离子(N2+, N+)在氮辉光放电等离子体光辐射中的作用

核聚变与等离子体物理 ›› 2008, Vol. 28 ›› Issue (2): 115-120.

离子(N₂⁺, N⁺)在氮辉光放电等离子体光辐射中的作用

张连珠，孟秀兰

(河北师范大学物理科学与信息工程学院，石家庄 050016)

收稿日期:2007-09-10 修回日期:2008-04-20 出版日期:2008-06-15 发布日期:2011-02-21
作者简介:张连珠(1957-)，女，河北张家口人，教授，从事辉光放电等离子体动力学过程研究。
基金资助:
河北省自然科学基金资助项目(A2006000123; F2006000183)

Role of ions (N₂⁺, N⁺) in the optical emission in nitrogen glow discharge plasma

ZHANG Lian-zhu, MENG Xiu-lan

(College of Physics Science and Information Engineering, Hebei Normal University, Shijiazhuang 050016)

Received:2007-09-10 Revised:2008-04-20 Online:2008-06-15 Published:2011-02-21

摘要/Abstract

摘要：

采用氮辉光放电等离子体电子与重粒子综合的Monte Carlo模型,研究了离子(N₂⁺，N⁺)与氮分子碰撞产生光辐射的强度分布及其

在氮辉光放电等离子体光辐射中的作用。两种离子产生的各种碰撞激发和辐射都分布在鞘层区内，光辐射强度向阴极方向逐渐

增加，且总强度随放电电压增加而增强。相对于电子产生的碰撞激发辐射，离子(N₂⁺，N⁺)引起的辐射在阴极附近引起次最大

光强，且原子离子N⁺的作用较分子离子N₂⁺大。当电压较低时，离子(N₂⁺，N⁺)引起的辐射可以忽略。模拟结果很好解释了两

种典型的N₂辉光放电光学发射谱的实验结果，为等离子体诊断研究中的光谱数据分析提供参考。

关键词: 氮辉光放电, Mont Carlo模拟, 光学发射谱, 离子

Abstract:

Intensity distribution of optical emission caused by collisions between ions (N₂⁺, N⁺) and nitrogen neutral ground-state molecular and the role of ions (N₂⁺, N⁺)in the optical emission of nitrogen glow discharge plasma are

investigated by a combined Monte Carlo model with electrons and the heavy particles. The various impact excitations

and optical emissions produced by ions (N₂⁺, N⁺) distribute in the cathode dark space and the light intensities

gradually increase towards the cathode, and total intensities increase with the discharge voltage. Relative to impact

excitations and emissions caused by electron, a secondary intensity maximum near the cathode is produced by the

collisions between ions (N₂⁺, N⁺) and molecule N₂, and the effect of atomic ions N⁺ on the impact emission can be

stronger than the molecular ions. When the voltage is rather low, the emission caused by the ions collisions can be

disregarded. The simulating results offer a good explanation for the experimental data of optical emission

spectroscopy under two typical kinds of N₂ glow discharge and provide reference evidences for spectroscope data

analysis in plasma diagnosis.

Key words: Nitrogen glow discharge, Mont Carlo model, Optical emission spectroscopy, Ion

中图分类号:

O539

张连珠，孟秀兰. 离子(N₂⁺, N⁺)在氮辉光放电等离子体光辐射中的作用[J]. 核聚变与等离子体物理, 2008, 28(2): 115-120.

ZHANG Lian-zhu, MENG Xiu-lan. Role of ions (N₂⁺, N⁺) in the optical emission in nitrogen glow discharge plasma[J]. NUCLEAR FUSION AND PLASMA PHYSICS, 2008, 28(2): 115-120.

参考文献

[1] Agarwal S, Hoex B, Van de Sanden M C M, et al. Absolute densities of N and excited N₂ in a N₂ plasma [J]. Appl. Phys. Lett., 2003, 83(24): 4918.

[2] Wrinski Z. Light emission from the cathode zone of DC glow discharge [J]. Vacuum, 2003, 79: 339.

[3] Bogaerts A, Gijbels R, Vlcek J. Modeling of glow discharge optical emission spectrometry: Calculation of the argon atomic optical emission spectrum [J]. Spectrochimica Acta B, 1998, 53: 1517.

[4] Bogaerts A ,Wilken L, Hoffmann V. Comparison of modeling calculation with experimental results for direct current glow discharge optical emission spectrometry [J]. Spectrochimica Acta B, 2001, 56: 551.

[5] Wrinski Z. Dissociation of nitrogen in the plasma- cathode interface of glow discharges [J]. Vacuum, 2005, 78: 641.

[6] Lofthus A, Krupenie P H. The spectrum of molecular nitrogen [J]. J. Phys. Chem. Ref. Data, 1977, 6(1): 113.

[7] Wronski Z. Study of fundamental processes affecting the structure of the cathode zone of nitrogen/titanium dc discharge [J]. J. Phys. D: Appl. Phys., 2000, 33: 414.

[8] Lebedev Yu A, Shakhatov V A. Diagnostics of nonequi- librium nitrogen plasma from the emission spectra of the second positive system of N₂ [J]. Low Temperature Plasma, 2006, 32(1): 56.

[9] Zhu X M, Pu Y K. A molecular kinetic model for the optical emission spectroscopy technique in inductively coupled nitrogen plasma [J]. Phys. Plasma, 2006, 13: 063507-1.

[10] Bastien F, Wu J H, Goguillon P, et al. Mechanism of a nitrogen abnormal glow discharge. Computation and measurements of the spatial light distribution [J]. J. Phys. D: Appl. Phys., 1990, 23: 813.

[11] 徐学基, 诸定昌. 气体放电物理 [M]. 上海: 复旦大学出版社, 1996: 103-104.

[12] Yu W, Zhang L Z, Wang J L. Monte Carlo simulation of fast electrons and heavy particles in the CDS of nitrogen dc glow discharge [J]. J. Phys. D: Appl. Phys., 2001, 34 (23): 3349.

[13] 张连珠. N₂⁺离子在氮直流辉光放电中的碰撞离解的作用 [J]. 物理学报, 2003, 52(4): 920.

[14] Phelps A V. Cross section and swarm coefficients for nitrogen ions and neutrals in N₂ and argon ions and neutrals in Ar for energies from 0.1eV to 10keV [J]. J. Phys. Chem. Ref. Data, 1990, 20(3): 557.

[15] Wrinski Z. The energy distributions of major ions in the cathode zone of a strongly abnormal nitrogen DC glow discharge [J]. Vacuum, 1998, 49 (2): 97.

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Role of ions (N₂⁺, N⁺) in the optical emission in nitrogen glow discharge plasma

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[4]	张金恒, 苌磊, 杨鑫, 周海山, 罗广南. 外界磁场和天线构型对射频等离子体微放电的影响研究 [J]. 核工业西南物理研究院, 2025, 45(1): 117-124.
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[13]	陈明, 沈飊, Shinichiro Kado, 陈大龙, 张恒, 郭笔豪, 黄耀, 蔡福瑞, 肖炳甲. EAST等离子体边界可见光成像系统研究[J]. 核工业西南物理研究院, 2024, 44(2): 222-228.
[14]	孟凡卫, 张小辉, 胡广海, 孔德峰, 叶扬, 黄艳清, 齐美彬, 赵志豪, 李博, 董期龙. EAST-CTI测试平台上六硼化镧等离子体源的研制[J]. 核工业西南物理研究院, 2024, 44(1): 24-29.
[15]	赵建华, 曹锦佳, 向东, 戴勇智, 杨骏辉, 赵佳蔚, 杨文军. 旋转磁岛对捕获快离子输运影响的研究[J]. 核工业西南物理研究院, 2024, 44(1): 78-84.