微波气体放电等离子体与余辉中的动理学研究

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微波气体放电等离子体与余辉中的动理学研究

杨薇, 周前红, 董志伟

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杨薇, 周前红, 董志伟. 微波气体放电等离子体与余辉中的动理学研究[J]. 强激光与粒子束, 2018, 30: 053007. doi: 10.11884/HPLPB201830.170447

引用本文:

杨薇, 周前红, 董志伟. 微波气体放电等离子体与余辉中的动理学研究[J]. 强激光与粒子束, 2018, 30: 053007. doi: 10.11884/HPLPB201830.170447

Yang Wei, Zhou Qianhong, Dong Zhiwei. Kinetic study on microwave discharge plasma and its afterglow[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2018, 30: 053007. doi: 10.11884/HPLPB201830.170447

Citation:

Yang Wei, Zhou Qianhong, Dong Zhiwei. Kinetic study on microwave discharge plasma and its afterglow[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2018, 30: 053007. doi: 10.11884/HPLPB201830.170447

微波气体放电等离子体与余辉中的动理学研究

doi: 10.11884/HPLPB201830.170447

1.
北京应用物理与计算数学研究所, 北京 1 00094

Kinetic study on microwave discharge plasma and its afterglow

1.
Institute of Applied Physics and Computational Mathematics,Beijing 100094,China

摘要: 研究了微秒脉冲聚焦微波束气体放电等离子体的动理学过程。数值模型基于自洽求解的微波电场亥姆霍兹方程、粒子连续性方程以及电子能量、气体分子振动能量和平动能量的平衡方程，并与等离子体动理学反应互相耦合。对比了国外报道的近期两项相关实验：次MW级X波段9.4 GHz微波氮气击穿和MW级W波段110 GHz微波大气击穿。在次MW级实验中，计算所得电子激发态N2(C3u)的数密度与实验所测发射光谱第二正带隙的强度一致；在MW级实验中，模拟结果重复了发射光谱测量所得振动温度和平动温度对放电气压的依赖关系。结果揭示了上述模拟和实验符合的内在物理机制。
- 高功率微波 /
- 气体放电 /
- 等离子体 /
- 能量平衡 /
- 发射光谱
Abstract: Gas discharge plasmas generated by s-pulse focused microwaves are investigated. The model is based on a self-consistent solution to Helmholtz equation for microwave field, particle continuity equations, and the energy balance equations, coupled with plasma kinetics. Two recent experiments are studied: a. sub-megawatt (MW) X-band 9.4 GHz microwave breakdown in nitrogen; b. MW-class W-band 110 GHz microwave breakdown in 100-10 000 Pa air. In experiment a, the tracked density of electronic states N2(C3u) agreed with the measured intensity from second positive system (SPS) of optical emission spectroscopy (OES). In experiment b, the simulation results reproduced the dependence of nitrogen vibrational and translational temperature on air pressure measured by OES. The underlying mechanisms for the above coincidences are unveiled.
- high power microwave /
- gas discharge /
- plasma /
- energy balance /
- optical emission spectroscopy

[1]	闫二艳, 杨浩, 郑强林, 鲍向阳, 胡海鹰, 何琥, 刘忠. 瞬变等离子体微波诊断初步研究 . 强激光与粒子束, 2019, 31(10): 103207-. doi: 10.11884/HPLPB201931.190175
[2]	杨浩, 闫二艳, 郑强林, 刘忠, 胡海鹰. 一种准光反射聚焦微波放电大气等离子体装置 . 强激光与粒子束, 2019, 31(05): 053002-. doi: 10.11884/HPLPB201931.180350
[3]	张鹏, 洪延姬, 沈双晏, 丁小雨. 等离子体中活性粒子分析及化学动力学机理 . 强激光与粒子束, 2015, 27(03): 032037-. doi: 10.11884/HPLPB201527.032037
[4]	唐建, 邓春凤, 伍春雷, 卢彪, 胡永宏. 脉冲金属氢化物真空弧放电等离子体发射光谱特性 . 强激光与粒子束, 2015, 27(11): 114004-. doi: 10.11884/HPLPB201527.114004
[5]	龙建飞, 张天平, 孙明明, 吴先明. 离子推力器放电室能量平衡研究 . 强激光与粒子束, 2015, 27(07): 074002-. doi: 10.11884/HPLPB201527.074002
[6]	唐恩凌, 张庆明, 王猛, 相升海, 夏瑾, 杨明海, 李乐新, 张薇. 超高速碰撞产生等离子体云的粒子能量时空分布 . 强激光与粒子束, 2013, 25(11): 3025-3028. doi: 10.3788/HPLPB20132511.3025
[7]	但加坤, 段书超, 章征伟. Z箍缩等离子体磁重联现象 . 强激光与粒子束, 2012, 24(03): 511-514.
[8]	董攀, 龙继东, 杨振, 王韬, 何小中, 张开志. Penning型负氢离子源诊断 . 强激光与粒子束, 2011, 23(09): 0- .
[9]	姚红兵, 孟春梅, 张永康, 佟艳群, 管海兵. 多脉冲高能量强激光诱导产生Al等离子体发射光谱分析 . 强激光与粒子束, 2011, 23(08): 0- .
[10]	刘忠伟, 陈强, 王正铎, 杨丽珍, 李斌, 王传月. 大气压射流等离子体中O及OH自由基的发射光谱在线诊断 . 强激光与粒子束, 2010, 22(10): 0- .
[11]	吴利峰, 马志斌, 翁国锋, 湛玉龙. 高气压微波氢等离子体发射光谱诊断 . 强激光与粒子束, 2010, 22(09): 0- .
[12]	金大志, 戴晶怡, 杨中海. 等离子体离子源发射面的理论计算与数值模拟 . 强激光与粒子束, 2008, 20(04): 0- .
[13]	李悦宝, 刘盛纲. 薄环形等离子体介质切伦柯夫脉塞 . 强激光与粒子束, 2008, 20(07): 0- .
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[19]	余道杰, 牛忠霞, 杨建宏, 莫有权, 周东方, 胡涛. 等离子体有源透镜天线的特性分析 . 强激光与粒子束, 2004, 16(07): 0- .
[20]	唐平瀛, 刘铁, 丁伯南, 戴晶怡. 高频离子源等离子体的光谱诊断 . 强激光与粒子束, 2003, 15(03): 0- .

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微波气体放电等离子体与余辉中的动理学研究

doi: 10.11884/HPLPB201830.170447

1. 北京应用物理与计算数学研究所, 北京 1 00094

收稿日期: 2017-11-08
修回日期: 2018-03-07
刊出日期: 2018-05-15

关键词:

高功率微波 /

摘要: 研究了微秒脉冲聚焦微波束气体放电等离子体的动理学过程。数值模型基于自洽求解的微波电场亥姆霍兹方程、粒子连续性方程以及电子能量、气体分子振动能量和平动能量的平衡方程，并与等离子体动理学反应互相耦合。对比了国外报道的近期两项相关实验：次MW级X波段9.4 GHz微波氮气击穿和MW级W波段110 GHz微波大气击穿。在次MW级实验中，计算所得电子激发态N2(C3u)的数密度与实验所测发射光谱第二正带隙的强度一致；在MW级实验中，模拟结果重复了发射光谱测量所得振动温度和平动温度对放电气压的依赖关系。结果揭示了上述模拟和实验符合的内在物理机制。

English Abstract

杨薇, 周前红, 董志伟. 微波气体放电等离子体与余辉中的动理学研究[J]. 强激光与粒子束, 2018, 30: 053007. doi: 10.11884/HPLPB201830.170447

引用本文:

杨薇, 周前红, 董志伟. 微波气体放电等离子体与余辉中的动理学研究[J]. 强激光与粒子束, 2018, 30: 053007. doi: 10.11884/HPLPB201830.170447

Yang Wei, Zhou Qianhong, Dong Zhiwei. Kinetic study on microwave discharge plasma and its afterglow[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2018, 30: 053007. doi: 10.11884/HPLPB201830.170447

Citation:

Yang Wei, Zhou Qianhong, Dong Zhiwei. Kinetic study on microwave discharge plasma and its afterglow[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2018, 30: 053007. doi: 10.11884/HPLPB201830.170447

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