光腔衰蕩光譜診斷低溫等離子體NO2和CH活性物種.pdf

1、博士學(xué)位論文光腔衰蕩光譜診斷低溫等離子體N02和CH活性物種DiagnOsisOfN02andCHReactiVeSpeciesinLOwTemperaturePIaSmaSbyCaVityRingdownSpectrOscOpy學(xué)號(hào)：11002031答辯日期：2015年12月大連理工大學(xué)DaliaIlUnjVersityofTechnology大連理工大學(xué)博士學(xué)位論文摘要等離子體是物質(zhì)的第四態(tài)，是由電子、離子以及中性氣體粒子組成的物質(zhì)

2、形態(tài)，具有集體行為，宏觀上呈現(xiàn)準(zhǔn)中性。由于等離子體化學(xué)反應(yīng)過(guò)程非常復(fù)雜，導(dǎo)致開(kāi)展相關(guān)機(jī)理研究工作具有很大的挑戰(zhàn)，需要建立先進(jìn)診斷技術(shù)對(duì)等離子體關(guān)鍵物種進(jìn)行定量鑒別，同時(shí)等離子體瞬態(tài)物種的非均勻空間分布特性對(duì)診斷技術(shù)的時(shí)間和空間分辨能力提出了較高的要求。發(fā)展高時(shí)空分辨的原位無(wú)干擾診斷技術(shù)，對(duì)深入研究等離子體反應(yīng)機(jī)理十分關(guān)鍵。鑒于此目標(biāo)，本論文主要開(kāi)展了以下工作：一、建立了光腔衰蕩光譜等離子體診斷系統(tǒng)，具有微秒量級(jí)的時(shí)間分辨率，對(duì)介質(zhì)阻擋放

3、電和納秒脈沖直流放電等離子體中的N02進(jìn)行了實(shí)時(shí)、原位、在線的診斷測(cè)量。在900V放電電壓，10kHz放電頻率下，測(cè)量了不同初始N02數(shù)密度(1510cIn_3～2791014cm3)條件下，N02偷混合氣體介質(zhì)阻擋放電中N02的時(shí)間演化：在放電剛開(kāi)始時(shí)，N02數(shù)密度急劇下降；隨著放電繼續(xù)進(jìn)行，N02數(shù)密度緩慢增加；當(dāng)初始N02數(shù)密度低至151013cm3時(shí)，最終N02數(shù)密度會(huì)大于初始數(shù)密度。在1300V放電電壓、30Hz放電頻率下，測(cè)

4、量了不同初始N02數(shù)密度、不同脈寬(200ns，1肛s和2“s)下，N02偷混合氣體納秒脈沖直流放電余輝中N02的時(shí)間演化：在較高初始N02數(shù)密度條件下(3051014cIn3、8881013cIn3)，當(dāng)放電脈沖結(jié)束后N02數(shù)密度迅速下降，在幾微秒后基本保持穩(wěn)定，且脈寬越大，N02數(shù)密度下降速率越快；在較低初始N02數(shù)密度條件下(1691013cm3)，當(dāng)脈寬為200ns和1“s時(shí)，N02數(shù)密度在余輝中隨時(shí)間呈下降趨勢(shì)，而當(dāng)脈寬為2s

5、時(shí)，N02數(shù)密度在余輝中隨時(shí)間先緩慢增加而后下降。因此在較低初始N02數(shù)密度條件下，單純提高注入功率無(wú)法促進(jìn)N02的脫除過(guò)程。在空氣納秒脈沖直流放電余輝中發(fā)現(xiàn)了N02數(shù)密度振蕩下降且在十微秒量級(jí)時(shí)間尺度內(nèi)出現(xiàn)多個(gè)峰值和谷值的現(xiàn)象：在不同的放電電壓(1000V、1300V)和不同放電脈寬(1肛s、2s)下N02數(shù)密度具有相似的振蕩趨勢(shì)，但隨著余輝時(shí)間的增加谷值的時(shí)間間隔增加。二、將光腔衰蕩光譜和發(fā)射光譜相結(jié)合，提供一種深入研究有效逆光子效

6、率(尸F(xiàn)。)的手段。在托卡馬克裝置中，最常用于診斷偏濾器處碳基材料的化學(xué)侵蝕的方法是測(cè)量CH(A2△_X2Ⅱ)的發(fā)射光譜，該方法基于逆光子效率(腳)實(shí)現(xiàn)CH(A2△_X2兀)發(fā)射的光通量與甲烷(碳壁化學(xué)侵蝕產(chǎn)物之一)的粒子通量之間的轉(zhuǎn)化。研究結(jié)果表明在類(lèi)ITER脫靶偏濾器等離子體參數(shù)下，與電子碰撞激發(fā)CH(X2Ⅱ)得到的光通量相比，發(fā)射光譜測(cè)量到的光通量隨電子溫度(疋)的變化幅度小得多，cH(A2△)主要由cH：的離解復(fù)合產(chǎn)生，電子碰撞