等离子体物理学前沿讲义.doc

《等离子体物理学前沿》 大作业题  一、（1）有哪几种低气压射频放电？简述其放电产生等离子体的原理。 （2）有哪几种电子加热机制？简述其物理图象。 （1）低气压电感耦合和电容耦合射频放电。 电感耦合：感性放电中的等离子体是通过将射频功率加在一个非共振线圈上产生的根据法拉第电磁感应定律,当平面型或者圆柱型的线圈中通入环向交变电流时,在被这些线圈缠绕的放电腔室内,该电流会激发出磁场,这个交变的磁场又会感应出环向的电场从而将腔室内的气体击穿,产生等离子体由于环向电场对电子和离子的加速作用,在放电腔室内会诱导出环向的等离子体电流,该电流与线圈中的电流藕合起来,不断地修正所激发的电磁场的空间分布通过强电离和输运扩散过程,最终等离子体演变到稳定状态这种放电机制激发的等离子体与放电环路之间的祸合作用可以等效成为一个变压器,因此这种放电模式被称为感性放电模式. 电容耦合: 电容耦合方式是由接地的放电室(由复合系数很小的材料如石英做成)和引入的驱动电极作为耦合元件驱动电极上镀有溅射产额较低的陶瓷材料以减少离子的对阴极材料的溅射。当与电源接通后,在放电室和驱动电极之间产生高频电场,自由电子在此作用下做上下往复运动,并激发放电。由于电子的自由程远大于放电室的尺寸,因此主要靠它们从管壁上打出的二次电子而获得倍增,后者成为这种放电的维持者,而由气体电离所产生的二次电子将起次要作用。简述鞘层形成的机理和种类鞘层形成的机理鞘层种类 qd1为尘埃粒子电量在某个值附近的起伏值，Ie1,Ii1是电子和离子对尘埃粒子的充电电流，是尘埃粒子电荷弛豫速率，它与电子、离子的浓度和温度，尘埃粒子的大小以及电量有一定量的关系。 较大的尘埃粒子主要受重力作用运动，较小的尘埃粒子主要受静电力作用运动；而且在鞘层中由于离子的超声速定向运动，离子会和尘埃粒子碰撞，此作用力称为离子拖拽力；还有收到中性气体的摩擦力作用；如果有较强的温度梯度，则存在沿着热流方向的热泳力；假如空间环境存在强电磁辐射，则尘埃粒子会受到辐射压力的作用。 四、（1）简述大气压放电等离子体的基本特征； （2）假设简单平板放电系统，放电气压分别为10 mTorr, 和 760 Torr。 请问哪种气压下的放电采用流体模型描述更最准确，并简述一下原因。 （1） 常见的大气压气体放电形式有：电晕放电、电弧放电、截止阻挡放电以及辉光放电。不同的放电形式下，其产生的等离子体具有不同的特征，比如电弧放电产生的等离子体具有高温的特点；电晕放电通常发生在极不均匀电场中的强电场区域的小范围空间，放电比较弱，产生等立体及活性粒子效率太低；截止阻挡放电，通常由一些放电细丝组成，其电流密度很大；对于大气压辉光放电，主要有一下几点特征： ①?辉光放电在电极间的光强分布是明、暗相间的有规律分布；? ②?管压降U明显低于着火电压Ub。正常辉光放电的管压降不随放电电流的变化而改变；? ③?阴极电子的发射主要是?过程，即正离子、亚稳态原子、光子和高速运动的中性粒子打到阴极上产生次电子发射；? ④?阴极位降区是维持辉光放电必不可少的区域，具有大约70~400V的阴极位降（大小与气体种类、阴极材料有关）。在这一区域产生电子雪崩放电，满足维持自持放电条件，净余空间电荷为正电荷；这与罗果夫斯基的空间电荷分布假设很相近。?⑤?辉光放电的电流密度大约为uA~mA/cm2。? （2）760 Torr下采用流体模型更好。因为在10 mTorr低气压下，电子、离子等粒子的分布远离波尔兹曼分布，无法利用Boltzmann方程，得到这些宏观物理量所满足的偏微分方程组、等离子体流体力学方程组，因此在高气压下流体模型可以更好的模拟描述其放电。 五、在大气压等离子体放电稳定性控制技术中常采用的措施是什么，试列举说明。 通常采用高频交流场、短脉冲直流电源、交流介质阻挡放电、增大气流率、多电极结构、选用合适的放电气体、采用预电离技术、带有电阻的分布式阴极等技术方法。 下图是几种实例： 带有电阻的分布式阴极 预电离技术 介质阻挡放电