大氣壓下多脈沖均勻介質(zhì)阻擋放電的研究

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1、第(’卷第&期%$$(年&月物理學(xué)報(bào)L:2)(’，K:)&，M0N;5，%$$("$$$.&%@$E%$$(E(（’$&）E"%@(.$#=FD=>GHIJF=IJKJF="%$$(F514)>539)I:;)"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""大氣壓下多脈沖均勻介質(zhì)阻擋放電的研究!!王艷輝王德真（大連理工大學(xué)三束材料改性國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，物理系，大連""#$%&）（%$$’年(月%$日收到；%$$’年#月"&日收到修改稿）基于一維流體力學(xué)模型，數(shù)值計(jì)算

2、研究了大氣壓下氦氣中多脈沖均勻介質(zhì)阻擋放電的形成原因和性質(zhì)，分析討論了所加電壓頻率、幅值及介質(zhì)板性質(zhì)等對(duì)多脈沖均勻放電的影響)模擬結(jié)果顯示，當(dāng)放電間隙較小時(shí)，由于介質(zhì)表面積累電荷增加，感應(yīng)電場(chǎng)增強(qiáng)，在外加電壓的每半個(gè)周期內(nèi)，可以形成多個(gè)放電脈沖，這些脈沖相應(yīng)于等時(shí)間間隔的分立擊穿)放電間隙越窄，半個(gè)周期內(nèi)形成的脈沖數(shù)目越多)所加電壓頻率和幅值的變化不僅影響脈沖的幅度，同時(shí)也使放電脈沖的數(shù)目發(fā)生變化，而介質(zhì)層厚度及介電常數(shù)的變化對(duì)放電脈沖數(shù)目沒(méi)有明顯的影響)關(guān)鍵詞：大氣壓均勻放電，介質(zhì)阻擋放電，數(shù)值模擬，等離子體!"##：(%(#，**($，

3、(%+$,陽(yáng)極附近離子的產(chǎn)生與陰極二次電子發(fā)射之間的時(shí)"<引言間延遲造成的)由此可見(jiàn)，均勻的多脈沖放電還有待于進(jìn)一步的研究和討論)本文采用一維流體模由于均勻大氣壓等離子體在材料表面處理、薄型，對(duì)氦氣中均勻的多脈沖介質(zhì)阻擋放電進(jìn)行了模膜沉積、醫(yī)療器具消毒、臭氧生成、新型光源等領(lǐng)域擬研究，分析討論了形成多個(gè)電流脈沖的原因和條具有廣闊的應(yīng)用前景，它一直是等離子體領(lǐng)域的一件，詳細(xì)分析了放電參數(shù)的選擇對(duì)多脈沖放電的個(gè)研究熱點(diǎn))在大氣壓下，均勻的介質(zhì)阻擋放電通影響)常是單峰放電，即在外加電壓的每半個(gè)周期內(nèi)只有一個(gè)電流脈沖，而且放電的空間結(jié)構(gòu)與低氣壓輝光

4、%<理論模型放電相似，具有明顯的陰極位降區(qū)、法拉第暗區(qū)和等離子體正柱區(qū)，因此被稱為大氣壓輝光放電所研究的放電產(chǎn)生于兩個(gè)平行板電極之間，具（=>?,）［"—’］)這種放電已經(jīng)在一些氣體中獲得，尤體的放電結(jié)構(gòu)參見(jiàn)文獻(xiàn)［"$］)兩個(gè)極板均被介質(zhì)層其是氦和氮?dú)庵械拇髿鈮狠x光放電已被廣泛研覆蓋，極板所加電壓為正弦電壓)數(shù)值模擬采用一［"—#］維流體力學(xué)模型，帶電粒子及亞穩(wěn)態(tài)原子的輸運(yùn)由究)然而，最近報(bào)道一種不同形式的放電———［*—@］連續(xù)性方程和動(dòng)量方程描述：多脈沖均勻大氣壓介質(zhì)阻擋放電)實(shí)驗(yàn)和模擬結(jié)果均顯示，在合適的條件下，在外加電壓的每半個(gè)!!

5、"A!$"B&，（"）"!#!%周期內(nèi)，可以形成多個(gè)電流脈沖，這些脈沖均出現(xiàn)在!!"外加電壓的上升階段，脈沖的幅度隨電壓的升高逐$"B’"!"C("，（%）!%漸減小，直到接近外加電壓的最大值時(shí)放電結(jié)束)式中!，$，’和(分別為第"種粒子的密度、粒子""""然而，這種多脈沖放電的機(jī)理目前尚未完全清楚，在流密度、漂移速度和擴(kuò)散系數(shù)，&為第"種粒子的凈"文獻(xiàn)［*］中，多脈沖的形成被認(rèn)為是由于放電在徑向產(chǎn)生項(xiàng))不均勻所致，相繼出現(xiàn)的電流峰是在徑向不同位置電場(chǎng)由電流平衡方程確定：發(fā)生的擊穿；文獻(xiàn)［+］把多個(gè)電流脈沖解釋為陰極位!（%）!)（%，#）

6、A"（%，#）B"（#），（&）降的振蕩；而文獻(xiàn)［@］認(rèn)為多電流脈沖放電，是由于;D!#!國(guó)家自然科學(xué)基金（批準(zhǔn)號(hào)："$%*($"$）資助的課題)!-./012：304561.789:56);:/+’F7物理學(xué)報(bào).&卷式中!為傳導(dǎo)電流密度，由下面公式給出：式中&和&為介質(zhì)層的厚度及放電間隙的寬度(!)5!（!"，#）"（$%（#"，#）$%（%"，#）），（&）介質(zhì)表面積累的電荷密度由下式給出：#式中%（"，#），%（"，#）為離子和電子流密度，由方程#%"（"，#）"!（!"，#8）,#8(（9）（’）給出(!（"）為相對(duì)介電常數(shù)，其大小

7、取決于位置!*"，在介質(zhì)中，!（"）"!)，在氣體中，!（"）"!*"+(采用:!;-<=%<>%<和?@AA%B提出的有限差分方［++］電場(chǎng)滿足下列條件：法對(duì)上述非線性方程組進(jìn)行聯(lián)立求解(模型中所&包含的帶電粒子為電子%、原子離子C%4和分子離$’（"，#）,""(（-#），（.）子C%4(由于亞穩(wěn)態(tài)原子C（%’3:）和C（%’+:）具有!’*十分相似的特性，統(tǒng)一考慮成一種有效的種類C%"式中&為兩個(gè)電極之間的距離，(-"(*/01’!)#為極(板上所加的正弦電壓，!為放電電流密度，在兩個(gè)計(jì)算中所考慮的主要激發(fā)、電離過(guò)程列于表+(粒子2的

8、遷移率和擴(kuò)散系數(shù)來(lái)自于［+’—+&］(忽略光電離電極之間對(duì)方程（3）積分，可以得到其表達(dá)式為$+對(duì)放電的影響，二次電子發(fā)射系數(shù)為常數(shù)，對(duì)兩種離’&)&5!（2#）"(4)子均取*