介质阻挡放电点燃大气压直流均匀放电的光谱研究

由于大气压均匀放电等离子体在工业领域具有广泛的应用前景,为了获得大尺寸的大气压均匀等离子体,采用氩气作为工作气体,在大气压空气环境中利用同轴介质阻挡放电点燃了针-板电极间的大气隙(气隙宽度达到5 cm)直流均匀放电。研究发现,同轴介质阻挡放电能够有效降低针-板电极间的击穿电压。该均匀放电由等离子体柱、等离子体羽、阴极暗区和阴极辉区组成。其中等离子体柱和阴极辉区都是连续放电。而等离子体羽不同位置的放电是不同时的。事实上,等离子体羽放电是由从阴极向着等离子体柱移动的发光光层(即等离子体子弹)叠加而成。利用电学方法测量了放电的伏安特性曲线,发现其与低气压正常辉光放电类似,均具有负斜率。采集了放电的发射光谱,发现存在N₂第二正带系、氩原子和氧原子谱线。通过Boltzmann plot方法对放电等离子体电子激发温度进行了空间分辨测量,发现等离子体柱的电子激发温度比等离子体羽的电子激发温度低。通过分析放电机制,对以上现象进行了定性解释。这些研究结果对大气压均匀放电等离子体源的研制和工业应用具有重要意义。     

小型空心阴极等离子体电子枪实验

基于空心阴极效应和低压辉光放电原理,设计了一种小型空心阴极等离子体电子枪并进行了实验研究,在低气压下获得了稳定的空心阴极辉光放电,测量电子枪放电结果表明:在空心阴极中加入灯丝热子可明显降低放电气压;电子束电流的大小随放电电压增大而增大,受气体气压影响较小;在气压2Pa,放电电压10kV,脉宽4μs脉冲下放电,可得到脉宽为2μs,电流为600mA的电子束。     

高电流低气压等离子体阴极电子枪设计与实验

 设计了一种新型的高功率低气压等离子体电子枪。基于空心阴极效应和低压辉光放电原理与经验，确定了空心阴极、加速间隙、工作气压范围等。提出关于等离子体阴极电子枪产生高功率、高密度电子束源的整体方案。分别在连续馈气和脉冲馈气条件下进行实验测试，得到放电电流、收集极电流与气压、脉宽及调制器电压的关系。实验获得电子枪的典型放电电流为150~200 A，脉宽60 μs；传输电子束达到30~80 A，脉宽60 μs。该结果表明该新型等离子体阴极电子枪可以取代材料阴极作为大电流、长脉冲电子束源，特别适用于等离子体加载微波管。     

空心阴极等离子体电子枪研究

对空心阴极等离子体电子枪的理论与机理做了较详细的分析，介绍了空心阴极放电特性，论 述了激励电极和调制电极在空心阴极内等离子体形成过程中的作用，分析了等离子体中电子 和离子的运动及主要参数，推导出空心阴极内电场与电流密度的表达式，研究了形成稳定电 子束流的基本条件.利用泊松方程、电流连续性方程和运动方程对其进行了数值模拟计算， 并给出了优化结果. 在此基础上设计出了输出束流脉宽为1μs、幅值达2kA的空心阴极等离 子体电子枪. 关键词： 空心阴极 等离子体 电子枪     

N2微空心阴极放电特性及其阴极溅射的PIC/MC模拟

采用两维PIC/MCC模型模拟了氮气微空心阴极放电以及轰击离子 (N₂⁺,N⁺) 的钛阴极溅射. 主要计算了氮气微空心阴极放电离子 (N₂⁺,N⁺) 及溅射原子Ti的行为分布, 并研究了溅射Ti 原子的热化过程. 结果表明: 在模拟条件下, 空心阴极效应是负辉区叠加的电子震荡; 在对应条件下, 微空心较传统空心放电两种离子 (N₂⁺,N⁺) 密度均大两个量级, 两种离子的平均能量的分布及大小几乎相同; 在放电空间N⁺的密度约为N₂⁺的1/6, 最大能量约大2倍; 在不同参数 (P, T, V)下, 轰击阴极内表面的氮离子(N₂⁺,N⁺)的密度近似均匀, 其平均能量几乎相等; 从阴极溅射出的Ti原子的初始平均能量约6.8 eV, 离开阴极约0.15 mm处几乎完全被热化. 模拟结果为N₂微空心阴极放电等离子体特性的认识提供了参考依据. 关键词： 微空心阴极放电 PIC/MC模拟 2等离子体')" href="#">N₂等离子体     

平面磁控阴极用于PEPC等离子体放电实验研究

 平面磁控阴极用于大面积等离子体放电具有大幅降低放电电压和放电气压的优点,是PEPC首选的放电途径。通过对不同尺寸、不同磁场强度和不同气压状态下放电实验研究表明：在较宽的磁场强度范围内都可实现全口径的均匀等离子体放电,电极几何尺寸的小量变化对放电均匀性的影响不大。给出了满足300mm×300mm放电腔的放电参数。     

大面积等离子体片密度分布分析

利用空心阴极放电产生了尺寸为60 cm× 60 cm× 2 cm的大面积等离子体面. 在实验室条件下对大面积等离子体片的密度分布进行了测量. 由于高压放电脉冲脉宽较短, 实验中改变了测量方法, 同时, 在中等磁场影响下, 为了得到真实的等离子体密度, 进行了必要的数值修正.在放电电流为1---6 A时, 测量了二维的电子密度分布. 另外, 测量并讨论了其他环境参数对等离子体密度的影响. 电子密度的分布情况对与微波波束切换相当重要. 由空心阴极增强型放电产生的大面积等离子体面具有反射X波段(8---12 GHz) 微波需要的足够稠密的电子密度和足够均匀的密度分布, 这是等离子体面在雷达系统中取代金属面板的有利条件.     

平面磁控阴极用于PEPC等离子体放电实验研究

平面磁控阴极用于大面积等离子体放电具有大幅降低放电电压和放电气压的优点 ,是PEPC首选的放电途径。通过对不同尺寸、不同磁场强度和不同气压状态下放电实验研究表明 :在较宽的磁场强度范围内都可实现全口径的均匀等离子体放电 ,电极几何尺寸的小量变化对放电均匀性的影响不大。给出了满足 30 0 mm× 30 0 mm放电腔的放电参数。     

单针电极放电的发光特性

采用单针电极放电装置在氩气中产生了稳定的均匀等离子体。利用光学方法对单针放电特性进行了研究,结果表明单针放电等离子体的长度随外加电压峰值、气压的增大而增大,随空气含量的增大而减小。利用光电倍增管对单针电极放电等离子体羽的发光信号进行了空间分辨测量,发现靠近单针电极的羽头和等离子体羽其余部分放电行为不同。其中羽头源于针尖附近的电晕放电,它仅在外加电压负半周期的发光较强,正半周期发光几乎探测不到。而等离子体羽其余部分的放电在外加电压正、负半周期均存在,且正半周期强于负半周期。研究表明,外加电压正半周期的等离子体羽是源于发光光层(等离子体子弹)的传播,而负半周期等离子体羽的不同位置几乎同时放电。     

一种新型微空阴极结构的大气压射频冷等离子体源

介绍微空阴极的结构和物理机理，着重介绍一种新型大气压下射频激励的大面积冷等离子体源——融合空心阴极(fused hollow cathodes，FHC).结合应用和与之有关的研究，简单介绍空心阴极的放电特性，以及影响其放电特性的因素，如阴极材料、气体种类、频率、气体流速、气压、阴极内径等.另外提到了其他两种相关的微空阴极系统. 关键词： 微空阴极 大气压 冷等离子体 射频     

1 MV阳极杆箍缩二极管数值模型实验研究

阳极杆箍缩二极管（RPD）具有小焦斑、高亮度的特点,是闪光X光机领域的研究热点。基于Marx发生器和脉冲形成线技术路线产生1 MV高电压脉冲驱动RPD,开展了不同结构参数二极管实验研究。基于RPD物理过程的数值模型,分析了结构参数对箍缩物理过程的影响。研究表明在1 MV电压下,RPD阴极等离子体平均扩散速度、阳极等离子体平均扩散速度分别为2,0.6 cm/μs时,该模型可以较好地描述实验结果。在阳极杆直径一定的情况下,二极管数值模型表明减小阴极孔径可以使二极管更快进入强箍缩状态,但过小的阴极孔径会导致二极管间隙过早闭合。     

Das Eindringen der Glimmentladung in Spalte

The fractional area of the cathode covered by the negative glow in low pressure hydrogen discharges has been studied using a special co - planar anode - cathode configuration. The cathode was a steel bar of 2×2×64 cm, sectionalised into 32 insulated parts. An identical electrode mounted directly above the cathode at a variable separation facilitated the simulation of screening effects of insulating or conducting walls and of hollow cathode conditions. The depth of penetrationξ of the discharge into this gap was studied for various conditions. In general for the insulating wall condition,ξ is approximately proportional to the applied voltage and depends on the gap width and pressure. The electron current in the negative glow parallel to the cathode surface as well as the cathode current density at any distancex from the anode vary exponentially withη=ξ-?. The potential of the negative glow in the gap decreases slowly with? to the “normal” cathode fall at?=ξ. In the case of the conducting wall, the discharge can penetrate to any depth, provided the wall is maintained at a potential ≧ the “normal” cathode fall. For a hollow cathodeξ is small, but the current density near the anode reaches extremely high values.     

等离子体电极电光开关大面积辉光放电的产生及其特性

 在电光开关的晶体两侧，用辉光放电产生的高电导率透明等离子体作为施加开关脉冲电压的电极，可大大增加开关的通光口径。利用设计建造的一个80mm×80mm口径的等离子体电极电光开关，研究了用于电光开关中的大面积辉光放电的产生方法及放电特性。描述了等离子体电极普克尔盒的结构、放电室和电极的几何尺寸、放电电路及其参数，实验观测了预电离和工作气压对放电的影响。     

Characteristics of an ion source with a plasma cathode and a multipole magnetic system for confining fast electrons

Parameters and ion-emission characteristics of the plasma generated in the anode stage of an ion source with a hollow glow-discharge plasma cathode are studied. To decrease the minimum operating gas pressure to 5×10³ Pa, a multipole magnetic system was installed on the surface of the hollow cathode and the peripheral magnetic field was enhanced in the anode stage of the source. The effect of the gas pressure, the plasma-cathode current, and the voltage between the electrodes of the anode stage on the value of the ion current extracted from the plasma is investigated. It is found that the size of the exit aperture of the hollow cathode substantially affects the efficiency of ion extraction. The potential (1–5 V) and the electron temperature (1–8 eV) of the anode-stage plasma are measured by the probe method. The conditions are determined that ensure the maximum ion-emission current from the plasma at low gas pressures.     

微放电等离子体多负辉区结构融合过程数值模拟研究

高气压下的微型电热推进器(MPT)中的放电等离子体存在多负辉区结构,其负辉区有融合趋势。对矩形微放电等离子体推进器(RMPT)的负辉区融合过程进行了二维模拟分析,在方法上采用了非平衡态的自洽流体模型,并考虑了离子电流加热和三体碰撞过程。结果显示:矩形微放电等离子体推进器(RMPT)在低电流条件下存在两个稳定的负辉区,当超过某一电流阈值条件后,两个负辉区会在腔体中心重合。分析了这一过程的成因,认为其融合过程本质上是空心阴极的导通过程,其融合与否与鞘层电压有关。     

等离子体电极棚电光开关实验研究

 设计建造了以辉光放电形成的等离子体作电极，通光口径为80mm×80mm的普克尔盒实验，实验检测了它的开关性能。阐述了普克尔盒的结构，辉光放电等离子体电极的形成，开关驱动脉冲的产生及输出特性，电光开关的开关效率和开关速度的检测方法，给出了典型的实验结果。     

Effect of Cathode and Anode Voltage on an Ion Sheath Thickness in a Magnetically Confined Diffusion Plasma

This article reports about the ion sheath thickness variation occurring in front of a negatively biased plate immersed in the target plasma region of a double plasma device. The target plasma is produced due to the local ionization of neutral gas by the high energetic electrons coming from the source region (main discharge region). It is observed that for an increase in cathode voltage (filament bias voltage) in the source region, the ion flux into the plate increases. As a result, the sheath at the plate contracts. Again, for an increase in source anode voltage (magnetic cage bias), the ion flux to the plate decreases. As a result, the sheath expands at the plate. The ion sheath formed at the separation grid of the device is found to expand for an increase in cathode voltage and it contracts for an increase in the anode voltage of the main discharge region. One important observation is that the applied anode bias can control the Bohm speed of the ions towards the separation grid. Furthermore, it is observed that the ion current collected by the separation grid is independent of changes in plasma density in the diffusion region but is highly dependent on the source plasma parameters. (© 2008 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)