激光诱导等离子体在背景气体中膨胀的二维轴对称模型  被引量:1

A Two-dimensional Axisymmetric Model of Laser-induced Plasma Expansion in Background Gas

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作  者:王俊霄 王树青 张雷[1,2] 韩江华 夏国富 尹王保 贾锁堂[1,2] WANG Junxiao;WANG Shuqing;ZHANG Lei;HAN Jianghua;XIA Guofu;YIN Wangbao;JIA Suotang(State Key Laboratory of Quantum Optics and Quantum Optics Devices,Institute of Laser Spectroscopy,Shanxi University,Taiyuan 030006,China;Collaborative Innovation Center of Extreme Optics,Shanxi University,Taiyuan 030006,China;SINOPEC Research Institute of Petroleum Processing,Beijing 100089,China)

机构地区:[1]山西大学激光光谱研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室,山西太原030006 [2]山西大学极端光学协同创新中心,山西太原030006 [3]中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院,北京100089

出  处:《山西大学学报(自然科学版)》2022年第5期1254-1261,共8页Journal of Shanxi University(Natural Science Edition)

基  金:国家能源石油炼制技术研发中心(中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院)开放基金课题;国家重点研发计划(2017YFA0304203);长江学者和创新团队发展计划(IRT_17R70);国家自然科学基金(61975103,61875108,61775125,11434007);山西省科技重大专项(201804D131036);111计划(D18001);山西省“1331工程”重点学科建设计划经费资助。

摘  要:激光诱导等离子体的膨胀是人们比较关注的一个问题,因为等离子体参数的演化规律对等离子体动力学过程和辐射过程的研究十分重要。由于激光诱导等离子体这一现象更多的是发生在有背景气体的情况下,所以文章提出了一个描述等离子体在背景气体中膨胀的二维轴对称辐射流体动力学模型,包括流体动力学方程组与辐射传输方程。其中,在流体动力学方程组中考虑了扩散、黏性、热传导等分子传输过程,在辐射传输方程中考虑了三种吸收过程。根据提出的模型,对不同压强氩气下激光诱导铝等离子体进行了理论模拟,获得了等离子体参数(数密度、膨胀速度以及电子温度)的时空演化。此外,还模拟了1标准大气压氩气下激光诱导铝等离子体的发射光谱和谱线积分强度的分布,并且对模拟结果与相同条件下的实验结果进行了比较,两者的一致性很好地验证了该模型的可靠性,为激光诱导击穿光谱技术提供了理论指导。The expansion of laser-induced plasma is a problem of great concern,because the evolution of plasma parameters is very important to the study of plasma dynamics and radiation processes.Since the laser-induced plasma mostly occurs in the presence of background gas,a two-dimensional axisymmetric radiation fluid dynamics model is established to simulate the expansion process of plasma in the background gas,in which the diffusion,viscosity and heat conduction are considered in the fluid dynamics equations,and three absorption processes are considered in the radiation transfer equation.Based on the proposed model,we simulate the laserinduced aluminum plasma in argon at different pressures,and obtain the spatio-temporal evolution of plasma parameters(number density,expansion velocity and electron temperature).In addition,we also simulate the plasma emission spectrum and the integral intensity distribution of the laser-induced aluminum plasma in argon at atmospheric pressure,and compare the simulated results with the experimental results under the same condition.The consistency between theory and experiment suggests the correctness and reliability of the theoretical model and provides theoretical guidance for laser-induced breakdown spectroscopy.

关 键 词:激光诱导 等离子体 辐射流体动力学模型 

分 类 号:O53[理学—等离子体物理]

 

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