發(fā)布時(shí)間：2018-06-26 10:56

  本文選題：電子碰撞速率系數(shù) + 等離子體模型　； 參考：《清華大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：稀有氣體放電被廣泛應(yīng)用于低溫等離子體的基礎(chǔ)研究和工業(yè)應(yīng)用中。在混有稀有氣體的放電中,電子碰撞過程是最主要的動(dòng)力學(xué)過程之一。特別是電子與稀有氣體原子第一激發(fā)態(tài)1s態(tài)碰撞發(fā)生的激發(fā)或轉(zhuǎn)化過程,此類過程是稀有氣體放電中活性粒子最重要的產(chǎn)生過程之一。因此,此類電子碰撞過程的速率系數(shù)是基礎(chǔ)研究中必不可少的數(shù)據(jù)。然而,對(duì)于此類電子碰撞過程,仍缺乏準(zhǔn)確的速率系數(shù)數(shù)據(jù)。為解決這一問題,本文提出了結(jié)合等離子體模型及實(shí)驗(yàn)診斷確定稀有氣體放電中1s態(tài)粒子電子碰撞過程速率系數(shù)的方法。實(shí)驗(yàn)上,采用有自己特色的實(shí)驗(yàn)手段來調(diào)節(jié)放電狀態(tài),突出待測電子碰撞過程的重要性,并利用相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)診斷技術(shù)對(duì)該條件下的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行測量,再結(jié)合模型獲得相關(guān)的電子碰撞速率系數(shù)。本文利用此方法確定了氬、氪等稀有氣體放電中電子碰撞1s態(tài)粒子的激發(fā)或轉(zhuǎn)化過程的速率系數(shù)。其創(chuàng)新之處體現(xiàn)在:一、建立了在稀有氣體放電中測量電子碰撞速率系數(shù)的實(shí)驗(yàn)方法。首先利用脈沖放電的余輝階段突出1s態(tài)電子碰撞過程的貢獻(xiàn);再者,通過設(shè)計(jì)變氣壓、變功率、混氣等放電條件突出4個(gè)1s態(tài)中某些1s態(tài)的貢獻(xiàn);最后利用實(shí)驗(yàn)診斷確定放電參數(shù)從而獲得該1s態(tài)粒子電子碰撞過程的速率系數(shù)。該實(shí)驗(yàn)方法能夠測量多種稀有氣體放電中1s態(tài)粒子的多種電子碰撞過程的速率系數(shù)。二、獲得了氬、氪原子1s態(tài)粒子重要電子碰撞激發(fā)或轉(zhuǎn)化過程的速率系數(shù)(58個(gè)),其中部分結(jié)果(35個(gè))是首次在實(shí)驗(yàn)中獲得。這些結(jié)果不但能為建立等離子體模型及發(fā)射光譜診斷的研究提供更多準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),而且也可用于檢驗(yàn)理論計(jì)算得到的電子碰撞速率系數(shù)。三、在對(duì)脈沖等離子體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究中,本文提出了兩種在氬氣脈沖放電中分別測量時(shí)間分辨電子溫度和亞穩(wěn)態(tài)密度的光譜診斷方法。新提出的光譜診斷方法能夠適用于多種低溫等離子體設(shè)備。尤其是對(duì)科學(xué)研究和工業(yè)應(yīng)用等領(lǐng)域的許多放電設(shè)備而言,當(dāng)其他診斷方法由于各種實(shí)際條件限制(如射頻干擾、電離率低、設(shè)備復(fù)雜、無穿過等離子體中心的光通路等)而不能正常使用時(shí),本文提出的方法仍能夠有效地測量電子溫度和氬原子亞穩(wěn)態(tài)密度的時(shí)間演化。
[Abstract]:Rare gas discharge is widely used in basic research and industrial application of low temperature plasma. Electron collision is one of the most important dynamic processes in the discharge mixed with rare gases. In particular, the excitation or transformation of electrons into the first excited state 1s of a rare gas atom is one of the most important processes for the generation of active particles in rare gas discharge. Therefore, the rate coefficients of such electron collision processes are essential data in basic research. However, there is still a lack of accurate rate coefficient data for such electron collision processes. In order to solve this problem, a method for determining the electron collision rate coefficients of 1 s particles in rare gas discharge is proposed, which is based on plasma model and experimental diagnosis. In the experiment, the characteristic experimental means are used to adjust the discharge state, to highlight the importance of the electron collision process to be tested, and to measure the relevant parameters under the condition by using the corresponding experimental diagnostic technology. The relevant electron collision rate coefficients are obtained by combining the model. In this paper, the rate coefficients of the excitation or transformation of 1 s particles in the discharge of argon, krypton and other rare gases have been determined by using this method. The main innovations are as follows: first, an experimental method for measuring electron collision rate coefficient in rare gas discharge is established. Firstly, the contribution of 1s electron collision process is highlighted by the afterglow stage of pulse discharge, and the contribution of some 1s states in 4 1s states is highlighted by designing the discharge conditions such as variable pressure, variable power and gas mixture. Finally, the discharge parameters are determined by the experimental diagnosis and the rate coefficients of the electron collision process of the 1s particle are obtained. The experimental method can be used to measure the rate coefficients of various electron collision processes of 1s-state particles in a variety of rare gas discharges. Secondly, the rate coefficients (58) of the excitation or transformation process of the important 1 s particles of argon and krypton atoms have been obtained, and some of the results (35) have been obtained for the first time in the experiment. These results can not only provide more accurate basic data for the study of plasma model and emission spectrum diagnosis, but also can be used to test the electron collision rate coefficients calculated theoretically. Thirdly, in the experimental study of pulsed plasma, two spectral diagnostics methods for measuring time-resolved electron temperature and metastable density in argon pulse discharge are proposed. The new spectral diagnosis method can be used in many kinds of low temperature plasma equipments. Especially for many discharge devices in fields such as scientific research and industrial applications, when other diagnostic methods are limited by various practical conditions (such as radio frequency interference, low ionization rate, complex equipment, The proposed method can still effectively measure the time evolution of electron temperature and the metastable density of argon atoms.
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O53;O461

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本文編號(hào)：2070150