介质阻挡放电六边形斑图稳定过程的光谱研究

在氩气 ／ 空气混合气体 的介质阻挡放 电中，随着 电压 的升 高 ， 放 电丝 直径增 大 ， 六边 形斑 图逐渐稳 定 ，同时
放 电颜色 由紫色逐渐变 为灰 白色 ， 说 明其 等离 子体状 态及参 数可能 发生 了变化 。测量 了六边形斑 图放 电过 程 中氮分子谱线和氩原子谱线相 对于氩原子 ７ ６ ３ ． ５ １ ｎ Ｉ ｎ的相对强度 、分子振 动温度和 电子激发温 度随外 加 电压 的变 化。结果发现 ： 氮分 子谱线 相对强度随 电压增加而降低 ， 氩原子谱线相对强度却升高 ；分子振 动温
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如
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３ ． ０ ３ ． ５ ４ ． ０ ４ ． ５ ５ ． ０ ５ ． ５ ６ ． ０ ６ ． ５ ７ ． ０ ７ ． ５ Ｕ／ ｋ Ｖ
３０ ３ ． ５ ４ ． ０ ４ ． ５ ５ ． ０ ５ ． ５ ６ ． ０ ６ ． ５ ７ ． ０ ７ ． ５
其等离子体参数 及状态有关＿ ９ ］ 。因而 ， 研 究放 电丝运 动状态
与等离子体参数 及状 态的关系 ，对于搞清介质 阻挡放 电斑 图 的形成机制 具有 重要意义 。 但 是 ，目前有 关这方 面 的研 究 尚
未见报道 。鉴于此 ， 本 工作 首次对 等离 子体激 发状 态 、分子
振动温度及 电子激发温度对放 电丝运 动状态的影响进行 了研 究 ，并对 斑图形成 的相关机制进行 了讨论 。
１ 实验部分
实验装 置如 图 ｌ所示 。 将 两个 直径为 ７ ０ ｍｍ， 玻璃边界 厚 １ ． ５ ｍｍ 的圆柱形容器充满水作 为水 电极 ，每个 容器都 有
一
阻挡放 电中 ，当 ｐ ｄ 值（ 气压 Ｐ与气 隙 间距 ｄ值 的乘 积） 较高
时 ，放电是 由大量放 电丝组成 的。通常 说来 ，放 电丝 的直径 与放 电气体有关 ， 在相 同气压下 ， 空 气放 电 中的放 电丝 直径 小 于氩气放 电丝 的直 径＿ ３ ］ 。在 多数 情况 下 ，放 电丝 随 机游
第３ ３ 卷， 第１ １ 期
２ ０ １ ３年 １ １月
光
谱
学
与
光
谱
分
析
Ｖ ｏ １ ． ３ ３ ， Ｎ ｏ ． １ １ ， ｐ ｐ ２ ９ ０ ３ — ２ ９ ０ ６
Ｎｏ ｖ ｅ ｍｂ ｅ ｒ ，２ ０ １ ３
Ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｐ ｙ ａ ｎ ｄ Ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｒ ａ １ Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ
度与 电子激发温度均随 电压增加 而增大 。 这些 现象 表明 ： 随着 电压增 大 ，电子能量增加 。由此 ，氩原子激 发 增多 ， 放 电丝直径增大 ， 介质表 面上 沉积的壁 电荷面积增大 ，放电丝之间的相互作用增强 ， 六 边形斑 图趋 于
稳定。
关键 词
介质阻挡放 电；斑 图； 分 子振动温度 ；电子激发温度
点 项 目（ ｚ Ｄ ２ Ｏ １ Ｏ １ ４ ０ ） 资 助
作者简介 ：董丽芳 ， 女 ，１ ９ ６ ３年生 ， 河北 大学物理科学 与技术学院教授
ｅ － ｍａ ｉ ｌ ：ｄ ｏ ｎ ｇ ｌ ｆ ＠ｍａ ｉ ｌ ． ｈ ｂ ｕ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ
第１ １期
光谱学与光谱分析
２ ９ ０ ５
．
Ｕ／ ｋ Ｖ
Ｆ ｉ ｇ ． ５ Ｒａ ｔ ｉ ｏ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｅ ａ ｃ ｈ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｒ ｕ ｍ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｙ ｆ ｏ Ａｒ Ｉ（ ７ ６ ３ ． ２ ６ ｎ ｍ）ａ ｓ ａ ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｏ ｔ ｈ ｅ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ
文献标识码 ： Ａ Ｄ Ｏ Ｉ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ４ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ０ — ０ ５ ９ ３ ｛ ２ ０ １ ３ ） １ １ — ２ ９ ０ ３ — ０ ４
中图分类号 ： Ｏ４ ６ １ ． ２ ； ０ ４ ３ ３ ． ４
引 言
介质阻挡放电（ Ｄ Ｂ Ｄ） 是 一种 非平 衡 态 的 交 流 气 体 放 电ｌ １ ． ｚ ］ ，是低温等离子体物 理 的一个 重要研 究 领域 。在介 质
蘸
Ｆｉ ｇ ． １ Ｓｃ ｈ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｄ ｉ ａ ｇ ｒ ａ ｍ ｏ ｆｔ ｈ ｅ ｅ ｘｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎｔ ａｌ ｓ ｅ ｔ ｕ ｐ
收 稿 日期 ：２ ０ １ ３ － ０ ４ － ０ ２ 。 修 订 日期 ： ２ ０ １ ３ — ０ ７ — ０ ５
基金项 目： 国家 自 然科学基金项 目（ １ １ １ ７ ５ ０ ５ ４ ） ， 博士点基金项 目（ ２ ０ １ ０ １ ３ ０ １ １ １ ０ ０ ０ １ ） ， 河北省科技厅重点项 目（ １ １ ９ ６ ７ １ ３ ５ Ｄ ） 和河北省教育厅重
根金属丝 与电源相 连 ， 并将它们都放人可调节 气体含量 的
密 闭室 中 。气压范 围是 １ Ｏ ～１ ０ ０ ｋ Ｐ ａ ，驱动 电压 的幅值可 通
过高压探头 （ Ｔ ｅ ｋ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｘ Ｐ ６ ０ １ ５ Ａ １ ０ ０ ０ ×） 探 测 并通 过示 波 器 （ Ｔ ｅ ｋ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｘ ＤＰ Ｏ ４ ０ １ ０ Ｂ ） 采集 记 录 下来 。 用数码相机（ Ｎｉ ｋ ｏ ｎ
介 质 阻挡 放 电六 边 形斑 图稳 定 过程 的 光谱 研 究
董 丽芳 ， 张 超 ， 张新普 ， 赵龙虎
河北 大学 物理科 学与技术 学院 ， 河北 保定 ０ ７ １ ０ ０ ２
摘
要
采用发射光谱法 ， 首次研究 了等离 子体参 数及激发状态对介质阻挡放 电六边形斑 图稳定 性 的影 响。
高压 电源
走 ，杂乱分布 。 但 在合 适 的条件下 ， 放 电丝停 止游 动并 自组
织形成规则 的斑 图结构 ｒ ５ － ８ ＿ 。由此可 见 ，放 电丝 由运 动变 为 静止 ，是介质阻挡放 电斑 图形 成的关键 因素 之一 。以往 的研 究表 明，放电丝 的运动状态取决 于其受 力情 况 ，而受力 又与