大气压空气均匀介质阻挡放电的演化及α系数测量

为实现较大间隙下的大气压空气介质阻挡均匀放电,通过ICCD高速相机研究了大气压空气均匀放电随时间的演化过程,并利用光学方法测量了大气压空气的电子碰撞电离系数(α系数)。ICCD高速时间分辨图像表明,大气压空气中的均匀放电是由汤森放电起始,随着放电的发展逐渐增强,当电流达到峰值时刻,放电也最强,但仍然为汤森放电。利用汤森放电阶段拍摄的纳秒级曝光时间的序列发光图像,对α系数进行了测量,测量了E/p0为29~32 V/(m·Pa)范围的大气压空气中的α系数。测量结果表明,α/p0与E/p0在一定范围内有函数关系,不同研究者在相同约化电场下测量得到的α/p0数值是接近的,至于细微的差别,一是来源于各自测量方法的不同,二是由于空气的附着系数在低E/p0值下十分分散,这也导致α系数的有效值也比较分散。该结果补充了低E/p0下α系数实验数据的空白。     

大气压空气介质阻挡汤森放电

为了实验研究大气压空气介质阻挡均匀放电的可能性,使用1.5mm以上厚度的Al2O3陶瓷片作为阻挡介质及1～2kHz的高压激励,在大气压3mm空气平板间隙中获得均匀放电。通过ICCD高速摄影得到的放电图像以及电流波形的分析表明这种放电是汤森放电。3mm空气间隙的稳态击穿电压仅约为5.7kV,远低于静态击穿电压11.2kV;还发现了类似氮气DBD汤森放电的"反常熄灭"现象,这两个现象表明陶瓷表面可能存在浅位阱及二次电子发射机制,这对空气汤森放电的起始和维持阶段都至关重要。另外,实验发现陶瓷厚度对空气DBD有重要影响,使用厚度<1.5mm的陶瓷片往往无法避免丝状放电。使用2片厚度各1mm的石英玻璃替代陶瓷片在670Pa～0.1MPa都无法获得均匀放电。上述3mm空气汤森放电的原因归结于陶瓷表面独特的"浅位阱"特性以及阻挡介质限流作用的共同效果。     

大气压氖气介质阻挡放电研究

为了加深对大气压氖气介质阻挡放电特性的认识,使用电特性测量、高速摄影的手段研究了平板结构大气压氖气介质阻挡放电的击穿电压、放电模式及其演化过程等。实验结果表明,在2～8mm大气压氖气中可很容易地实现均匀放电,并且其放电模式为辉光放电。相比同样条件下的氦气放电,氖气放电的电流密度略小、电流脉冲的半高宽较大。同时测量并比较...     

创新基地与学科竞赛融合下的本科教育教学改革——以河北大学为例

学生的创新能力和创新意识对个人发展乃至社会科技的进步具有重要影响。文章以河北大学智能创新工程综合训练中心为例,介绍了高校创新创业基地在教学改革及协同构建完整的创新创业培养体系中的作用,包括利用多学科跨专业实践训练和创新研究平台培养学生的能力,将传统教学与科研实验、创新创业竞赛融合,建设复合型人才培养机制,形成“代际相传”的精英带头教育体系,促进教育教学与创新创业的有机结合。     

Measurement of the first Townsend's ionization coefficient for atmospheric pressure neon by a dielectric barrier discharge

Fast photography and optical emission spectroscopy are implemented in a 5 mm neon gap dielectric barrier discharge (DBD) at atmospheric pressure with quartz glass used as the dielectric layer. Results show that it starts with a Townsend discharge and ends at a sub-normal glow discharge in neon DBD. Based on the Townsend discharge, the first ionization coefficient of neon is measured. The measurements are consistent with those at low pressure. Optical emission spectroscopy indicates that the spectra are mainly composed of atomic lines of neon, molecular bands and molecular ion bands originating from inevitable gas impurities (mainly nitrogen). Moreover, spectral lines emitted from atomic neon corresponding to the transitions (2p⁵ 3p → 2p⁵ 3s) are predominant. Although the second positive system of N₂(C³Π_u → B³Π_g) is observed, their intensities are too weak compared with neon's spectrum. The molecular nitrogen ion line of 391.4 nm is observed. It reveals that Penning ionization between high energy neon excited states and the inevitable gas impurities plays an important role in the value of the α coefficient.     

大气压氖气介质阻挡多脉冲放电现象研究

为了探讨大气压氖气介质阻挡放电的多脉冲现象的本质,实验测量了多脉冲放电的电压电流波形,建立了多脉冲放电的电路模型,并利用ICCD高速相机研究了多脉冲辉光放电模式的演化过程。研究结果表明,多脉冲中的各次脉冲气隙电压的变化和单脉冲中气隙电压的变化趋势相同,即在气隙击穿前,气隙电压逐渐上升,在气隙击穿后突然下降。由于介质阻挡产生的异号电荷和外加电场的共同作用,使得多脉冲中每个电流脉冲对应的气隙击穿电压峰值出现逐渐下降的趋势。ICCD高速时间分辨图像表明,多脉冲的每个脉冲放电的底面演化过程与单脉冲时的辉光放电是十分相似的,都呈现出径向发展的过程,但相邻放电脉冲其放电的径向发展过程呈现互补现象,即若一个从内到外另一个就从外到内。这说明放电总是以活性粒子存活数量较多的地方作为放电的起始位置。同时,实验结果说明不能通过电流脉冲个数的多少判断放电是否均匀,多脉冲放电也可能是均匀放电。     

氖气介质阻挡放电中斑图放电与均匀放电模式的转化

为了找到控制非均匀放电向均匀放电转化的条件,采用楔形气隙研究了氖气介质阻挡放电(DBD)中均匀放电和斑图放电模式之间的转化条件。实验发现,随着气隙距离的增大,放电由斑图放电逐渐向均匀放电过渡。对其放电特性的研究结果表明,在相同的气压和气隙距离下,外加电压的增加将导致均匀放电向斑图放电转变;在相同的外加电压和气隙距离下,气压的升高将导致斑图放电向均匀放电转化。经过分析发现这种转化现象的本质与电场强度E与气压p的比值E/p有关,即在一定的气隙距离下,E/p的增加将导致均匀放电向斑图放电转变。实验结果对空气大气压均匀辉光放电的产生具有一定的参考价值。     

大气压介质阻挡放电中电子碰撞电离系数α的测定

电子碰撞电离系数α是气体放电研究中的一个重要物理参数,但现有的α系数数值都是在低气压Townsend放电实验中得到的,它们不适用于大气压下气体放电。为了尝试解决这个问题,提出了一种大气压下α系数的光学测量方法,它借助介质阻挡电极结构,在某些大气压气体中产生瞬态或稳态Townsend放电,利用带像增强器高速数码相机的纳秒曝光功能,记录气隙中瞬态发光强度空间分布,并与Townsend放电对应的理论发光强度分布进行比较,根据两者的最佳拟合效果推导出α系数。该方法被用于测定大气压氮气α系数,结果表明其基本可行,但仍需继续加以完善。     

大气压不同惰性气体介质阻挡放电特性的比较

为了加深对大气压惰性气体介质阻挡放电的认识,使用电特性测量、高速摄影,发射光谱等手段研究了平板结构大气压惰性气体介质阻挡放电的放电模式、演化过程以及放电机理,并对不同气体的放电特性进行了比较。实验结果表明在2～8mm大气压氦气、氖气中可很容易的实现稳定的均匀放电,并且其放电模式为辉光放电。对2mm气隙的高频大气压氩气介质阻挡放电研究的结果表明,氩气中不易实现覆盖整个电极的均匀放电,而随外加电压的增加,更容易出现自组织的斑图;当气隙距离>3mm时氩气放电为细丝状的流注放电,并且其放电通道中的电流密度可达7.5A/cm2。ICCD高速相机拍摄的时间分辨放电图像显示,大气压氦气、氖气以及氩气的均匀放电为汤森放电向辉光放电的演化过程。光谱诊断结果表明,惰性气体的高能亚稳态粒子与杂质分子的彭宁电离对放电的均匀性起着非常关键的作用。氦气放电等离子体中观察到了氮离子的第一负带系N2+(B2Σu+→X2Σg+);而在氖气和氩气中没有发现这个带系,观察到的是氮分子的第二正带系(C3Πu→B3Πg)的发射谱线,这说明氖原子和氩原子的亚稳态能级太低不足以激发氮离子的第一负带系。