从低气压到大气压下,脉冲放电等离子体在很多领域(材料、生物医学、环境以及军事国防)具有广阔的应用前景。对气体放电的推进过程进行了大量的研究,但是,对不同条件下产生的一些奇特的放电发展特性的解释和分析仍然存在很多不确定因素。同时,气体作为放电的工作介质对放电特性的影响是直接的。目前,对不同气压下脉冲放电等离子体的发展特性,以及精确的气体成分对放电的影响研究很少。本文从气压和气体成分的角度入手,系统地研究变气压下脉冲放电等离子体的发展特性,通过对渐变条件下物理过程的分析,有助于我们找到影响放电的本质因素。1.搭建了一套可精确控制气压和气体成分的介质阻挡放电系统和光学诊断系统。2.利用ICCD高速相机,研究变气压下氩气脉冲放电发展特性的转变规律。(i)气压在10Pa-200Pa时,施加脉冲电压(幅值7kV,脉宽1μs,频率4kHz)产生快速电离波(FIW)放电,推进速度高达107m/s量级,放电的发展形成连续的等离子体柱。气压在103Pa左右时,放电的转变为离子体段形式推进,速度为106m/s量级。气压到104Pa以上,放电转变为等离子体子弹推进,速度为105m/s量级。(ii)低气压放电中,电子自由程增大,电子在头部电场中获得更高能量产生高能电子流是放电高速推进的根本原因,预放电提供初始电子密度,对放电高速推进起重要作用。(iii)Ar**的产生以及通过HM过程产生Ar2+,对形成等离子体柱起主要作用。(iv)103Pa左右,放电的发展转变为等离子体段,主要因为放电头部中电子能量减小,产生的Ar**和Ar2+浓度减小,少量的Ar2+通过HM过程辐射光谱持续的时间变短,从而形成等离子体段。3.对变气压下脉冲放电等离子体的电子激发温度进行诊断和分析。(i)通过绝对辐射光谱测量,获得氩的原子能级的密度分布和离子能级的密度分布。每一组相近能级的密度分布可以用Boltzmann分布描述,分别计算各个能级区域的电子激发温度。(ii)氩离子能级区域的电子激发温度表征电子能量分布函数(EEDF)尾部的电子能量变化趋势,随气压升高迅速降低。4.研究了不同气压下,氮气、空气脉冲放电的发展特性。(i)气压在10-200Pa,不同的气体放电的发展具有相似性,推进速度均在107m/s量级。可通过公式估算放电头部中电子的漂移速度,在气压低于1000Pa的气体放电中,vde计算值与实验值基本一致。(ii)氮气气压高于1000Pa,氮气放电迅速减弱。(iii)空气放电中由于氧气的电负性特性,在1000Pa-1500Pa之间,放电的发展过程出现三个阶段：等离子体段推进阶段,等离子体段分离子弹的阶段,等离子体段悬浮放电,子弹继续推进的阶段。5.高气压下脉宽对放电发展影响很大。气压在5×103Pa～104Pa之间,脉宽占空比20%～90%时,在管内静止气体中产生等离子体射流。射流最长达到30cm,放电也是以等离子体子弹的形式发展,与大气压等离子体射流的发展特性基本一致。当脉宽占空比介于60%～90%之间,射流出现亮暗分段现象。长脉宽下,正离子(氩气中主要是氩离子)在弱电场中的长时间迁移运动,以及激发态粒子在弱电场中的反应过程对放电的影响,可能是产生射流以及射流亮暗分段的原因。