【摘 要】
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近年来,大气压低温等离子体射流被成功应用于诸多领域,如生物医学、材料表面处理、纳米材料和化学分析,而成为高电压新技术的热点之一.随着等离子体射流的应用开发与深化,对它的物理机制研究显得越来越迫切.大气压低温等离子体射流通常由频率为kHz的交流或直流脉冲电源驱动,先在介质管内产生等离子体,然后喷射到周围空气环境中.ICCD相机拍摄它的动态过程发现,肉眼看上去连续的等离子体羽,实际上是快速运动的等离子
【机 构】
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南京航空航天大学,自动化学院,南京211106;华中科技大学,强电磁工程与新技术国家重点实验室,武汉430074
【出 处】
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中国电机工程学会高电压专业委员会2015年学术年会
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近年来,大气压低温等离子体射流被成功应用于诸多领域,如生物医学、材料表面处理、纳米材料和化学分析,而成为高电压新技术的热点之一.随着等离子体射流的应用开发与深化,对它的物理机制研究显得越来越迫切.大气压低温等离子体射流通常由频率为kHz的交流或直流脉冲电源驱动,先在介质管内产生等离子体,然后喷射到周围空气环境中.ICCD相机拍摄它的动态过程发现,肉眼看上去连续的等离子体羽,实际上是快速运动的等离子体“子弹”,其速度达到104～105 m/s.然而,有关等离子体射流的产生机理还缺乏认识.本工作设计纳秒脉冲电源驱动的双等离子体射流正对推进实验.通过改变外加电压参数与电极结构,证实了高密度背景电荷能够诱导产生等离子体子弹.实验发现,在外加电压幅值相同情况下,无论电极结构对称与否,在两个等离子体射流中间都会出现暗区.暗区的长度随外加电压幅值的升高而逐渐减小,最终稳定在介质管内径的两倍左右.该结果与国际上的模拟结果相差较大.当外加电压幅值不同时,在两个等离子体射流中间出现第三段等离子体,而不是暗区.ICCD相机拍摄结果表明,肉眼可见的第三段等离子体,实际上是外加电压为零后产生的第三次放电.基于He 447 nm谱线的Stark分裂与偏移原理,测量了上下游等离子体射流中电场强度,上游(低电压)电场强度为16.2 kV/cm,低于下游(高电压)电场强度17.2 kV/cm.结合电场与动态过程结果,分析认为高密度背景电荷是造成无外加电压条件下产生第三次放电的根本原因.
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