直流辉光放电等离子体参数测量-复旦大学物理教学试验中心Fudan.ppt

直流辉光放电等离子体参数测量,电光源06300310019杨深,实验内容概述,测量辉光放电伏安特性曲线验证帕邢定律（击穿电压）双探针法测量电子温度与浓度不同放电区域的光谱测量与定性分析通过发射光谱计算正柱区电子温度,实验装置,1,2,4,3,5,6,7,1抽气口，接机械泵,2阳极,3双探针,4阴极,5冷却水管,6进气口,7DH直流辉光等离子体试验台,8放电管,8,1.辉光放电现象描述,阳极辉区,正柱区,法拉第暗区,阴极辉区,d=155mm,40pa,阿斯顿暗区,阿斯顿暗区：电子能量不足以大量激发,阴极辉区：电子能量高，发光最强,法拉第暗区：电子重新获得能量,正柱区：等离子体,只有放电管足够长才能出现明显的正柱区！,2.双探针法测量电子温度与浓度,V1,V2,Vs,探针1,探针2,认为鞘层与探针面积相等，且鞘层内无碰撞，假设电子服从波尔兹曼-麦克斯韦分布，离子被鞘层加速而具有单一能量,探针,鞘层,双探针整体悬浮,流过探针的尽电流,若近似认为,则,因此，知道饱和离子流和零点处斜率即可求出电子温度,探针吸收的饱和离子流,此即为等离子体密度,等离子体,dI/dV(V=0)=0.087(uA/v),I+=1.11(uA),饱和离子流段与理论不符的原因：鞘层厚度增大,曲线没有过0的原因：两探针的面积并非完全相等,探针I-V曲线,dI/dV(V=0)=0.14(uA/v),I+=1.63(uA),dI/dV(V=0)=0.136(uA/v),I+=1.73(uA),探针I-V曲线,探针I-V曲线,3.光谱测量,（1）光谱仪定标：a用光谱仪测量标准灯的光谱b在已知标准灯光谱（厂家）的基础上，进行拟合插值，得到对应波长的强度值c通过强度比得到不同波长的响应值,（2）通过光学导轨固定光纤探头（原创）,假设激发态粒子浓度服从波耳兹曼分布,辐射功率,正柱区Ar光谱,用双线法,电子温度的计算,选择能够完全分辨的763.5nm和826.5nm谱线,探针法和光谱法得到的数据比较,出现数量级上的差异，主要原因：1.低气压放电时不能满足LTE的假设2.光谱仪分辨率和测量范围受限制,实验展望：1.在提高分辨率的基础上，选择自吸收率小的光谱，如750.4nm，811.5nm，或者高激发态能级的谱线，如404.4nm，426.6nm2.采用更精确的C-R模型，考虑碰撞过程,4未解之谜,两次试验差别在于第一次实验没有开Ar钢瓶阀门，固可能有杂质气体，但从前者的谱线看，也只有阴极区存在782.3nm，查阅资料，H无该谱线，O虽有，但激发电位过高，为47eV左右。有可能是阴极溅射，如Ba783.95nm，W在782nm783nm间有很多谱线，且二者激发电位都很低。,？,谢谢！,主要参考资料：气体放电物理徐学基复旦大学出版社LightandlightsourcesPeterFlesch低温氩等离子体中的单探针和发射发射光谱诊断技术牛田野物理学报第56卷第四期ModetransitionsinlowpressureraregascylindricalICPdischargestudiedbyopticalemissionspectroscopy,TCzerwiecJ.PhysDAppl.Phys.37,20042827Characterizationofargonplasmabyuseofopticalemissionspectroscopya