大气压介质阻挡射流放电离子速度分布的测量.pdf

第36卷 第3期 核 聚 变 与 等 离 子 体 物 理 V_01．36．No．3 2016年 9月 NuclearFusionandPlasmaPhysics Sep．2016 文章编号：0254—6086(2016)03—0276—06 DOI：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：A 1 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密度，研发了等离子 膜沉积 、环境保护及医疗保健等领域有着广泛的用 体振荡探针…]。为了克服电子流对等离子体测量的 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 泛的应用，对于其基本物理过程的研究也需要更加 体吸收探针 ¨。2009年，作者等发现在大气压同心 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。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 统处于热力学平衡或至少处于局部热力学平衡状 算结果与已知文献的测量结果一致¨。 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，离子质量远大于电子 可调和的矛盾，在实验和理论两个方面都制约着等 质量，离子迁移率相对电子很小，可将离子看成是 离子体基本物理过程研究的深入，因此需要一种新 固定不动。若等离子体密度在 1Orn_数量级 ，则 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：