热核聚变等离子中氩注入过程辐射特性的时间演化

通过假定一定的等离子体温度、密度分布,数值求解了一维等离子体的连续性方程,获得了杂质氩电离态分布,其辐射功率随空间位置和时间而变化.结果显示:在杂质注入时间较短时,由于离子输运及各种损失机制,总杂质密度在空间分布尚未达到平衡,电离态离子主要分布在等离子体周边,完全电离离子所占份额很小;当时间达到0.25 s时,氩在等离子体中完全达到平衡状态,体积辐射功率趋于一个稳定的数值;辐射功率在空间的分布随时问变化较小,主要分布在等离子体周边及边界层一个狭小的辐射带内,说明氩引起的辐射主要由低电离态离子引起.     

金等离子体中连续可逆的电离-复合过程及离子电荷分布

提出用离化复合动力学理论方法来研究金等离子体内电荷态的分布. 根据由全相对论量子力学理论计算得到的Au⁴⁸⁺-Au⁵²⁺离子的平均离子寿命、能级结构和能级简并度, 进而得到离子的一阶电离速率常数和各离子的配分函数, 由此计算离子间的电离-复合平衡常数. 基于这些数据, 求解离子间连续可逆电离-复合反应的微分方程组, 导出在一定电子温度和电子密度下电荷态的分布和平均离化度, 研究某一时刻金等离子体内电荷态分布随体系电子温度和电子密度的变化. 计算所得平均电离度及离子相对分布与美国Livermore实验室的结果符合较好.     

中性束注入等离子体产生的快离子空间分布数值模拟

本文数值模拟研究了中性束注入等离子体产生的快离子空间分布,讨论了快离子空间分布随中性束在等离子体中平均自由程变化情况.采用HL_2A装置参数模拟了线束和扩散束两种情况下快离子的空间分布,结果表明束粒子在等离子体中的平均自由程对束的沉积剖面影响较大,当平均自由程与小半径相当时快离子密度分布在在磁轴处有一个较大的峰值.     

真空中铝锡合金激光等离子体的时间演化研究

利用时间分辨发射光谱法测量了真空环境中激光Al-Sn合金等离子体时间演化光谱,结合基于流体动力学方程和辐射输运方程的多元素激光等离子体辐射流体动力学模型及程序,模拟了Al-Sn合金等离子体在真空中的膨胀演化,实现了不同电荷态Al、Sn离子在等离子体演化过程中离子密度和等离子体温度的空间分布诊断.结果表明,理论模拟的谱线强度及其时间演化规律与实验结果符合较好,理论重构的不同时间延迟下离子密度和等离子体温度的空间分布图像可以直观地呈现多元素等离子体中不同电荷态离子在等离子体中的演化过程,预期可为多元素情形下的激光等离子体辐射特性及其应用提供帮助.     

远程氩等离子体表面灭菌研究

研究了射频放电远程氩等离子体对材料表面金黄色葡萄球菌的灭活效果及动力学,并结合等离子体场中活性粒子的分布状态,分析了灭菌机理.结果表明:远程氩等离子体的灭菌效果强烈依赖于等离子体处理条件,且随处理时间的延长,不同放电距离处的灭菌速率均分为3段逐渐减慢,并在放电功率100W、放电时间240s、氩气流量20cm3/min、真空度22Pa的条件下,在距放电中心0～30cm范围内可实现对金黄色葡萄球菌的有效灭活(灭菌率≥99.9%);在高放电功率下且氩气电离充分时,带电粒子(电子、离子)对菌体表面强烈的刻蚀作用是氩等离子体灭活金黄色葡萄球菌的主要原因,自由基对细菌的杀灭力小于带电粒子,而低放电功率下的灭菌则是由氩等离子体场中紫外光的作用所致.     

InxGa1-xN/ZnSnN2应变核壳球形量子点中杂质态的结合能及光致电离截面

在有效质量近似下,研究了应变核壳球形量子点中杂质态结合能及光致电离截面随核半径、壳半径以及不同杂质位置的变化关系,并与不考虑应变时的结果作了比较。数值计算结果表明：杂质位置d=R₁时杂质态结合能随核半径增大呈先减小后增大的趋势,随壳半径增大单调递减;杂质位置d=（R₁+R₂）/2、R₂时,杂质态结合能随核半径增大单调递增,但随壳半径增大而单调递减;光致电离截面的峰值强度在不同杂质位置下均随着核半径增加而增大,并伴随着峰值位置出现红移或蓝移现象。此外,应变效应对结合能及光致电离截面的影响显著,并且其影响也明显依赖于杂质位置。     

氩离子等离子体源离子注入的数值模拟

应用PIC-MCC方法模拟了氩离子等离子体源离子注入过程,考虑了离子与中性粒子的电荷交换碰撞和弹性散射,模拟了不同电压、不同气压及不同等离子体密度下氩离子到达靶表面的能量分布和入射角分布,讨论了碰撞对能量分布和入射角分布的影响.     

低气压直流氩气辉光放电的数值模拟研究

建立了一维氩气直流辉光放电自洽流体模型,采用对流与扩散方程来描述带电粒子在间隙中迁移、扩散以及电子的能量变化过程,并考虑了空间电荷对电场的影响以及离子撞击阴极产生的二次电子发射作用.采用有限元法对放电模型进行数值求解,得到了放电电流随时间的演化波形,以及放电稳定后带电粒子的浓度与总通量密度的空间分布,同时也求得了电子能量与电场的空间分布.计算结果表明:加压25μs后,放电逐渐趋于稳定状态;当放电稳定后,在阴极位降区附近,离子密度比电子密度高几个数量级,在正柱区附近两者浓度几乎相等;电子能量在阴极位降区内达到峰值29 eV,而在负辉区及正柱区几乎保持不变;放电电流密度在阴极位降区主要由流向阴极的氩离子及其产生的二次电子所贡献,而在负辉区和正柱区,电子成了放电电流密度的主要贡献者.     

Ar-MIP在石英管内传热与流动特征研究

本文利用有限元方法建立了大气压下微波氩等离子体(Ar-MIP)三维模型,数值仿真了氩等离子体在不同时刻的温度、压强、速度等参数的空间分布情况,分析了这些参数的相互影响,探究微波等离子体流动瞬态特征.研究结果表明:等离子体气体温度随着时间增加而增加,其高温分布呈现空间不均匀,导致气压的局部变化,影响了流体的流速和流向,形成热流绕热现象,这是导致炬管内高温区域流体速度减缓的主要原因.     

椭球形反转核/壳量子点中杂质态的结合能及光致电离截面

利用变分理论和有效质量近似,研究了核为势垒、壳为势阱的椭球形反转核/壳量子点中杂质态结合能及光致电离截面随体系尺寸、椭球率以及杂质位置的变化关系。数值计算结果表明：量子点尺寸和形状对结合能及光致电离截面有着重要的影响,且结合能随量子点尺寸和杂质位置变化呈非单调变化,当壳厚度较小时椭球率的影响明显,且随着椭球率的增大结合能增加;光致电离截面的峰值强度在不同杂质位置、不同椭球率下均随着核尺寸增加而增大,并伴随着峰值位置出现红移或蓝移现象。     

低杂波电流驱动托卡马克运行参数空间研究

利用CSD模型分析了粒子流和热流相空间中低杂波电流驱动托卡马克装置的运行参数空间,详细研究了边缘杂质辐射、边缘抽送气和芯部自举电流对托卡马克运行参数空间的影响.结果表明,边缘区域高杂质辐射、中性气体送气和芯部等离子体自举电流都有利于改善托卡马克运行参数空间.     

螺旋型天线螺旋波等离子体特性研究

为提高等离子体密度和工质气体电离率,本文采用螺旋天线产生的螺旋波激励Ar等离子体,并利用射频补偿Langmuir探针分析了等离子体的离子密度和电子温度特征.试验结果表明,气压增加的同时,随着功率的升高,螺旋波等离子体出现放电模式转换,提前进入螺旋波放电模式.在1.0 Pa压强下,当射频功率达到400 W时,等离子体进入螺旋波放电模式,此时扩展区域的等离子体密度超过1×10¹⁸ m^-3.电子密度在放电管中心区域最高,并沿径向逐渐降低.本文的研究结果将为大体积H₂螺旋波等离子体提供依据和经验.     

点燃式发动机火花塞离子电流的数学模型

针对火花塞离子电流的应用问题,基于点燃式发动机在燃烧过程中特定时城内燃气呈等离子体状态的认识,分析研究了发动机燃烧室内燃气离子化的过程；综合运用化学动力学、热力学和等离子体物理学的有关理论和定律,推导出点燃式发动机火花塞离子电流的数学模型．模拟结果表明：离子电流信号强度与火花塞中心电极截面以及火花塞间隙间外加偏置电压成正比,与火花塞间隙成反比；离子电流还受燃气等离子体中带电粒子迁移率和带电粒子浓度的影响,且直接正比于这两个参量；离子电流在特定时城内的变化呈现双峰值状态,这是由于在燃气离子化进程中,带电粒子浓度将呈现两个高峰期．     

氩微波等离子体炬作为气相色谱离子化检测器的研究

用氩气为工作气体的微波等离子体炬（ArMPT）作为气相色谱的离子化检测器, 在优 化实验参数的基础上, 考察和对比了氧气或氮气分别作为ArMPT的屏蔽气体时, 该检测器的 响应特性及相应的离子化机理. 研究结果表明, 氧气作为ArMPT的屏蔽气体显示出更优的性 能特性; 重点测定了氧气作为ArMPT屏蔽气体时, 该检测器对不同种类有机化合物的检出 限. 测定结果表明, 该检测器对多数有机化合物的检出限为10^-9~10^{-10< /sup> g. 该检测器具有运转费用低, 可以在常压、 低功率及低工作气体流量下安全稳定 工作、 操作简单方便等特点. 对有机化合物的最大样品承受能力的对比结果表明, 该检测 器对有机化合物的最大样品承受能力明显优于surfatron和TM₀₁₀等同类检测 器, 因而更有利于复杂样品中痕量组分的分析与测定.}     

两种螺旋波天线对非均匀等离子体波场结构的影响

基于气体工质电离后被射频加热的稳态过程,在石英管中等离子体沿径向不均匀分布条件下,研究分析了1Loop型和Boswell型等2种螺旋波天线激发出的射频波功率对波场结构的影响情况。运用Helic程序求解管内电磁场相关的4个径向微分方程,得到波电场和波磁场的分布情况。通过分析两型天线对螺旋波等离子体波场结构的影响,对比2种天线的性能。结果发现:L型天线激发的波场属于强静电弱磁波场,B型天线激发波场则属于强静电强磁波场;B型天线相比L型天线能够在天线覆盖范围内产生强波电场,该天线下更多功率耦合进了等离子体中。L天线激发波电场受密度梯度影响显著,L天线对靠近壁面处等离子体影响范围大于B天线,B型天线激发波场能量更强。     

空气中产生太赫兹波过程有关离化机制的理论模拟

在利用光电流模型模拟空气中太赫兹辐射的过程中,飞秒激光首先将大气离化,离化后的电子在外场下加速,产生一定量的太赫兹波。当飞秒激光的能量达到一定强度时,离化过程变得复杂,可发生多阶离化,并在产生离子数中扮演重要角色,尤其是二阶离化作用突出。文章重点讨论二阶离化对产生离子数的贡献。     

绝缘阻挡放电等离子体弦向温度分布研究

绝缘阻挡等离子体的形成过程伴随着热量的交换过程,高压高频电源作用在电极上反复电离空气,相互作用区的弦向温度分布也是一个重要的实验参数。本文利用非致冷红外热像仪对影响等离子体区域的弦向温度分布的因素、等离子体形成的加热过程和消失的散热过程进行了研究,首次在实验上得到了绝缘阻挡放电等离子体弦向温度的高斯分布。实验结果对提高等离子体诱导出的空气流速,进而实现高速流动控制具有重要的指导意义。     

实际气体的玻尔兹曼因子方程

将玻尔兹曼分布律应用于实际气体紧靠容器壁处,厚度为气体分子有效作用距离s的边界区域保守力场中,用边界区域界面自由能作为状态参量之一,推导出实际气体的玻尔兹曼因子方程。进而应用该方程导出了理想气体物态方程、非理想气体物态方程、气体体系边界区域热力学函数和焦耳-汤姆逊效应的新解析。用与著名的范德瓦尓斯方程、维里方程对比分析的方式进一步论证了:玻尔兹曼因子方程不仅形式简单、物理意义明确,而且比范氏方程、维里方程更能如实地描写实际气体在各种压强条件下的自然状态、更具合理性与普遍性。     

固体火箭尾焰等离子体特性影响因素数值

为研究固体火箭尾焰等离子体分布特性,采用CFD方法对不同工况下某型号固体火箭发动机尾焰进行了仿真,获得了尾焰流场温度及压强分布,并采用等离子体浓度模型计算了尾焰等离子体浓度分布。在此基础上,对尾焰等离子体频率进行了求解和分析,得到了其在尾焰轴线方向上的变化规律。分析结果表明,火箭尾焰等离子体特性对推进剂中Al含量的依赖性很高,随着推进剂中Al含量增加,尾焰温度升高,燃气电离度增加直至成为等离子体,尾焰等离子体区域范围增大;随着飞行高度的增加,尾焰等离子体区域位置后移。     

直流电晕放电特性分析

电晕放电产生的空间电荷在电场中的运动形成电晕电流。电晕电流产生的线路损耗会增加输电成本,对线路通道的电磁环境造成干扰。建立自洽的等离子体模型和简化的电晕放电模型,放电通过施加到内部电极的高压直流电源在同轴配置的两个电极内持续进行。从微观角度分析大气压下干空气中的正负电晕放电的物理过程,重点研究负极带电粒子的产生和输送,以及如何转化为放电的电流-电压特性。结果表明：电晕放电主要在电离区和传输区进行,正负电晕放电特征各不相同,两种模型下获得的电势和空间电荷密度计算结果具有很好的一致性。在负电晕放电中,电子是能量传递的主要载体,电荷分离不会使外加电势的分布发生形变。