高气压下的辉光放电

1、高气压下的辉光放电魏宁2002.10.31一、基本概念 高气压下的辉光放电 APGDAtmospheric Pressure Glow DischargeAPGD结构示意图APGD1、氮气中，间距1cm的直流大气辉光放电2、上面是阳极， 下面为阴极3、20mA，1350V4|、从图中可以看到辉光放电典型的分层现象，例如靠近阴极的法拉第暗区。APGD优越性 低中气压下辉光放电条件要求苛刻，等离子体能量较低 同其它放电形式的比较 电晕放电：产生活性粒子效率低，不均匀 电弧放电：能量密度太高 DBD放电：持续时间段，电流密度大APGD： 均匀性好，能量效率高，不需要真空系统二、APDG实现的难点 辉

2、光放电向电弧放电的转化 电流由毫安级突变到安培级 气体放电的不稳定性 电子的不稳定性 热不稳定性三、实现APGD的可能途径 1、在低电场下放电 选用低击穿场强的气体，如氦气 选用合适的电压频率 2、限制电流密度的自由增长 3、抑制放电不稳定性，使放电均匀 四、APGD的检测1、光学热性 高速照相机拍照 利用空间光强分布2、电学特性 利用电压电流曲线 利用Lissajous图五、参数诊断 朗缪尔探针 微波干涉 光谱法 Thomson散射法谢谢！两个不稳定性 电子的不稳定性: 它通常会在APGD的阴极位降区域出现，伴随着比较强烈的电场波动。强烈的电场波动容易造成电子崩的急剧发展，从而引起放电向电弧

3、转化。通过使用大的镇流电阻，这种电场的波动能够极大的削弱。 热不稳定性： 发电的过程总是伴随着电极及等离子体本身的发热。彭宁效应 亚稳原子有很长的平均寿命（10-3秒或更长）。在混合气体中,当一种气体的亚稳原子同另一种气体的原子或分子碰撞时，即使它们的动能较低，只要前者的激发能大于后者的电离能，后者将被电离，前者则返回基态。多余的能量就转变为电子的动能，或使离子激发。这种过程称彭宁电离或称彭宁效应。由于惰性气体的亚稳原子有较大的激发能，在含有惰性气体的混合气体放电中，彭宁电离比较有效。彭宁效应可以使放电管的点火电压降低离子捕获机制 在变化的电场中,频率和间隙的长短都可能对放电产生影响。如果间隙

4、中的离子不能在外加电压的半周期T/2时间内(即外加电场改变极性之前)完全进入电极(或扩散离开间隙)，在间隙中形成空间电荷，放电过程将受前一时期空间电荷的影响，这些空间电荷将随电场极性的变化在电极之间振荡、增加并累积,直至击穿。此时，击穿电压明显低于静态击穿电压。 产生均匀大气压辉光放电等离子体的工作频率的关系为：采用冲击电源 电压在瞬间提升时，由于强电场产生电子崩 电场随电压降低而减弱，抑制电子崩发展成流注 大量电子崩相互影响发展成弥散状的辉光放电 优点控制电极 阴极串联大电阻 介质阻挡放电 采用金属丝网电极 电极一端串联电容或扼流线圈 采用合适的电极形状 采用等离子体电极 采用水冷电极 采用横向气流和辅助气流(a) APGD (b) DBDU-I特性（a）APGD(b) DBDLissajous图（a）APGD(b) DBD朗缪尔探针1、探测等离子体浓度2、测量前提：电子平均自由程应当大 于等离子体鞘层厚度微波干涉1、诊断等离子体密度2、利用微波相位的变化3、良好的稳定性、灵敏度和精确度高，时间分辨率好，但空间分辨率不太好，且与相位改变成比例光谱法 测量电子密度。 氢的谱线展宽主要是外 加电场导致，因此可以 用来测量外加电场的分 布；氩的谱线展宽主要 由于发光原子同等离子 体中电子和离子的相互 作用，因此可以用来测 量电子密度。Thomson散射