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微空心阴极维持辉光放电的时空特性

何寿杰 张钊 赵雪娜 李庆

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微空心阴极维持辉光放电的时空特性

何寿杰, 张钊, 赵雪娜, 李庆

Spatio-temporal characteristics of microhollow cathode sustained discharge

He Shou-Jie, Zhang Zhao, Zhao Xue-Na, Li Qing
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  • 利用流体模型在氩气环境下模拟得到了微空心阴极维持辉光放电的电势、电子密度、离子密度和电场等放电参数的时空分布特性.模拟结果表明,微空心阴极维持辉光放电在不同的时刻表现出不同的放电模式.放电的初始阶段为汤生放电模式;第二阶段为汤生放电模式向空心阴极效应放电模式过渡阶段,微空心阴极维持辉光放电得到初步发展;第三阶段为空心阴极效应放电模式,微空心阴极维持辉光放电区逐渐形成;第四阶段为放电的稳态阶段.在稳态放电状态下,空心阴极腔内的电子和离子密度峰值达到1015 cm-3,位于空心阴极腔的中心位置,维持辉光放电区电子密度可以达到1013 cm-3.研究结果同时表明,微空心阴极放电促进了微空心阴极维持辉光放电的形成;同时微空心阴极维持辉光放电也促进了微空心阴极放电的发展.另外,实验研究表明,第二阳极对微空心阴极腔内外的电势、电场和带电粒子密度的分布均有重要影响,并且对维持辉光放电区域的影响更加明显.第二阳极是形成维持辉光放电的必要条件.
    Micro hollow cathode sustained discharge (MCSD) is simulated by using a fluid model, and the spatiotemoral characteristics of the electric potential, electron density, ion density and electric field are investigated. Results show that the MCSD acts in different modes at different times. The first stage is the Townsend discharge mode. The second is a transition mode from Townsend discharge mode to a hollow cathode effect mode, and the electron density, ion density and electric field near the cathode rise drastically, in which the MCSD is ignited initially. The third stage is the hollow cathode effect mode, and the MCSD forms generally. The last stage is stable discharge state. At the stable discharge stage, the electron density and the ion density each achieve 1015 cm-3 with a peak density located in the center of hollow cathode chamber. The value of electron density in the MCSD region is on the order of 1013 cm -3. The results also show that the micro-hollow cathode discharge (MHCD) contributes to the formation of MCSD, and the MCSD also facilitates the development of MHCD. In addition, the voltage on the second anode has important influence on the distributions of electric potential, electron density and electric field both inside the hollow cathode and outside the hollow cathode. Moreover, the influence on the MCSD is more apparent than the influence on the MHCD. With the increase of voltage on the second anode, the cathode sheath close to the first anode becomes more and more apparent. The second anode is necessary for the formation of micro-hollow cathode sustained discharge.
      通信作者: 何寿杰, heshouj@hbu.edu.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:11205046)、河北省自然科学基金(批准号:A2016201025)和河北省高等学校科学技术研究项目(批准号:YQ2013017)资助的课题.
      Corresponding author: He Shou-Jie, heshouj@hbu.edu.cn
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 11205046), the Natural Science Foundation of Hebei Province, China (Grant No. A2016201025), and the Science and Technology Research Projects of Colleges and Universities in Hebei Province, China (Grant No. YQ2013017).
    [1]

    Schoenbach K H, Moselhy M, Shi W, Bentley R 1996Appl.Phys.Lett. 68 13

    [2]

    Xia G Q, Xue W H, Chen M L, Zhu Y, Zhu G Q 2011Acta Phys.Sin. 60 015201(in Chinese)[夏广庆, 薛伟华, 陈茂林, 朱雨, 朱国强2011物理学报60 015201]

    [3]

    Zhan L Z, Meng X L, Zhang S, Gao S X, Zhao G M 2013Acta Phys.Sin. 62 075201(in Chinese)[张连珠, 孟秀兰, 张素, 高书侠, 赵国明2013物理学报62 075201]

    [4]

    Becker K H, Schoenbach K H, Eden J G 2006J.Phys.D 39 R55

    [5]

    Schoenbach K H, Becker K 2016Eur.Phys.J.D 70 1

    [6]

    Ouyang J T, Zhang Y, Qin Y 2016High Voltage Engineering 42 673(in Chinese)[欧阳吉庭, 张宇, 秦宇2016高电压技术42 673]

    [7]

    Xia G Q, Mao G W, Chen M L, Sun A B 2010High Pow.Las.Part.Beam. 22 1145(in Chinese)[夏广庆, 毛根旺, 陈茂林, 孙安邦2010强激光与粒子束22 1145]

    [8]

    Stark R H, Schoenbach K H 1999J.Appl.Phys. 85 2075

    [9]

    Xia G Q, Nader S 2011Spectrosc.Spect.Anal. 31 21(in Chinese)[夏广庆, Nader S 2011光谱学与光谱分析31 21]

    [10]

    Wang Y D, Ouyang J T 2009Transactions of Beijing Institute of Technology 29 1014(in Chinese)[王跃东, 欧阳吉庭2009北京理工大学学报29 1014]

    [11]

    Mohamed A A H, Block R, Schoenbach K H 2001IEEE Trans.Plasma.Sci. 30 182

    [12]

    Park H I, Lee T I, Park K W, Baik H K, Lee S J, Song K M 2003Appl.Phys.Lett. 82 3191

    [13]

    Callegari T, Aubert X, Rousseau A, Boeuf J P, Pitchford L C 2010Eur.Phys.J.D 60 581

    [14]

    Shin J, Rahman M T 2011Appl.Phys.Express 4 096001

    [15]

    Sharmin, Sultana, Jichul, Shin 2014Chin.Phys.Lett. 31 095203

    [16]

    Yao X L, Wang X B, Zou L N, Lu H 2003Laser Journal 24 21(in Chinese)[姚细林, 王新兵, 周俐娜, 卢宏2003激光杂志24 21]

    [17]

    Makasheva K, Muoz Serrano E, Hagelaar G, Pitchford L C 2007Plasma Phys.Controlled Fusion 49 B233

    [18]

    Fu Y Y, Luo H Y, Zou X B, Wang Q, Wang X X 2014Acta Phys.Sin. 63 095206(in Chinese)[付洋洋, 罗海云, 邹晓兵, 王强, 王新新2014物理学报63 095206]

    [19]

    Fu Y Y, Luo H Y, Zou X B, Wang X X 2014Chin.Phys.Lett.31 075201

    [20]

    He S, Jing H, Liu S, Ouyang J T 2013Phys.Plasmas 20 123504

    [21]

    Bogaerts A, Gijbels R 1995J.Appl.Phys. 78 6427

    [22]

    Hagelaar G J, de Hoog F J, Kroesen G M 2000Phys.Rev.E 62 1452

    [23]

    Ouyang J, He F, Miao J, Wang J 2007J.Appl.Phys. 101 043303

    [24]

    Rubin B, Williams J D 2008J.Appl.Phys. 104 053302

    [25]

    Choi P, Chuaqui H, Favre M, Colas V 1995IEEE Trans.Plasma Sci. 23 221

  • [1]

    Schoenbach K H, Moselhy M, Shi W, Bentley R 1996Appl.Phys.Lett. 68 13

    [2]

    Xia G Q, Xue W H, Chen M L, Zhu Y, Zhu G Q 2011Acta Phys.Sin. 60 015201(in Chinese)[夏广庆, 薛伟华, 陈茂林, 朱雨, 朱国强2011物理学报60 015201]

    [3]

    Zhan L Z, Meng X L, Zhang S, Gao S X, Zhao G M 2013Acta Phys.Sin. 62 075201(in Chinese)[张连珠, 孟秀兰, 张素, 高书侠, 赵国明2013物理学报62 075201]

    [4]

    Becker K H, Schoenbach K H, Eden J G 2006J.Phys.D 39 R55

    [5]

    Schoenbach K H, Becker K 2016Eur.Phys.J.D 70 1

    [6]

    Ouyang J T, Zhang Y, Qin Y 2016High Voltage Engineering 42 673(in Chinese)[欧阳吉庭, 张宇, 秦宇2016高电压技术42 673]

    [7]

    Xia G Q, Mao G W, Chen M L, Sun A B 2010High Pow.Las.Part.Beam. 22 1145(in Chinese)[夏广庆, 毛根旺, 陈茂林, 孙安邦2010强激光与粒子束22 1145]

    [8]

    Stark R H, Schoenbach K H 1999J.Appl.Phys. 85 2075

    [9]

    Xia G Q, Nader S 2011Spectrosc.Spect.Anal. 31 21(in Chinese)[夏广庆, Nader S 2011光谱学与光谱分析31 21]

    [10]

    Wang Y D, Ouyang J T 2009Transactions of Beijing Institute of Technology 29 1014(in Chinese)[王跃东, 欧阳吉庭2009北京理工大学学报29 1014]

    [11]

    Mohamed A A H, Block R, Schoenbach K H 2001IEEE Trans.Plasma.Sci. 30 182

    [12]

    Park H I, Lee T I, Park K W, Baik H K, Lee S J, Song K M 2003Appl.Phys.Lett. 82 3191

    [13]

    Callegari T, Aubert X, Rousseau A, Boeuf J P, Pitchford L C 2010Eur.Phys.J.D 60 581

    [14]

    Shin J, Rahman M T 2011Appl.Phys.Express 4 096001

    [15]

    Sharmin, Sultana, Jichul, Shin 2014Chin.Phys.Lett. 31 095203

    [16]

    Yao X L, Wang X B, Zou L N, Lu H 2003Laser Journal 24 21(in Chinese)[姚细林, 王新兵, 周俐娜, 卢宏2003激光杂志24 21]

    [17]

    Makasheva K, Muoz Serrano E, Hagelaar G, Pitchford L C 2007Plasma Phys.Controlled Fusion 49 B233

    [18]

    Fu Y Y, Luo H Y, Zou X B, Wang Q, Wang X X 2014Acta Phys.Sin. 63 095206(in Chinese)[付洋洋, 罗海云, 邹晓兵, 王强, 王新新2014物理学报63 095206]

    [19]

    Fu Y Y, Luo H Y, Zou X B, Wang X X 2014Chin.Phys.Lett.31 075201

    [20]

    He S, Jing H, Liu S, Ouyang J T 2013Phys.Plasmas 20 123504

    [21]

    Bogaerts A, Gijbels R 1995J.Appl.Phys. 78 6427

    [22]

    Hagelaar G J, de Hoog F J, Kroesen G M 2000Phys.Rev.E 62 1452

    [23]

    Ouyang J, He F, Miao J, Wang J 2007J.Appl.Phys. 101 043303

    [24]

    Rubin B, Williams J D 2008J.Appl.Phys. 104 053302

    [25]

    Choi P, Chuaqui H, Favre M, Colas V 1995IEEE Trans.Plasma Sci. 23 221

  • [1] 张东荷雨, 刘金宝, 付洋洋. 激光维持等离子体多物理场耦合模型与仿真. 物理学报, 2024, 73(2): 025201. doi: 10.7498/aps.73.20231056
    [2] 王倩, 范元媛, 赵江山, 刘斌, 亓岩, 颜博霞, 王延伟, 周密, 韩哲, 崔惠绒. 准分子激光器预电离过程影响分析. 物理学报, 2023, 72(19): 194201. doi: 10.7498/aps.72.20230731
    [3] 赵立芬, 哈静, 王非凡, 李庆, 何寿杰. 氧气空心阴极放电模拟. 物理学报, 2022, 71(2): 025201. doi: 10.7498/aps.71.20211150
    [4] 冯博文, 王若愚, 马雨彭雪, 钟晓霞. 常压针-板放电等离子体密度演化. 物理学报, 2021, 70(9): 095201. doi: 10.7498/aps.70.20201790
    [5] 何寿杰, 周佳, 渠宇霄, 张宝铭, 张雅, 李庆. 氩气空心阴极放电复杂动力学过程的模拟研究. 物理学报, 2019, 68(21): 215101. doi: 10.7498/aps.68.20190734
    [6] 赵曰峰, 王超, 王伟宗, 李莉, 孙昊, 邵涛, 潘杰. 大气压甲烷针-板放电等离子体中粒子密度和反应路径的数值模拟. 物理学报, 2018, 67(8): 085202. doi: 10.7498/aps.67.20172192
    [7] 姚聪伟, 马恒驰, 常正实, 李平, 穆海宝, 张冠军. 大气压介质阻挡辉光放电脉冲的阴极位降区特性及其影响因素的数值仿真. 物理学报, 2017, 66(2): 025203. doi: 10.7498/aps.66.025203
    [8] 杨大鹏, 李苏宇, 姜远飞, 陈安民, 金明星. 飞秒激光成丝诱导Cu等离子体的温度和电子密度. 物理学报, 2017, 66(11): 115201. doi: 10.7498/aps.66.115201
    [9] 赵永蓬, 李连波, 崔怀愈, 姜杉, 刘涛, 张文红, 李伟. 毛细管放电69.8nm激光强度空间分布特性研究. 物理学报, 2016, 65(9): 095201. doi: 10.7498/aps.65.095201
    [10] 王倩, 赵江山, 罗时文, 左都罗, 周翊. ArF准分子激光系统的能量效率特性. 物理学报, 2016, 65(21): 214205. doi: 10.7498/aps.65.214205
    [11] 赵朋程, 廖成, 杨丹, 钟选明, 林文斌. 基于流体模型和非平衡态电子能量分布函数的高功率微波气体击穿研究. 物理学报, 2013, 62(5): 055101. doi: 10.7498/aps.62.055101
    [12] 何寿杰, 哈静, 刘志强, 欧阳吉庭, 何锋. 流体-亚稳态原子传输混合模型模拟空心阴极放电特性. 物理学报, 2013, 62(11): 115203. doi: 10.7498/aps.62.115203
    [13] 韩名君, 柯导明, 迟晓丽, 王敏, 王保童. 超短沟道MOSFET电势的二维半解析模型. 物理学报, 2013, 62(9): 098502. doi: 10.7498/aps.62.098502
    [14] 张增辉, 邵先军, 张冠军, 李娅西, 彭兆裕. 大气压氩气介质阻挡辉光放电的一维仿真研究. 物理学报, 2012, 61(4): 045205. doi: 10.7498/aps.61.045205
    [15] 董丽芳, 刘为远, 杨玉杰, 王帅, 嵇亚飞. 大气压等离子体炬电子密度的光谱诊断. 物理学报, 2011, 60(4): 045202. doi: 10.7498/aps.60.045202
    [16] 邵先军, 马跃, 李娅西, 张冠军. 低气压氙气介质阻挡放电的一维仿真研究. 物理学报, 2010, 59(12): 8747-8754. doi: 10.7498/aps.59.8747
    [17] 纪运景, 卞保民, 童朝霞, 陆 建. 靶材偏置低电压对激光等离子体诱导靶上电势信号的影响. 物理学报, 2008, 57(2): 980-984. doi: 10.7498/aps.57.980
    [18] 周俐娜, 王新兵. 微空心阴极放电的流体模型模拟. 物理学报, 2004, 53(10): 3440-3446. doi: 10.7498/aps.53.3440
    [19] 刘成森, 王德真. 空心圆管端点附近等离子体源离子注入过程中鞘层的时空演化. 物理学报, 2003, 52(1): 109-114. doi: 10.7498/aps.52.109
    [20] 傅喜泉, 刘承宜, 郭弘. 等离子体中X射线激光传输与电子密度诊断的理论及数值比较. 物理学报, 2002, 51(6): 1326-1331. doi: 10.7498/aps.51.1326
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-09-18
  • 修回日期:  2016-11-05
  • 刊出日期:  2017-03-05

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