空心阴极放电自脉冲和发光条纹的研究

Hollow cathode discharge has a wide variety of potential applications,including light sources, light detectors, spectroscopic analysis,surface treatment due to the characteristics of high plasma density,high current density and low sustain-voltage, etc. Therefore, it is very important to investigate on how to obtain steady and large area plasma produced by hollow cathode discharge.This project will study two types of unstabilities of hollow cathode discharge-slefpulsing and striations from both simulation by the Fluid-Monte Carlo hybrid model and experimention. The process of discharge and the transition between hollow catode mode and no-hollow cathode mode will be investigated. The characteristics of self-pulsing will be experimented at different conditions. Meanwhile, a sutiable physical mode will be build to simulate the self-pulsing, and the mechanism of the self-pulsing will be obtained. We will also study the influence of discharge modes on the characteristics and the meachnism of striations. The conditions which the striations and self-pulsing exist will be given. This project will give the transition mechanism between different discharge modes and the discharge mechanism of self-pulsing and striations.It will also explore a new method which can obtain the pulsing plasma easily. This project will be important for increasing the stabilities and improving the potential applications of hollow cathode discharge.

空心阴极放电由于具有高密度等离子体、高电流密度和低维持电压等特点，在光源、光探测器、材料处理、光谱分析等领域具有很好的应用前景。因此利用空心阴极放电产生稳定、可控的大面积辉光等离子体是近年来等离子体研究领域中的一个重要课题。本项目拟采用流体-蒙特卡罗数值模拟与实验相结合的方法研究空心阴极放电中的两种不稳定性：自脉冲和发光条纹。主要研究空心阴极放电的基本物理过程，分析其放电过程中空心阴极模式和非空心阴极模式间的转换机制；实验测量不同条件下的自脉冲特性，建立适合自脉冲放电的物理模型，利用数值模拟方法再现自脉冲现象，研究自脉冲形成的微观机理；研究空心阴极放电模式对发光条纹特性的影响；确定两种不稳定性存在的条件。本课题的完成将揭示空心阴极放电模式的转换机制、自脉冲和条纹现象的形成机理，探索一种新型的脉冲等离子体产生技术，为提高空心阴极放电的稳定性，促进空心阴极放电等离子体的应用提供理论和实验基础。

空心阴极放电由于具有高密度等离子体、高电流密度和低维持电压等特点，在光源、光探测器、材料处理、光谱分析等领域具有很好的应用前景。因此利用空心阴极放电产生稳定、可控的大面积辉光等离子体是近年来等离子体研究领域中的一个重要课题。本课题利用流体模型和流体-蒙特卡罗模型模拟研究了空心阴极放电和微空心阴极放电的时空分布特性、等离子势肼形成以及亚稳态离子对放电的影响等。课题组同时实验研究了空心阴极放电中的自脉冲现象。测量得到了不同实验条件下的伏安特性、放电图像、电压和电流的时间特性以及自脉冲频率等。结果表明，在一定的气压和电流范围内可以产生稳定的、可重复的自脉冲现象。气压、气体成分、放电电流对于自脉冲频率有重要影响；而外加电容对自脉冲频率没有影响。预放电和空心阴极效应放电之间的模式转换可能是形成自脉冲的主要原因。课题组利用柱形空心阴极放电装置在低气压下研究了放电中的发光条纹现象。测量得到了不同放电电流情况下的极间电压、条纹图像以及条纹间距等。结果表明随放电电流的增长发光条纹特性呈三个不同阶段的变化。放电电流和气压对条纹特性均有重要影响。