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文檔簡介
1、氣體放電條紋現(xiàn)象的機(jī)理研究從法拉第1830年開始至今已經(jīng)快兩個世紀(jì)了,目前研究的主要進(jìn)展還集中在純稀有氣體的條紋放電的機(jī)理,混合氣體在交流條件下的條紋放電的機(jī)理還有許多研究工作尚待開展。本論文對交流放電條件下,低氣壓稀有氣體-汞放電中的條紋放電現(xiàn)象的原因及性質(zhì)進(jìn)行研究,希望找出低氣壓稀有氣體-汞條紋放電的成因,更好的了解低氣壓稀有氣體-汞放電的性質(zhì),為在實(shí)際的應(yīng)用中消除這種現(xiàn)象提供理論基礎(chǔ)。
在實(shí)驗(yàn)研究中,采集了燈管在不同冷端
2、溫度下的發(fā)射全光譜,發(fā)現(xiàn)在條紋放電劇烈的時候,總光譜中來自稀有氣體原子的輻射占據(jù)較大比例。根據(jù)理論分析,低氣壓稀有氣體-汞條紋放電源于稀有氣體原子的分步電離在電離平衡中占據(jù)了主要位置。ICCD相機(jī)對條紋放電燈管的高速成像表明條紋放電僅出現(xiàn)在燈管電流的上升階段,而在燈管電流的下降階段放電是均勻的,這一現(xiàn)象目前罕有報道。用ICCD相機(jī)和單色儀組成耦合系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在燈管電流的上升階段,來自稀有氣體原子和汞原子的原子譜線都較強(qiáng);而在電流的下降
3、階段,來自這兩類原子的原子譜線都較弱。在電流的上升階段,若汞蒸汽壓比較低,稀有氣體原子的分步電離就會在電離平衡中占主導(dǎo)位置,放電就會出現(xiàn)條紋。
在理論研究中,我們首次采用電子動力學(xué)模型模擬了低氣壓Ar-Hg放電中電子對空間波動電場的響應(yīng)情況,模擬時考慮非局域場條件,即亞穩(wěn)態(tài)稀有氣體原子的分步電離在電離平衡中起重要作用時的情況。模型基于穩(wěn)態(tài)波爾茲曼方程,通過Crank Nicholson差分格式求解電子能量分布函數(shù)(EEDF)。
4、模擬的結(jié)果可以更加詳細(xì)的揭示不同能量電子在空間波動電場中的分布情況,揭示非局域場效應(yīng)對放電產(chǎn)生的影響。EEDF分為低能部分與高能部分,它們對電場的響應(yīng)是不同步的。慢電子主要在電場作用下在空間中做遷移運(yùn)動;而快電子則主要與Hg原子和Ar原子做非彈性碰撞。模擬得到的等離子體的宏觀參量,如折合電子濃度、電子溫度、激發(fā)頻率、電離頻率與空間電場的波動不同步,這一機(jī)制導(dǎo)致了條紋的傳播,與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相一致。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)和理論的結(jié)果,發(fā)現(xiàn)在低氣壓
5、稀有氣體-汞放電中,條紋放電產(chǎn)生的根本原因是稀有氣體原子的分步電離在電離平衡中占據(jù)了主導(dǎo)位置,使電子能量分布函數(shù)EEDF處于非局域場條件下。這樣,存在于放電中的擾動會被放大并傳播下去,從而形成條紋放電。因此,消除條紋放電的可行方法是抑制亞穩(wěn)態(tài)稀有氣體原子的大量產(chǎn)生,這可以通過添加混合氣體或增加放電電流、提高汞蒸氣壓、提高頻率等方式來實(shí)現(xiàn)。
本論文的創(chuàng)新點(diǎn)如下:
1.通過給燈管的陰極增加額外的加熱電流以抑制陰極區(qū)的擾動
6、,同時利用光電二極管記錄燈管中的條紋放電情況,最終證明50 Hz交流工作狀態(tài)下和相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)條件下,低氣壓稀有氣體-汞放電中的條紋現(xiàn)象并非由陰極區(qū)的擾動造成。
2.利用燈管的光輸出作為信號觸發(fā)高速ICCD相機(jī),記錄了燈管在交流工作的一個周期內(nèi),條紋放電隨燈管光輸出的變化情況,從而發(fā)現(xiàn),條紋放電僅出現(xiàn)在燈管電流的上升階段,在燈管電流的下降階段,幾乎無條紋出現(xiàn)。
3.首次提出了低氣壓稀有氣體-汞條紋放電的電子動力學(xué)模型,應(yīng)
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