应用电磁辐射法测量大气压非平衡等离子体关键参数的研究

大气压等离子体关键参数（电子密度、离子密度、电子速率分布函数）的测量长久以来一直是制约着大气压等离子体应用和基本物理过程研究的重要瓶颈。因为在大气压下产生的低温等离子体是一种典型的非平衡等离子体，通常难以满足局部热力学平衡所要求的苛刻条件。而现有的测量方法和理论模型基本上都是基于局部热力学平衡的假设前提基础上，这就产生了难以调和的矛盾。本项目将探索一种新型的大气压等离子体诊断方法- - 电磁辐射法，利用激发等离子体自身不稳定性产生的电磁辐射振荡信号，通过建立物理模型，测量等离子体中电子、离子密度空间分布及其时间演化规律，以及电子速率分布函数,并进一步扩展到大气压等离子体中其它种类带电粒子以及活性自由基的测量。通过该项目的研究，能够实现一种大气压下普遍适用的等离子体诊断的全新方法，实时测量大气压等离子体关键物理参数，揭示大气压等离子体发展过程中的一些基本规律，为大气压等离子体数值模拟提供重要参考

在大气压及更高气压条件下的等离子体关键参数的诊断，对研究等离子体的物理、化学特性，以其时空演化规律具有特别重要的意义。但是，由于大气压等离子体极短的寿命（十几纳秒）、极小的空间尺度（微放电的放电通道直径在毫米量级）、非常高的能量密度（几十到几百千瓦每立方厘米），以及通常情况下难以满足热力学平衡或局部热力学平衡条件等复杂的因素，为大气压等离子体的诊断带来了极大的困难。传统的诊断方法，主要包括朗缪尔探针法、光谱法、汤姆逊激光散射法以及微波干涉法等，都面临着在大气压下不可用或复杂化的情况。这严重的制约了大气压等离子体物理机制的深入研究，成为急需攻克的难点。. 早在1993年，日本的物理学家Shirakawa和Sugai就发明了等离子体振荡探针。他们将一束由热放电丝产生的弱电子束注入到等离子中引发等离子振荡，通过探测振荡频率计算了电子密度。这成为等离子体振荡探针的最早雏形。此后，他们在这一实验的基础上发明、改进了一系列振荡探针。2009年，我们在实验过程中发现等离子体会自发的辐射复杂的电磁波。通过分析辐射信号，我们发现信号中包含有与等离子体内部特性息息相关的重要信息。在此发现的基础上，我们开展了一系列的研究工做，按计划完成了项目研究。所取得的成果简述如下：. 1、研究了大气压等离子体中的离子速度分布。研究成果发表在Physics of Plasmas, 美国物理学会杂志，SCI，2013年影响因子2.257。. 2、研究了大气压等离子体中的电流克隆现象，计算了离子碰撞频率。研究成果发表在Plasma Source Science & Technology，英国物理学会，SCI，2013年影响因子 3.056。. 3、研究了大气压等离子体中的离子密度分布，并给出了理论模型。研究成果发表在Physics of Plasmas, 美国物理学会杂志，SCI，2013年影响因子2.257。. 4、利用介质阻挡探针法测量了大气压等离子体射流中的电子密度。研究成果发表在《核聚变与等离子》，EI。. 5、利用等离子体探针法测量了大气压直流电弧中的电子密度参数，对等离子体涂层参数的优化起到重要作用。研究成果发表在Journal of Nuclear Materials, ELSEVIER, SCI, 1.760.

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