射频放电方法产生亚稳态氪原子束流技术研究

基于激光冷却与囚禁原理的原子阱痕量检测方法,可以对氪的长寿命低丰度放射性同位素进行高灵敏度检测,在地球物理与环境科学领域具有广泛应用。亚稳态氪原子束流主要采用射频气体放电方法产生,是原子阱痕量检测方法的关键技术之一。搭建了亚稳态氪原子束流系统,测量了不同放电参数下的亚稳态氪原子束流强度,研究了射频频率、射频功率和放电腔气压对于亚稳态氪原子束流强度的影响规律。研究结果表明,该束流系统中最佳射频频率为233MHz,射频饱和功率为36W,最优气压为7×10~(-3)Pa,对应亚稳态氪原子束流强度为1.58×10~(14)s~(-1)sr~(-1)。     

亚稳态氪原子束流诊断系统结构设计与优化

亚稳态氪原子具有较高的内能,在金属表面碰撞时会激发产生电子,利用电子透镜对退激发电子进行成像与检测,即可实现亚稳态氪原子束流强度以及空间分布的表征。基于该原理设计了一种亚稳态氪原子束流成像系统,采用有限元分析方法研究了电极间距、厚度与电势对退激发电子束流运动的影响规律。结果表明:成像弥散随着电子透镜聚焦能力的提升而减小。其亚稳态氪原子束流各物点成像误差在2mm以内,成像大小为 16.5mm,平均误差为3.71%,最大误差为9.38%。     

一种用于氪原子的环形永磁体塞曼减速器

基于激光冷却与囚禁原理的原子阱痕量分析技术,可以对氪的放射性同位素进行高灵敏度检测,在地球物理与环境科学领域具有广泛应用。塞曼减速器可用于产生连续低速的原子束流,是原子阱痕量分析系统中的关键部件之一。采用永磁体设计的塞曼减速器组装和调试方便,磁场强度稳定,且不需要恒流电源和冷却装置,因此获得了越来越多的关注和研究。文中基于环形永磁体设计了一种用于氪原子的塞曼减速器,通过有限元分析得到了减速器磁场的空间分布,根据设计参数制造了环形永磁体塞曼减速器,测量了轴线上的磁场分布。减速器长度51.2 cm,有效减速区域长度46.9 cm,实测磁场与理论减速磁场最大偏差小于3.6 G,平均偏差1.3 G。进一步模拟了原子束流在设计磁场和实测磁场下的减速过程,并分析了磁场的径向变化对于原子束流减速的影响规律,结果表明:当原子束流直径小于20 mm时,该塞曼减速器可将初速度最大为250 m/s的氪原子减速至50 m/s。     

基于质谱法的大气压介质阻挡放电等离子体中O3和N2O组分的测量

为提高介质阻挡放电(DBD)在大气压条件下低温等离子体的产率以及设备的稳定性和可靠性，降低处理成本，提高航天发射废水的降解率，利用四极杆质谱仪设计了一套基于质谱法的大气压DBD等离子体中O₃和N₂O组分测量系统，通过测量等离子体组分和未放电时的大气组分来证实该方法的可行性。结果表明，在101.325 kPa大气压条件下，使用6管同轴介质阻挡放电，在控制电压为200 V时，O₃和N₂O的组分浓度达到最高；在控制电压为200 V,空气流量为7.8 L/min时，O₃的组分浓度达到最高；在空气流量为3.8 L/min时，N₂O的组分浓度达到最高。综上所述，控制电压和空气流量对等离子体组分浓度有较大影响，解决了传统质谱法难以应用于大气压条件下DBD等离子体活性产物测量和强电场对质谱仪干扰的问题。本研究结果在DBD反应器的优化、关键参数的调控和实现大气压DBD在降解航天推进剂废水的工程实际应用方面具有参考价值。