[发明专利]基于简化碰撞辐射模型的氩气等离子体电子密度计算方法

说明书

本申请提供了一种基于简化碰撞辐射模型的氩气等离子体电子密度计算方法，包括确定氩气等离子体中占主导地位的粒子反应类型；根据所述反应类型，列写2p能级的激发态氩原子的速率平衡方程；简化所述速率平衡方程；根据简化后的所述速率平衡方程，确定谱线强度公式；根据所述谱线强度公式，确定谱线强度比计算公式；确定氩气等离子体电子密度计算公式；对所述电子密度计算公式的参数拟合与计算。通过对氩气等离子体碰撞辐射模型进行简化，将精度不高和缺少的微观参数进行整合，可得到更为准确和可靠的较高气压、低电离度、大面积等离子体电子密度。

技术领域

本发明属于等离子体技术领域，具体涉及一种基于简化碰撞辐射模型的氩气等离子体电子密度计算方法。

背景技术

介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge，DBD)是有绝缘介质插入放电空间的一种非平衡态气体放电，又称介质阻挡电晕放电或无声放电，已被广泛的应用于各种化学反应器，以及工业中的高分子和金属薄膜及板材的改性、接枝、表面张力的提高、清洗和亲水改性中。

电子密度是等离子体的一个重要特征参数，等离子体电子密度与等离子体反应条件、反应类型、反应系数、气体组分、气体温度等众多因素密切相关，特别是在中高气压下，电子密度的确定过程是一个高度耦合、非线性且复杂的过程。现有的电子密度诊断方法大多针对低气压、高电子密度、小维度的等离子体，而对于较高气压、低电离度、大面积等离子体电子密度的确定大多基于电流法或经验公式，存在精度不高、适用性差等问题。因此，得到一种适用性较好且较为准确的电子密度计算方法是非常必要的，为等离子体电子密度参数调控及相关研究提供了必要的方法基础。

碰撞辐射模型建立了辐射谱线的光强比与电子密度的关系，而其中的关键在于反应粒子与反应类型的确定与简化。基于相对光强的线比法可以应用于多种反应条件、较宽电子密度的范围的等离子体诊断，同时也是本发明基于碰撞辐射模型的电子密度确定方法的核心。近年来，基于碰撞辐射模型的电子密度确定方法的研究多集中在低气压、短间隙的放电反应中，对于较高气压以及较长间隙的研究较少。

发明内容

本发明提供一种基于简化碰撞辐射模型的氩气等离子体电子密度计算方法，以得到更为准确和可靠的较高气压、低电离度、大面积等离子体电子密度。

提供了一种基于简化碰撞辐射模型的氩气等离子体电子密度计算方法，所述方法包括以下步骤：

S1确定氩气等离子体中占主导地位的粒子反应类型；

S2根据所述反应类型，列写2p能级的激发态氩原子的速率平衡方程；

S3简化所述速率平衡方程；

S4根据简化后的所述速率平衡方程，确定谱线强度公式；

S5根据所述谱线强度公式，确定谱线强度比计算公式；

S6确定氩气等离子体电子密度计算公式；

S7对所述电子密度计算公式的参数拟合与计算。

优选地，在气压较高或者是在大气压情况下，占主导地位的粒子反应类型有：

(1)基态原子的电子碰撞激发与退激发反应

其中，e表示电子，Ar_g表示基态氩原子，Ar_s表示1s能级的氩原子，Ar_x表示2p或更高能级的氩原子，这其中的能级都为帕邢能级，下同；

(2)1s能级原子的电子碰撞激发与退激发反应

(3)基态原子与高能级原子的碰撞跃迁反应