基于放电模式和放电特性的空间分布和时间演化研究介质阻挡柱状放电的机理

In addition to Townsend discharge and glow discharge, columnar discharge is another important discharge form among dielectric barrier discharges. Its discharge mode (breakdown mechanism), discharge dynamics is very complex, the discharge mechanism has not yet mastered.In this project, the columnar discharge investigation would be divided into three aspects such as discharge modes, discharge characteristics and formation mechanism, and two aspects such as spatial distribution and temporal evolution would be followed. Through ICCD image, discharge emission spectra, surface charge measurement and two-dimensional simulation, the research in detail on atmospheric helium dielectric barrier columnar discharge, would solve several important questions, including that the discharge mode of non column or column is Townsend, glow, or streamer breakdown, that non column is no discharge, weak discharge, or both, that the electron trap in dielectric barrier effects on the electron adsorption and de trapping, that surface charge accumulation and diffusion, that what is the two electron sources and how Penning ionization work. The aim of this project is to master the discharge mode and discharge characteristics of atmospheric pressure dielectric barrier columnar discharges, and their the spatial distribution and time evolution, to reveal the second electronic sources of columnar discharges, the mechanism of surface charge, Penning ionization, and the radial electric field on the discharge column condensation or diffusion, to propose a columnar discharge theory, to contribute to the atmospheric dielectric barrier discharge theory, to provide a theoretical basis for industrial application of low temperature plasma.

柱状放电是除汤森放电和辉光放电外介质阻挡放电的另一种重要放电形式，其放电模式（击穿机制）、放电动力学特性等极其复杂，形成机理尚未掌握。本项目把柱状放电研究分解为放电模式、放电特性和形成机理三个方面，从空间分布和时间演化两个角度开展系统研究。通过ICCD图像、放电发射光谱、表面电荷测量和二维仿真等，深入研究大气压氦气介质阻挡柱状放电，解决放电柱区、非放电柱区的放电模式是汤森、辉光、还是流注；非放电柱区是无放电、微弱放电还是两者兼有；介质陷阱的电子吸附和电子脱陷，表面电荷积累和扩散，二次电子来源以及彭宁电离作用等重要问题。掌握大气压介质阻挡柱状放电的放电模式和放电特性，提出其空间分布和时间演化规律，揭示柱状放电的二次电子来源，提出介质表面电荷、彭宁电离、径向电场等因素对放电柱缩聚、扩散的影响规律和作用机理，建立柱状放电理论，完善大气压介质阻挡气体放电理论，为低温等离子体工业应用提供理论基础。

介质阻挡放电（Dielectric Barrier Discharge, DBD）作为一种大气压低温等离子的发射源，可以在较大空间内获得能量和活性粒子数密度适中的低温等离子体，有着广泛的应用前景。柱状放电是除汤森放电和辉光放电外介质阻挡放电的另一种重要放电形式，其放电模式（击穿机制）、放电动力学特性等极其复杂，形成机理尚未掌握。本项目把柱状放电研究分解为放电模式、放电特性和形成机理三个方面，从空间分布和时间演化两个角度开展系统研究。通过ICCD图像、放电发射光谱、表面电荷测量和二维仿真等，深入研究大气压氦气介质阻挡柱状放电，解决放电柱区、非放电柱区的放电模式是汤森、辉光、还是流注；非放电柱区是无放电、微弱放电还是两者兼有等重要问题。基于实验和数值仿真对大气压氦气条件下的介质阻挡放电展开多角度的研究和分析，发现了均匀放电和柱状放电的关系和转换规律，分析了间隙距离、电压频率、外加电场对形成柱状放电的影响；提出了诊断微放电通道是流注击穿的丝状放电的方法；利用Lissajous图形研究放电过程中放电转移电荷量对极间等效电容的影响与影响机制，并据此提出了放电间隙与阻挡介质的等效电路模型；基于库仑力和洛伦兹力受力分析、非均匀间隙实验探讨了柱状放电随外加电压变化规律和演化机制。以上工作有助于完善介质阻挡放电理论，对指导等离子体的应用具有重要意义。