第２６卷，第５期２０Ｏ６年５月
光谱学与光谱分析
Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ
、ｂ１．２６，Ｎｏ．５，ｐｐ８０２—８０４
ａｎｄＳｐｅｃｔｒａｌＡｎａｌｙｓｉｓＭａｙ，２００６
大气压氩气／空气介质阻挡放电中分子振动温度
董丽芳，刘
峰，李树锋，冉俊霞，贺亚峰，李雪辰，庞学霞
河北大学物理科学与技术学院，河北保定０７１００２
摘要使用水电极介质阻挡放电装置，在氩气和空气混合气体放电中，利用光谱方法测量了氮分子
（Ｃ３皿）的振动温度及其随空气含量的变化关系。计算中采用的是氮分子第二正带系（Ｃ３皿一Ｂ３珥）的发射谱
线，顺序带组有：△口一一１，△口一一２和△口＝一３。结果表明：大气压介质阻挡放电中氮分子振动温度范围为
１
９３８～２７２０Ｋ，振动温度随空气含量的增加几乎是线性增加的。该工作对研究介质阻挡放电中等离子体的
动力学过程具有重要意义。
主题词介质阻挡放电；分子振动温度；光谱诊断中图分类号：０４６１．２；０４３３．４
文献标识码：Ａ
文章编号：１０００—０５９３（２００６）０５一０８０２一０３
引言
介质阻挡放电（简称ＤＢＤ）又叫无声放电，是一种典型的
１实验装置与方法
实验装置如图ｌ所示。长度为８０ｍｍ、直径为４７ｍｍ的有机玻璃管中装满水，两端用厚度为１．５
非平衡态交流气体放电。与其他气体放电最显著的区别在于其电极至少有一个被电介质所覆盖。当加上交流高压后，极板间的气体将被击穿形成放电。由于ＤＢＤ可以实现大气压放电，因而在等离子体加工与切割、臭氧合成、照明以及等离子体显示等很多工业领域有着广泛的应用［１。３］。为了提高应用效率，人们期望弄清放电的动力学过程，特别希望测得一些等离子体参数如电子温度、电子密度和振动温度等，以及这些参数随实验条件的变化［４］。在介质阻挡放电中，振动温度是等离子体重要参数之一，而振动激发主要是电子能量损失造成的，使得它与电子温度和电子密度密切相关。因此，研究分子振动温度对研究介质阻挡放电中等离子体动力学过程具有十分重要的意义。介质阻挡放电中有关氮分子和其它不同分子的振动温度以往曾有报道［５’６］，Ｂｅｃｋｅｒ等［７１分别对（Ｈｅ＋ｏ．０２％ａｉｒ）和（Ｈｅ＋ｏ．０２％Ｎ２）的介质阻挡放电中氮分子的振动温度进行了研究。本文与文献［７］的不同之处在于，以氩气和空气混合气体作为工作气体，采用３组顺序带组进行计算氮分子振动温度，还研究了振动温度与气体
ｒ帆的平板玻璃封
住，平板玻璃兼作电介质层。与高压电源ＨＶ两极相接的环形电极分别浸入水中，构成介质阻挡放电电路。放电气隙间距为１．５ｍｍ。电源的电压调节范围为ｏ～３０ｋＶ，频率为２６ｋＨｚ；放电气体为氩气和空气混合气体。高压探头（ＴｅｋｔｒｏｎｉｘＰ６０１５Ａ，１０００ｘ）用来测外加电压。气体放电发出的光经焦距为１０ｃｍ透镜会聚后，进入单色仪（型号为ＷＳ胁８）分光后，用计算机采集。
成分的关系。采用了氮分子第二正带系（ｅ皿一Ｂ３皿）的发
射谱线进行分析和计算，得到氮分子（Ｃ３风）的振动温度及其随空气含量的变化。
Ｆｉ昏１
Ｅ珥嘲哇ｍ哪ｔ辩ｔｕｐｏｆ
ｂａｒｒｉｅｒ
ｄｉｄｅｃｔｒｉｃ
ｄｉｓｃｌＩａｒ帮（Ⅸｍ）
收稿日期：２００４１２—２８，修订日期：２００５一０３—２８
基金项目：国家自然科学基金（１０３７５０１５），教育部重点科学研究项目（０２０２０）和河北省自然科学基金（Ａ２００４００００８６）资助项目作者简介：董丽芳，女，１９６３年生，河北大学物理科学与技术学院教授
万方数据
第５期光谱学与光谱分析
８０３
２实验结果与讨论
在介质阻挡放电中，为了得到氮分子振动温度，本工作
分析了氮分子第二正带系（Ｃ３皿一Ｂ３皿）的发射谱线。其发
射谱线范围为３１０～４１０ｎｍ，如图２所示。
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理论上，双原子分子带系发射光谱中的谱带强度公式‘８］为
乃∥一舷ｖ√∥Ａ村Ｎ∥
（１）
口’，∥分别为上下态振动量子数，＾为普朗克常数，ｃ为光速，Ａ∥矿为跃迁几率，Ｎｔ，为上态分子数。
分子振动能级的振动能量为：
Ｅ。一姚（口７＋丢）一∽ｚ。（口７＋丢）２＋岫ｙ。（口７＋丢）３＋…
（２）
对氮分子而言，振动常数龇一２
０３５．１
ｃｍ，龇ｚ。一１７．０８
ｃｍ＿１［８，…，第三项及后面的项可忽略不计‘…。
在局部热平衡条件下，上态分子数分布满足波尔兹曼分布，即：
Ｎｉ—Ｎｏｆ‰ｍｕ
（∞
由（１），（２）和（３）式可以得到
ｌｎＢ—Ｇ一最
（４）
其中Ｂ—Ｌ，，／（蜘，矿Ａ∥矿），Ｇ为常数。从上式看出，将ｌｎＢ随
西线性变化，其负斜率即为振动温度的倒数，由此就可得到
氮分子的振动温度Ｌ。为了减小拟合误差，本工作采用三组
万
方数据顺序带组：△口一（ｏ—ｌ，ｌ一２，２—３），△ｕ一（ｏ一２，ｌ一３，
２—４）和△口一（ｏ一３，１—４，２—５）。计算所需参数来自文献［１０］。图３给出了空气含量为３０％时气体放电的振动温度拟合曲线。
０．２０．４０．６
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Ｆｉ昏３
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保持气压为一个大气压、外加电压为５．５８ｋＶ，进一步９３８～２
７２０
Ｋ，其振动温度随空气
随着空气含量的增加，电子温度减小，电子能量分布发生改３０００
２７００
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上述结果对研究介质阻挡放电中等离子体动力学过程具研究了在介质阻挡放电中振动温度随空气含量的变化。发现氮分子振动温度范围为１含量的增加几乎是线性增加的，如图４所示。其原因可能是变，导致低能量范围的电子数密度增加，产生振动激发的电子数密度增加，因而使振动温度增加。
Ｆｉ昏４
有较重要意义。
８０４
光谱学与光谱分析
第２６卷
—————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————，————————————————————一一
参考
文献
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Ｉ。ｉ
ｆａｎｇ，Ｉ。Ｉｘｕｅ＿ｃｈｅｎ，ｅｔ
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析），２００３，２３（３）：６０７．
［２］［３］［４］［５］［６］［７］［８］
ＤＯＮＧＬｉ—ｆａｎｇ，ＬＩＸｕｅ＿ｃｈｅｎ，ＹＩＮＺｅｎｇ—ｑｉａｎ，ｅｔａ１．Ｃｈｉｎ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，２００１，１８（１０）：１３８０．ＫｏｇｅｌｓｃｈａｔｚＵ．ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．ＰｌａｓｍａＳｃｉ．，２００２，３０：１４００．ＳｔｏｆｆｅｌｓＥ，Ｆ１ｉｋｗｅｅｒｔＡＪ，Ｓｔｏｆｆｅｌｓ
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Ｄ
Ｓｈｅｍａｎｓｋｙ
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ＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆＭｏｌｅｃｕｌａｒＶｉｂｒａｔｉｏｎａｌＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎＤｉｅｌｅｃｔｒｉｃＢａｒｒｉｅｒ
Ｄｉｓｃｈａｒｇｅｉｎ
Ａｒｇｏｎ／Ａｉｒ
ａｔ
Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ
Ｐｒｅｓｓｕｒｅ
ＤＯＮＧＩ。ｉ－ｆａｎｇ，Ｉ，ＩＵＦｅｎｇ，ＬＩＳｈｕ＿ｆｅｎｇ，ＲＡＮＪｕｎ－ｘｉａ，ＨＥＹａ＿ｆｅｎｇ，ＬＩＸｕｅ＿ｃｈｅｎ，ＰＡＮＧＸｕｅ＿）【ｉａＣ０１ｌｅｇｅｏｆＰｈｙｓｉｃｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＨｅｂｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂａｏｄｉｎｇ
０７１Ｑ０２，Ｃｈｉｍ
Ａｂｓｔｒａｃｔ
ＶｉｂｒａｔｉｏｎａｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆＮ２（Ｃ３风）ｍ０１ｅｃｕｌｅｓｉｎｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｂａｒｒｉｅｒｄｉｓｃｈａｒｇｅ（ＤＥＨ））ｉｎａｒｇｏｎ／ａｉｒ
ｔｈｅｗａｔｅｒｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓｗｅｒｅｅｍｐｌｏｙｅｄ，ｗａｓｍｅａｓｕｒｅｄｂｙｕｓｉｎｇ
ａ
ａｔ
ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ
ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｉｎｗｈｉｃｈ
ｍｅｔｈｏｄ。ｆｓｐｅｃｔｒｕｍｄｉａｇｎｏｓｉｓ．Ｅｍｉｓｓｉｏｎｓｐｅｃ～
ｔｒａｌｌｉｎｅｓｏｆｔｈｅＮ２ｓｅｃｏｎｄｐｏｓｉｔｉｖｅｂａｎｄｓ夕ｓｔｅｍ（Ｃ３皿。—｝Ｂ３ｊ矗）ａｎｄｔｈｅｓｅｑｕｅｎｃｅｓｏｆｖｉｂｒａｔｉｏｎａｌｂａｎｄｓｗｉｔｈ△口一一１，△勘＝一２ａｎｄ△可一一３ｗｅｒｅｕｓｅｄｉｎｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｒＬＴｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｒｎｏｌｅｃｕｌａｒｖｉｂｒａｔｉｏｎａｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆＮ２ｉｓｉｎｔｈｅ
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ｔｏｔｏ
２７２０Ｋ，ａｎｄｉｔｉｎｃｒｅａｓｅｓ
ａｌｍｏｓｔｌｉｎｅａｒｌｙｗｉｔｈｉｎｃｒｅａｓｉｒｌｇｔｈｅａｉｒ
ｃｏｎｔｅｎｔ
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－ｒｅｙｗｏｒｄｓ【）ｉｅｌｅｃｔｒｉｃｂａｒｒｉｅｒｄｉｓｃｈａｒｇｅ；ＪⅥｏｌｅｃｕｌａｒＶｉｂｒａｔｉｏｎａｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；Ｓｐｅｃｔｒｕｍｄｉａｇｎｏｓｉｓ
（ＲｅｃｅｉｖｅｄＤｅｃ．２８，２００４；ａｃｃｅｐｔｅｄＭａｒ．２８，２００５）
万方数据
大气压氩气/空气介质阻挡放电中分子振动温度
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
董丽芳， 刘峰， 李树锋， 冉俊霞， 贺亚峰， 李雪辰， 庞学霞， DONG Li-fang， LIU Feng ， LI Shu-feng， RAN Jun-xia， HE Ya-feng， LI Xue-chen， PANG Xue-xia河北大学物理科学与技术学院,河北,保定,071002光谱学与光谱分析
SPECTROSCOPY AND SPECTRAL ANALYSIS2006,26(5)18次
参考文献(10条)
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7. Masoud N;Martus K;Figus M;Becker K Rotational and vibrational temperature measurements in a high-pressure cylindrical dielectric barrier discharge (C-DBD)[外文期刊] 2005(01)8. 赫兹堡G 分子光谱与分子结构 19839. Nicholls R W 查看详情 1962
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引证文献(18条)
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引用本文格式：董丽芳. 刘峰. 李树锋. 冉俊霞. 贺亚峰. 李雪辰. 庞学霞. DONG Li-fang. LIU Feng. LI Shu-feng. RAN Jun-xia . HE Ya-feng. LI Xue-chen. PANG Xue-xia 大气压氩气/空气介质阻挡放电中分子振动温度[期刊论文]-光谱学与光谱分析 2006(5)
第２６卷，第５期２０Ｏ６年５月
光谱学与光谱分析
Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ
、ｂ１．２６，Ｎｏ．５，ｐｐ８０２—８０４
ａｎｄＳｐｅｃｔｒａｌＡｎａｌｙｓｉｓＭａｙ，２００６
大气压氩气／空气介质阻挡放电中分子振动温度
董丽芳，刘
峰，李树锋，冉俊霞，贺亚峰，李雪辰，庞学霞
河北大学物理科学与技术学院，河北保定０７１００２
摘要使用水电极介质阻挡放电装置，在氩气和空气混合气体放电中，利用光谱方法测量了氮分子
（Ｃ３皿）的振动温度及其随空气含量的变化关系。计算中采用的是氮分子第二正带系（Ｃ３皿一Ｂ３珥）的发射谱
线，顺序带组有：△口一一１，△口一一２和△口＝一３。结果表明：大气压介质阻挡放电中氮分子振动温度范围为
１
９３８～２７２０Ｋ，振动温度随空气含量的增加几乎是线性增加的。该工作对研究介质阻挡放电中等离子体的
动力学过程具有重要意义。
主题词介质阻挡放电；分子振动温度；光谱诊断中图分类号：０４６１．２；０４３３．４
文献标识码：Ａ
文章编号：１０００—０５９３（２００６）０５一０８０２一０３
引言
介质阻挡放电（简称ＤＢＤ）又叫无声放电，是一种典型的
１实验装置与方法
实验装置如图ｌ所示。长度为８０ｍｍ、直径为４７ｍｍ的有机玻璃管中装满水，两端用厚度为１．５
非平衡态交流气体放电。与其他气体放电最显著的区别在于其电极至少有一个被电介质所覆盖。当加上交流高压后，极板间的气体将被击穿形成放电。由于ＤＢＤ可以实现大气压放电，因而在等离子体加工与切割、臭氧合成、照明以及等离子体显示等很多工业领域有着广泛的应用［１。３］。为了提高应用效率，人们期望弄清放电的动力学过程，特别希望测得一些等离子体参数如电子温度、电子密度和振动温度等，以及这些参数随实验条件的变化［４］。在介质阻挡放电中，振动温度是等离子体重要参数之一，而振动激发主要是电子能量损失造成的，使得它与电子温度和电子密度密切相关。因此，研究分子振动温度对研究介质阻挡放电中等离子体动力学过程具有十分重要的意义。介质阻挡放电中有关氮分子和其它不同分子的振动温度以往曾有报道［５’６］，Ｂｅｃｋｅｒ等［７１分别对（Ｈｅ＋ｏ．０２％ａｉｒ）和（Ｈｅ＋ｏ．０２％Ｎ２）的介质阻挡放电中氮分子的振动温度进行了研究。本文与文献［７］的不同之处在于，以氩气和空气混合气体作为工作气体，采用３组顺序带组进行计算氮分子振动温度，还研究了振动温度与气体
ｒ帆的平板玻璃封
住，平板玻璃兼作电介质层。与高压电源ＨＶ两极相接的环形电极分别浸入水中，构成介质阻挡放电电路。放电气隙间距为１．５ｍｍ。电源的电压调节范围为ｏ～３０ｋＶ，频率为２６ｋＨｚ；放电气体为氩气和空气混合气体。高压探头（ＴｅｋｔｒｏｎｉｘＰ６０１５Ａ，１０００ｘ）用来测外加电压。气体放电发出的光经焦距为１０ｃｍ透镜会聚后，进入单色仪（型号为ＷＳ胁８）分光后，用计算机采集。
成分的关系。采用了氮分子第二正带系（ｅ皿一Ｂ３皿）的发
射谱线进行分析和计算，得到氮分子（Ｃ３风）的振动温度及其随空气含量的变化。
Ｆｉ昏１
Ｅ珥嘲哇ｍ哪ｔ辩ｔｕｐｏｆ
ｂａｒｒｉｅｒ
ｄｉｄｅｃｔｒｉｃ
ｄｉｓｃｌＩａｒ帮（Ⅸｍ）
收稿日期：２００４１２—２８，修订日期：２００５一０３—２８
基金项目：国家自然科学基金（１０３７５０１５），教育部重点科学研究项目（０２０２０）和河北省自然科学基金（Ａ２００４００００８６）资助项目作者简介：董丽芳，女，１９６３年生，河北大学物理科学与技术学院教授
万方数据
第５期光谱学与光谱分析
８０３
２实验结果与讨论
在介质阻挡放电中，为了得到氮分子振动温度，本工作
分析了氮分子第二正带系（Ｃ３皿一Ｂ３皿）的发射谱线。其发
射谱线范围为３１０～４１０ｎｍ，如图２所示。
Ｏ一０
．』
一．，
Ｊ
Ｕ∑一。
ＷａＶｅｌｅｎｇｔｈ／ｎｍ
ｎ昏２
７１１ｌｅ伽１ｉｓｓｉ彻ｓｐｅｃｔｒ啪ｉｎ
ｔｈｅ
ｒ锄ｇｅ
ｏｆ
３１０－４１０砌ｉｎ
ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ
ｂａｌｌｒｉｅｒ
ｄｉｓｃｈａｒｇｅｉｎＡｒ／ａｉｒ
ａｔ
ａｈＩｌ憾ｐｈｅｒｉｃ
ｐ嗍ｕｒｅ
理论上，双原子分子带系发射光谱中的谱带强度公式‘８］为
乃∥一舷ｖ√∥Ａ村Ｎ∥
（１）
口’，∥分别为上下态振动量子数，＾为普朗克常数，ｃ为光速，Ａ∥矿为跃迁几率，Ｎｔ，为上态分子数。
分子振动能级的振动能量为：
Ｅ。一姚（口７＋丢）一∽ｚ。（口７＋丢）２＋岫ｙ。（口７＋丢）３＋…
（２）
对氮分子而言，振动常数龇一２
０３５．１
ｃｍ，龇ｚ。一１７．０８
ｃｍ＿１［８，…，第三项及后面的项可忽略不计‘…。
在局部热平衡条件下，上态分子数分布满足波尔兹曼分布，即：
Ｎｉ—Ｎｏｆ‰ｍｕ
（∞
由（１），（２）和（３）式可以得到
ｌｎＢ—Ｇ一最
（４）
其中Ｂ—Ｌ，，／（蜘，矿Ａ∥矿），Ｇ为常数。从上式看出，将ｌｎＢ随
西线性变化，其负斜率即为振动温度的倒数，由此就可得到
氮分子的振动温度Ｌ。为了减小拟合误差，本工作采用三组
万
方数据顺序带组：△口一（ｏ—ｌ，ｌ一２，２—３），△ｕ一（ｏ一２，ｌ一３，
２—４）和△口一（ｏ一３，１—４，２—５）。计算所需参数来自文献［１０］。图３给出了空气含量为３０％时气体放电的振动温度拟合曲线。
０．２０．４０．６
Ｅ。－｜感
Ｆｉ昏３
Ｖｉｂ憎ｔｉ∞ａｌ
ｔ咖ｐｅ翰ｔＩｌＩ℃ｉｎＤＢＤｉｎ
Ａｒ＋３０％ａｉｒ
ａｔ
ａｈｎ惦ｐｈｅｒｉｃｐ１１ｅ鹞ｕ１１ｅ
保持气压为一个大气压、外加电压为５．５８ｋＶ，进一步９３８～２
７２０
Ｋ，其振动温度随空气
随着空气含量的增加，电子温度减小，电子能量分布发生改３０００
２７００
蔓２４００
２１００
ｌ踟ｌｏ
０
２０
４０
６０
Ａｊｒｃｏｎｔｅｎｔ／％
Ｖｉｂｒａｔｉｏｎａｌｔｅｌｎｐｅｒａｔｕｒｅ
ａｓａ
ｆ哪ｃｔｉｏｎ
ｏｆ
ａｉｒ∞ｎ￡蛐ｔ
ｉｎ
ＩⅫｌＤｉｎＡｒ／ａｉｒａｔａｈＩｍｐｓｈｅｒｉｃｐｒｅ辎ｕ１１ｅ
上述结果对研究介质阻挡放电中等离子体动力学过程具研究了在介质阻挡放电中振动温度随空气含量的变化。发现氮分子振动温度范围为１含量的增加几乎是线性增加的，如图４所示。其原因可能是变，导致低能量范围的电子数密度增加，产生振动激发的电子数密度增加，因而使振动温度增加。
Ｆｉ昏４
有较重要意义。
８０４
光谱学与光谱分析
第２６卷
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ａ
ａｔ
ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ
ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｉｎｗｈｉｃｈ
ｍｅｔｈｏｄ。ｆｓｐｅｃｔｒｕｍｄｉａｇｎｏｓｉｓ．Ｅｍｉｓｓｉｏｎｓｐｅｃ～
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ｒａｎｇｅ
ｆｒｏｍ１９３８Ｋ
ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ
ｔｏｔｏ
２７２０Ｋ，ａｎｄｉｔｉｎｃｒｅａｓｅｓ
ａｌｍｏｓｔｌｉｎｅａｒｌｙｗｉｔｈｉｎｃｒｅａｓｉｒｌｇｔｈｅａｉｒ
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ｉｎ
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ｍｉｘｔｕｒｅ．Ｔｈｅｓｅｒｅｓｕｌｔｓ
ａｒｅ
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－ｒｅｙｗｏｒｄｓ【）ｉｅｌｅｃｔｒｉｃｂａｒｒｉｅｒｄｉｓｃｈａｒｇｅ；ＪⅥｏｌｅｃｕｌａｒＶｉｂｒａｔｉｏｎａｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；Ｓｐｅｃｔｒｕｍｄｉａｇｎｏｓｉｓ
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万方数据
大气压氩气/空气介质阻挡放电中分子振动温度
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
董丽芳， 刘峰， 李树锋， 冉俊霞， 贺亚峰， 李雪辰， 庞学霞， DONG Li-fang， LIU Feng ， LI Shu-feng， RAN Jun-xia， HE Ya-feng， LI Xue-chen， PANG Xue-xia河北大学物理科学与技术学院,河北,保定,071002光谱学与光谱分析
SPECTROSCOPY AND SPECTRAL ANALYSIS2006,26(5)18次
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本文读者也读过(10条)
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引用本文格式：董丽芳. 刘峰. 李树锋. 冉俊霞. 贺亚峰. 李雪辰. 庞学霞. DONG Li-fang. LIU Feng. LI Shu-feng. RAN Jun-xia . HE Ya-feng. LI Xue-chen. PANG Xue-xia 大气压氩气/空气介质阻挡放电中分子振动温度[期刊论文]-光谱学与光谱分析 2006(5)