脉冲调制占空比对常压射频辉光放电段特性影响的数值模拟

李 慎，郭 颖，宫云舒，张 菁，石建军

(东华大学 理学院，上海201620)

常压辉光放电(APGD)是一种热力学非平衡放电，由于其可以在常压下实现辉光放电，在工业应用中具有广阔的前景[1-3]。 与其他常压等离子体放电相比，常压射频等离子体放电以其较低的击穿和维持电压、较高的等离子体密度[4]，一直是高效、稳定等离子体源的研究热点之一[5]。 但其功耗和温度较高，限制了常压射频等离子体在温敏材料领域的应用。近年来许多研究小组对脉冲调制射频辉光等离子体放电进行了试验研究[6-7]。当调制脉冲频率达到数百千赫兹时，常压射频辉光放电的功耗较低且其放电稳定性得到了改善，放电特性随着调制脉冲频率的改变而不同。 文献[8-9]通过数值模拟对常压辉光放电的放电特性及活性粒子演化特性[10]进行了相关的研究，但脉冲调制常压射频辉光放电的物理机制还有待进一步探索。本文通过建立常压氦气脉冲调制射频辉光放电的一维自洽流体数值模型，研究调制脉中占空比对射频放电段特性的影响，对常压脉冲调制射频辉光放电起辉过程，以及其电子密度、电场强度分布和鞘层的演化形成过程进行了研究。研究结果可为常压脉冲调制射频辉光放电的稳定性控制提供理论基础。

1 数值模型

(1)

(2)

式中：下标i、j分别表示为第i、j种粒子; 下标e、mt、neut分别表示为电子、动量、中性氦原子;n和N分别为粒子和氦原子的密度;E和ε分别为电场强度和平均电子能量;m和T分……