丝产生电子流对低气压电感耦合等离子体，无需昂贵复杂的真空系统，可以极大地提离子体进行扰动，测量等离子体中电子振荡信号，高生产效率并降低生产成本，在材料表面改性、薄根据信号的振荡频率计算电子

3、密度，研发了等离子体振荡探针⋯]。为了克服电子流对等离子体测量的膜沉积、环境保护及医疗保健等领域有着广泛的用途¨。随着介质阻挡放电技术在各个领域日益广干扰，Sugai所领导的团队又进一步开发了等离子体吸收探针¨。2009年，作者等发现在大气压同心泛的应用，对于其基本物理过程的研究也需要更加深入。等离子体中的电子密度、离子密度及二者的圆筒介质阻挡放电装置中，不需要额外的外部激发速度分布函数，是等离子体研究中至关重要的4个源，安装在放电装置外部的天线能够获得等离子体参数。传统的等离子体诊断方法，主要包括朗谬尔的振荡辐射信号。

4、这一辐射振荡信号的频率在探针法[5]、光谱诊断法以及微波干涉法等，这些10Hz数量级，并确认了信号来源于等离子体中的诊断方法能够适用的一个前提条件就是等离子系离子辐射信号，根据信号频率计算了离子密度，计算结果与已知文献的测量结果一致¨。统处于热力学平衡或至少处于局部热力学平衡状态，而这一条件在大气压非平衡等离子体中往往难等离子体的电磁辐射，来源于电子和离子的振以满足。此外，一些等离子体数值模拟方法也是基荡。由于电子和离子的质量相差悬殊，具有不同的于热力学平衡的基本假设之上【8⋯，这就产生了不振荡频率。电子振荡过程中，离子

5、质量远大于电子质量，离子迁移率相对电子很小，可将离子看成是可调和的矛盾，在实验和理论两个方面都制约着等固定不动。若等离子体密度在1Orn_数量级，则离子体基本物理过程研究的深入，因此需要一种新的诊断方法，在不满足热力学平衡的条件下对粒子电子振荡频率应在10Hz数量级，超出了示波器的速度分布进行诊断。(1GHz带宽)的测量范围。对于离子振荡，电子的影等离子体在受到扰动或在趋于稳定的过程中响就不得不考虑了。相对于离子缓慢的振荡频率，收稿日期：2014—10_03；修订日期：2016—07一10基金项目：国家自然科学基金(11

6、105093)作者简介：熊莉(1978一)，女，重庆市人，硕士，讲师，主要从事大气压辉光放电等离子体研究。通讯作者：齐冰(1978一)，男，吉林省吉林市人，副教授，博士，主要从事大气压等离子体研究。第3期熊莉等：大气压介质阻挡射流放电离子速度分布的测量277电子有足够的时问趋于平衡。离子振荡频率可表示信号，探头安置在等离子体轴向中心位置，以确保探头接收到的电磁辐射位于同一等势面。电压信为=i／√1+Mi，其中厂pj为忽略电子影号、电流信号和辐射信号同时输入一个1GHz带宽响的离子振荡频率，；为离子质量，为离子振的示波器(

7、DPO4014，1GHz，5．0GHz．S)。为了测荡波长，k为玻尔兹曼常数，To为电子温度。由于量N；(B∑x∑)的第一负带系光谱，在放电室电子对离子振荡的影响，．通常情况下稍小于i，中注入浓度占比为1％的氮气。此时的波矢是一个很大的实数，表明了振荡传播的波长=2z／K很小。等离子体振荡是由内部_=!负电荷分离引发的，可将等离子体振荡看成偶极子振荡。等离子体中的单个离子和相匹配的电子构成一个偶极子，做简谐振荡，辐射出正弦电磁波。所有偶极子辐射的正弦电磁波的线陛叠加，就构成了所接收到的电磁辐射信号。在流光击穿模式下，气体

8、的击穿主要依靠电子崩头部的容积光电离，传播速度趋近近场探头(3~4)×l0m．S[14]，导致了气体间隙的击穿速度远远超过了离子的振荡速度，因此可以将所有偶极子振荡看成是在同一时刻开始的。由于每个偶极子在振荡发生的时刻具有不同的初始速度，使得每个偶极子振荡具有不同的初始相位。反之，根据偶极子图l实验装置图和近场探头与