高气压下的辉光放电分解

二、APDG实现的难点
• 辉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
• 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
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。
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。
• 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) DBD
U-I特性
（a）APGD
(b) DBD
Lissajous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
Thomson散射法
带电粒子在电磁波电场下振荡，形成以电 子振荡为主的散射波，散射波中包含了电 子温度和等离子密度等信息。但在大气压 条件下，中性粒子对激光散射不可忽略， 无法使用
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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……
4|、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
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 • APGD——Atmospheric Pressure Glow Discharge
APGD结构示意图
APGD
1、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， 1350V