大气压非平衡等离子体射流光电离机制详解

对于氦气N-APPJ来说，本章的实验测量到He原子在58.4nm处的辐射，该谱线的能量大于氧分子和氮分子的电离能（分别为12.1eV和15.6 eV）。这条谱线在氦气N-APPJ光电离过程中可以发挥重要的作用。根据参考文献[67]中的数据及式（4.3.2）、式（4.3.3），图4.3.2中画出了在该谱线范围内氮分子和氧分子的光电离吸收比ξλ和吸收系数μλ曲线[65]。由图中曲线可以看出，在该谱线范围内，氮分子和氧分子的光电离吸收比及吸收系数都十分接近。因此，氮氧分子均可以吸收该辐射并产生光电子。已有的射流仿真及光电离模型中均没有考虑到这一点。例如，Babaeva等人的射流仿真的光电离模型中[34]考虑到58.4nm处He原子的辐射被氧气吸收产生光电子，但是并未考虑到氮气的吸收。然而，大气中氮气的含量是氧气的4倍，忽略氮气的作用会导致明显的误差。Fierro等人[75]在对N2+He放电进行仿真时，考虑到了氮分子被He原子在58.4nm处的辐射电离，但是他们的仿真条件中没有氧气。由此可见，在氦气射流仿真中，至今没有同时考虑氮氧分子被He在58.4nm处的辐射光电离的模型。而本章的实验结果表明，为了更好地研究N-APPJ尤其是氦气N-APPJ的动态过程，上述对光电离模型的补充完善至关重要。

综上所述，本章的实验测量到的谱线具有足够高的能量电离氧分子、氮氧原子甚至氮分子。现有的许多光电离模型都对主要的辐射来源进行了特定的假设。空气放电仿真中使用的光电离模型通常是基于Zheleznyak等人提出的假设[5]，认为氮分子三种单重激发态和在98～102.5nm范围内跃迁产生的高能光子是光电离辐射的来源。其中，波长范围的上限对应氧分子的电离能（12.1eV，102.5nm），下限98nm对应氮分子的吸收但尚未达到氮分子的电离阈值。然而事实上，在98nm以下范围内氮分子对光的吸收并不完全，这表明98nm以下的辐射也是不应该被忽略的[52]。此外，在足够低的波长范围内，58.4nm氦原子辐射甚至可以直接电离氮分子。对于空气外的其他气体放电等离子体，部分氦气放电光电离模型中假设激发态氦原子或亚稳态跃迁产生的光子电离气体组分中的氧分子等产生光电子。本章的实验测量到的4He共振谱线，证实了Babaeva[34]和Fierro[75]等人在模型中使用的光电离模型的合理性，但同时，这些模型仍需要补充完善。

图4.3.2　（a）氦气N-APPJ在56～61nm范围内的氦原子辐射，以及（b）该波长范围对应的氮氧分子的ξλ和μλ值[65](www.xing528.com)

计算所需数据来自参考文献[67]

根据本章的实验结果，可以看出现有的光电离模型还有很大的改进空间。此外，还需要更多的实验进一步探究是否还有其他可电离辐射的存在等问题，这些相关特性的研究将有助于相关光电离模型的最终完善。