磁驱动滑移弧功率变化过程的研究.PDF

第27 卷 第2 期 核 聚 变 与 等 离 子 体 物 理 Vol.27, No.2 2 0 0 7 年 6 月 Nuclear Fusion and Plasma Physics June 2007 文章编号：0254-6086(2007)02-0168-04 磁驱动滑移弧功率变化过程的研究 李 辉，陶小平，王传兵 (中国科学技术大学热科学与能源工程系，合肥230027) 摘 要：讨论了在相距25.0mm 长度40.0mm 的平行电极间的由强度可达6040Gs 的外磁场驱动的滑移弧功 率变化过程，分析了滑移弧等离子体所处的状态。当电弧运行在电极平行段时，电弧功率在0.65kW 附近剧烈振 荡；当电弧接近平行电极顶端时，电弧功率由约0.65kW 迅速增加到约2.0kW 。在一个放电周期内，电弧功率基 本上是从小到大持续增加的，由弧电源提供能量来维持滑移弧等离子体的平衡状态。根据Ozlem Mutaf-Yardimici 等人的理论，此时滑移弧等离子体仍处于平衡态。 关键词：磁驱动滑移弧；平衡态等离子体；光电倍增管 中图分类号：O539 文献标识码：A 1 引言 大气压非平衡等离子体是低温等离子体领域 中的一个重要分支，滑移弧是产生大气压非平衡等 离子体的一种重要方法。可以用气流来驱动滑移 弧，也可以用磁场来驱动。Fridman等人对气吹滑 ～ 移弧等离子体作了许多研究[1 3] ，本文研究了用磁 驱动的方法产生的滑移弧等离子体。非平衡态的滑 移弧等离子体有较高的能量效率和化学反应选择 ～ 性，被广泛应用于气体和材料处理等领域[4 8] 。对 滑移弧等离子体非平衡状态的研究是非常重要的， 图1 磁驱动滑移弧的实验装置 本文主要从滑移弧的功率变化过程来分析磁驱动 滑移弧等离子体所处的状态。 2 实验装置 图1 是磁驱动滑移弧的实验装置示意图。磁驱 动滑移弧发生器由两个平行的铜电极组成，其形状 如图 2 所示，平行电极长度L 1为 40.0mm ，平行电 极之间的距离L2为 25.0mm ，平行电极之间距离最 小处(图2 中的1 位置)约为 1.4mm。所用的弧电源 是直流高压电源，它的开环电压为6750V ，电源内 图2 平行电极和挡板的形状示意图 阻为 9288Ω，电路中的电感为7H。磁场线圈通入 电流产生磁场，产生的磁感应强度最高可达 有四个小孔，小孔的直径为0.5mm ，相邻小孔之间 的间距分别为d =2.0mm ，d =2.0mm ，d =2.2mm 。 6040Gs ，磁场与弧电流方向垂直，它驱动电弧向上 1 2 3 运动，即电弧从 1 位置向2 位置方向运动，如图2 这种间距的不均匀性是由机械加工造成，对我们的 所示。我们沿电弧的运动方向放置一挡板，挡板上 实验是无影响的。小孔和电极的相对位置如图2 所 收稿日期：2006−07−20 ；修订日期：2007−02−10 作者简介：李辉(1971−) ，男，安徽省天长市人，博士，主要从事低温等离子体方面的研究。 第2 期 李辉等：磁驱动滑移弧的功率变化过程研究 169 示，其中d=10.0mm ，小孔圆心与平行电极的中线 在一个放电周期内，示波器上将连续显示四个脉 对齐，透过小孔测得的光强由光电倍增管接受，转 冲，如图4 中的曲线所示。当参考点的位置与小孔 换成电信号，通过分析接受到的电信号，可判断电