黄世龙， 朱 雷， 刘云鹏， CORMAC Corr

(1.华北电力大学 河北省输变电设备安全防御重点实验室，河北 保定 071003；2.国网江苏省电力有限公司南京供电分公司, 江苏 南京 220000；3.Australian National University, Canberra ACT 2601)

0 引 言

微空心阴极放电(MHCD)是一种在电极-介质-电极夹层结构上钻孔的微等离子体，该设计由Schoenbach在1996年提出[1]，且发现由其组成的微等离子体阵列可稳定运行。由于在表面处理[2，3]、杀菌[4，5]、光源[6]、微推[7]等领域应用潜力巨大，近十年已引起广泛关注。放电电极几何形状特征尺寸为几十至几百μm，在压强(数十至数百Torr)可实现稳定的微放电。与其他直流放电一样，当驱动参数范围不确定时，放电电压和电流会受很大的弛豫影响。目前对该电极不同模式下放电特性认识仍然有限，部分原因是其体积小，使得传统诊断方法变得困难。

Lazzaroni等人建立了三明治结构微空心阴极放电零维模型，并对Ar气中自脉冲放电模式下的放电特性进行了研究[8]；何寿杰等人建立了圆筒形结构微空心阴极放电模型，对Ar气中放电动力学特征进行了研究[9]；王新新等人试验研究了“U”形结构阴极孔径300/ 100/ 50 μm下HCD的工作范围为0.8～4 Torr·cm[10]。

对于图1中三明治微空心阴极放电结构：在非常低的电流下(<0.1 mA)，放电具有高阻特性，电压几乎与电流呈线性增加，放电被限制在孔隙内，为典型汤逊放电模式；随着电流增加，放电在阴极背面膨胀，放电电流频率为数kHz，幅值 ≈0.5 mA，为自脉冲放电模式，在单个循环周期内，放电长时间维持在孔隙内，在短(通常为μs)电流脉冲期间，放电在阴极背面瞬时膨胀；随着电流的进一步增大，放电表现为类辉光模式，放电特性具有极大的稳定性，表现出良好的应用前景。

图1 三明治微空心阴极放电结构Fig. 1 Sandwich structure of MHCD

本文建立了自洽非平衡等离子体放电模型，二次发射系数近似为阴极表面约化电场函数。在Ar气中，对气压100 Torr、阴极孔隙半径为100 μm下类辉光放电模式放电特性开展数值计算，对放电电压，电子、激发态Ar*原子、Ar+离子数密度，电子温度，基态电离、彭宁电离、二次电离反应速率及电子净生成速率进行了研究分析。……