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等离子体研究方面的有关实验

  1. 实验负责人:施芸城
  2. 小组成员:姚红英、李雪春、刘升光

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1、科学素养

物理学家帕邢在1889年首次对气体击穿特性进行了系统研究,在实验基础上建立了击穿电压与气压、电极间隙的实验规律。随后,Langmuir 提出了一种简单测量等离子体区电子温度和电子密度的方法,称为Langmuir单探针和双探针诊断方法。利用气体击穿后产生的辉光可以制作氦氖激光器。辉光放电在污水处理、灭菌消毒、聚合物材料表面改性等方面应用广泛。

2、分层次实验教学内容

a)基础内容

掌握气瓶、循环水、真空泵、放电电路的使用方法和运行原理。测量氩气放电条件与击穿电压的关系,绘制氩气击穿的帕邢曲线。

b)提升内容

测量不同气压条件下氩气辉光放电的伏安特性曲线,从中区分正常辉光和反常辉光放电模式,掌握辉光放电模式的空间分布特点。另外,验证离子鞘层特性和等离子体参数之间的关系,并得出不同气压条件下,鞘层内离子满足的Child定律形式。

c)进阶内容

利用Langmiur单探针诊断辉光放电正柱区的等离子体特征参数随放电条件的变化规律,测量电子密度和电子温度,体会物理现象与测量过程之间的内在联系。

d)高阶内容

学习双探针诊断辉光放电正柱区的等离子体参数的实验方法和数据分析方法,充分认识实验数据测量的复杂性,数据分析的重要性。

3、能力培养

掌握真空放电设备的正确操作流程,利用探针诊断放电过程中的等离子体参数,分析影响测量精度的主要因素,掌握实验数据的分析处理方法。

4、知识点

气压测量、电压测量、电流测量、帕邢曲线、伏安特性曲线、Child定律验证、探针诊断、电子密度测量、电子温度测量、不确定度分析。

5、学科关联

等离子体物理、电气工程、机械、计算机、数学。

6、延伸实验

用针状电极研究氩气的放电特性、用磁探针或者微波共振探针诊断电子温度和电子密度

讨论区

各位老师好! 等离子体研究相关实验的范围有点大,我把我们学校刘升光老师之前参照模板写的一份《辉光放电等离子体实验》放上来,请大家讨论、砍正!李雪春
李老师,赞啊!另外,点击编辑框上面工具栏倒数第三个按钮,可以直接“签名”! — 乐永康 2019/12/09 18:18
为了认识等离子体的基本特性,“真空直流辉光放电实验”是最好的入门对象。在真空直流放电管(腔)中可以观察到等离子体鞘、等离子体的磁场影响、等离子体刻蚀、等离子体溅射等现象。可以测量(用‘诊断’一词更合适)等离子体放电伏安特性曲线(认识暗放电、辉光放电、反常辉光放电和弧光放电等)、帕邢规律、电离系数等。用朗谬单探针可以测量(诊断)电子温度、电子数随速度的分布函数、离子密度等。用微波共振(hairpin)可以测量(诊断)和认识等离子体振荡。其他产生等离子体的方式通常有高频HF放电、射频RF放电、微波放电和激光诱导击穿等,可以是介质阻挡放电(DBD)或非阻挡的,可以在真空中或常压中。从学生将来专业学习中可能会遇见的等离子体技术角度看,常压DBD、真空RF等离子体、以及大气压下或真空微波放电等应用的可能性较大,这些等离子体物理与技术学习是否引入近代物理实验的学习,个人认为要看各个学校的情况。如果各校本身有等离子体学科或上近代实验课的老师本身研究等离子体的,那是方便的;如果没有,个人认为直流辉光放电实验是比较合适的。在这里我们可以先对直流辉光放电实验做标准。这搞好后,有必要或需求再做其他放电形式的等离子体实验。个人观点,供大家讨论。:) — 施芸城 2019/12/09 19:42