直流辉光放电等离子体参数测量-复旦大学物理教学试验中心Fudan

直流辉光放电等离子体

参数测量

电光源06300310019

杨深试验内容概述测量辉光放电伏安特性曲线验证帕邢定律（击穿电压）双探针法测量电子温度与浓度不同放电区域的光谱测量与定性分析通过放射光谱计算正柱区电子温度试验装置12435671抽气口，接机械泵2阳极3双探针4阴极5冷却水管6进气口7DH直流辉光等离子体试验台8放电管81.辉光放电现象描述阳极辉区正柱区法拉第暗区阴极辉区d=155mm,40pa阿斯顿暗区阿斯顿暗区：电子能量不足以大量激发阴极辉区：电子能量高，发光最强法拉第暗区：电子重新获得能量正柱区：等离子体只有放电管足够长才能出现明显的正柱区！2.双探针法测量电子温度与浓度V1V2Vs探针1探针2认为鞘层与探针面积相等，且鞘层内无碰撞，假设电子听从波尔兹曼-麦克斯韦分布，离子被鞘层加速而具有单一能量探针鞘层双探针整体悬浮流过探针的尽电流若近似认为则因此，知道饱和离子流和零点处斜率即可求出电子温度探针吸取的饱和离子流此即为等离子体密度等离子体dI/dV(V=0)=0.087(uA/v),I+=1.11(uA)

饱和离子流段与理论不符的缘由：鞘层厚度增大曲线没有过0的缘由：两探针的面积并非完全相等探针I-V曲线20pa2W40pa2W40pa4W电子温度(104k)7.406.747.37电子密(1011/cm-3)2.273.483.52dI/dV(V=0)=0.14(uA/v),I+=1.63(uA)

dI/dV(V=0)=0.136(uA/v),I+=1.73(uA)探针I-V曲线探针I-V曲线3.光谱测量（1）光谱仪定标：a用光谱仪测量标准灯的光谱b在已知标准灯光谱（厂家）的基础上，进行

拟合插值，得到对应波长的强度值c通过强度比得到不同波长的响应值（2）通过光学导轨固定光纤探头（原创）假设激发态粒子浓度听从波耳兹曼分布辐射功率正柱区Ar光谱λ（nm）Ej(eV)Ei(eV)g750.413.4811.621751.513.2711.621763.513.1711.555772.3713.1511.553772.4213.3311.723826.513.2811.833800.613.1711.625801.513.0911.555840.813.311.835842.513.0911.625852.113.2811.833912.312.9111.553用双线法电子温度的计算选择能够完全辨别的763.5nm和826.5nm谱线探针法和光谱法得到的数据比较出现数量级上的差异，主要缘由：1.低气压放电时不能满足LTE的假设2.光谱仪辨别率和测量范围受限制λ（nm）Aji（s-1）Ei（eV）Ej(eV)组态LScouple763.52.45e+711.5513.173p54p-3p54s3P2-3P2

826.51.53e+711.8313.283p54p-3p54s

3P1-1P120pa2W40pa2W40pa4W探针法（K）7.40×1046.74×1047.37×104光谱法(K)2.77×1032.61×1032.85×103试验展望：1.在提高辨别率的基础上，选择自吸取率小的光谱，如750.4nm，811.5nm，或者高激发态能级的谱线，如404.4nm，426.6nm2.接受更精确的C-R模型，考虑碰撞过程4未解之谜两次试验差别在于第一次试验没有开Ar钢瓶阀门，固可能有杂质气体，但从前者的谱线看，也只有阴极区存在782.3nm，查阅资料，H无该谱线，O虽有，但激发电位过高，为47eV左右。有可能是阴极溅射，如Ba783.95nm，W在782nm～783nm间有很多谱线，且二者激发电位都很低。？感谢！主要参考资料：《气体放电物理》徐学基复旦高校出版社《Lightandlightsources》PeterFlesch低温氩等离子体中的单探针和放射放射光谱诊断技术牛田野物理学报第56卷第四期ModetransitionsinlowpressureraregascylindricalICPdischargestudiedbyopticalemissionspectroscopy,TCzerwiecJ.PhysDAppl.Phys.37,20042827Characterizationofargonplas