氩等离子体中亚稳态原子表面退激概率研究

发布时间：2017-04-09 06:16

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【摘要】：氩气被广泛用作工业生产和科学研究中产生等离子体的原料气体。氩亚稳态原子在含氩等离子体中发挥着重要作用,是电子、离子和更高激发态粒子的重要来源,除此之外,氩亚稳态原子还可以分解含氧、含氟、含氯等分子产生活性粒子。因此,研究亚稳态原子的密度及其时空演化和亚稳态原子参与的主要过程,是研究含氩等离子体的一个重要方面。氩亚稳态原子在电极或器壁表面的退激过程是其粒子数平衡中一个重要的损失过程,在低气压等离子体中这个过程尤其显著。但氩亚稳态原子在一些常用等离子体边界材料表面的退激概率还没有测量结果报道,如铝、不锈钢、硅、石英等。为了测量氩亚稳态原子的表面退激概率,需要在表面退激过程处于主导地位的等离子体条件下准确测量氩亚稳态原子密度。激光吸收方法和自吸收方法都可以测量氩亚稳态原子密度。自吸收方法装置更简单,适合在工业生产中使用。在自吸收方法的模型中,需要知道氩亚稳态原子和上能级辐射的空间分布才能得到氩亚稳态原子密度。但在大多数等离子体中,这两种分布都是非均匀的并无法测量。为此,过去工作中一般都假设为均匀分布,但并没有分析非均匀分布对结果造成的误差。为了解决以上问题,本论文首先通过模型分析研究了用自吸收方法测量氩亚稳态密度时等离子体空间不均匀性对结果的影响,并通过对比相同实验条件下激光吸收和自吸收方法测量结果的异同验证了模型分析的结论。然后用时间分辨的激光吸收方法在低气压脉冲等离子体的余辉末期,测量了氩亚稳态原子在等离子体常用边界材料上的表面退激概率,并进行了比较和讨论。其主要创新体现在:1.确定了在自吸收方法测量氩亚稳态原子密度时,等离子体空间不均匀性影响测量结果的条件和可能导致的误差范围。并在相同实验条件下对比分析了激光吸收方法和自吸收方法所得结果的异同。2.提出了一种在等离子体环境下测量氩亚稳态原子表面退激概率的方法,并利用此方法首次测得了氩亚稳态原子在铝、不锈钢、硅、石英等材料表面的退激概率。
【关键词】：氩等离子体 亚稳态原子 表面退激概率 自吸收方法
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O53
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 引言8-15
• 1.1 研究氩等离子体中亚稳态原子的意义8-10
• 1.2 氩亚稳态原子表面退激概率研究10-12
• 1.3 氩亚稳态原子密度测量12-13
• 1.4 本论文的主要研究内容13-15
• 第2章 激光吸收方法和自吸收方法测量氩亚稳态原子密度15-40
• 2.1 激光吸收方法原理15-16
• 2.2 自吸收方法模型16-26
• 2.2.1 上能级辐射和亚稳态原子空间分布相同19-20
• 2.2.2 上能级辐射和亚稳态原子空间分布不同20-26
• 2.3 自吸收方法模型计算结果26-31
• 2.3.1 发射光谱强度26-29
• 2.3.2 光谱强度比和相对偏差29-30
• 2.3.3 空间分布连续变化时的光谱强度比30-31
• 2.4 实验装置和条件31-33
• 2.5 实验测量结果33-39
• 2.5.1 激光吸收方法测得的亚稳态原子密度33-35
• 2.5.2 自吸收方法测得的光谱强度比35-36
• 2.5.3 自吸收方法测得的密度与激光吸收方法的比较36-39
• 2.6 本章小结39-40
• 第3章 氩亚稳态原子表面退激概率研究40-55
• 3.1 表面退激概率的测量方法40-43
• 3.2 实验装置和条件43-45
• 3.3 实验测量结果45-50
• 3.3.1 电子密度的时间演化45
• 3.3.2 亚稳态密度的时间演化和扩散损失速率45-47
• 3.3.3 气体温度47
• 3.3.4 表面退激概率47-50
• 3.4 表面退激概率的讨论50-52
• 3.5 不确定度52-54
• 3.6 本章小结54-55
• 第4章 结论55-58
• 4.1 主要研究结果55-56
• 4.2 局限性和进一步工作56-57
• 4.3 主要创新点57-58
• 参考文献58-64
• 致谢64-66
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果66

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1 崔金松;韩朝虹;;亚稳态粒子寿命的观测[J];辽宁师范大学学报(自然科学版);1985年03期

2 张毓英,李桂棠,孙，

本文编号：294644