基于连续谱的氩气纳秒脉冲放电中电子温度的研究

摘要：

采用了一种针对针的放电结构,将其放置在一个高纯氩气的密闭腔室中,通过施加正极性的过电压产生可重复的大气压纳秒脉冲放电,并提出建立大气压放电的连续辐射模型来诊断氩气纳秒脉冲放电中的电子温度.实验利用电压和电流探头分别获取放电过程中的电压和电流波形图,其放电脉宽约为20 ns.通过消色差透镜、单色仪和ICCD等光学系统的组合来测量放电正柱区在不同时刻(0<t<20 ns)的时间分辨发射光谱.结果表明,放电中连续谱的强度随时间先增加(0<t<10 ns)后减小(10 ns<t<20 ns),但是氩原子的谱线强度则随时间的增加而一直增大.研究表明连续谱强度与电子密度成正相关,因而电子密度随着时间也是先增加而后减小,这与放电电流的变化规律是完全一致的.根据连续谱模型拟合得到放电过程中(0<t<10 ns)的电子温度为(1.4±0.2)eV.随着驱动电压的下降(10 ns<t<20 ns),电子温度逐步减小至0.9 eV.在0<t<10 ns中,激发态氩原子主要是由电子碰撞激发产生的,因而谱线强度随着电子密度的增加而增大.然后,随着电子温度的减小,A r2+复合反应速率激增,导致电子与离子的复合过程主导产生激发态氩原子,即谱线强度继续增大.通过加入0.5％ 的水蒸气以获取OH的振转光谱.实验发现,OH(A)的产生机制使其偏离玻尔兹曼平衡分布,本文采用了双温的OH(A-X)光谱模型来考察气体温度.在放电过程中,气体温度保持不变,大约为400 K.此外,水蒸气的加入使得短波长的连续谱发生显著增强.光谱分析认为H2 O在放电中能够解离产生H2,继而与氩原子的亚稳态发生能量转移生成激发态H2(a3Σg+).H2(a3Σg+)将会自发辐射跃迁到排除态H2(b3Σu+),同时发射短波长的连续谱.由于短波长的连续谱对电子温度(Te>1 eV)的响应较为灵敏,所以载气中少量的水蒸气将会对连续谱诊断电子温度带来较大的影响.

关键词：大气压放电;发射光谱;纳秒脉冲放电;电子温度;连续谱

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分类号：O536(等离子体物理学)

资助基金：国家自然科学基金项目;江苏省高等学校自然科学研究面上项目;盐城工学院引进人才校级科研项目;盐城工学院大学生创新创业项目

在线出版日期：2021-08-20（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共6页

页码：2337-2342