Surface-wave discharges in argon at atmospheric pressure were experimentally studied by optical emission spectroscopy (OES) and mass spectrometry (MS). OES was employed to determine the rotational temperature using the ultraviolet OH band, Q1 branch and found to be between 450 and 970 K. The electron density (5 × 1013 cm−3 ≤ ne ≤ 7 × 1014 cm−3) was estimated using the Hβ line profile, and produced by dissociation of the water present as an impurity in the Ar gas. The electron temperature (0.63 eV ≤ Te ≤ 1.3 eV) was estimated using a collisional–radiative (CR) model that takes the input measured intensities of four emission lines originating from 2p states including 2p2, 2p4, 2p6, and 2p10. The density of the metastable state Ar(1s5) (2.0 × 1011 cm−3 ≤ Ar(1s5) ≤ 4.2 × 1012 cm−3) was estimated by means of OES using the self-absorbing method. Positive and negative ions were probed along the plasma column using MS. A theoretical model based on the solution of the homogeneous electron Boltzmann equation, considering inelastic and superelastic collisions with the Ar(1s) states and electron–electron collisions, coupled with a system of rate balance equations describing the creation and destruction of the most important heavy particles, is proposed. The experimental results are compared with theoretical ones obtained from a self-consistent model of these discharges, providing physical insight into the basic mechanisms and phenomena ruling the discharges.
大気圧アルゴン中の表面波放電を、発光分光法（OES）および質量分析法（MS）により実験的に研究した。OESを用いて、紫外OHバンドのQ1枝から回転温度を求め、450〜970 Kの範囲であることを確認した。電子密度（5×10¹³ cm⁻³ ≤ ne ≤ 7×10¹⁴ cm⁻³）は、Hβ線のプロファイルから推定し、これはArガス中に不純物として存在する水の解離によって生成されたものである。電子温度（0.63 eV ≤ Te ≤ 1.3 eV）は、2p状態（2p2、2p4、2p6、2p10を含む）に由来する4本の発光線の測定強度を入力とする衝突・放射（CR）モデルを用いて推定した。準安定状態Ar(1s5)の密度（2.0×10¹¹ cm⁻³ ≤ Ar(1s5) ≤ 4.2×10¹² cm⁻³）は、自己吸収法を用いたOESにより推定した。正イオンおよび負イオンは、MSを用いてプラズマに沿ってプローブした。均一ボルツマン方程式の解に基づく理論モデルを提案した。このモデルは、Ar(1s)状態との非弾性衝突および超弾性衝突、ならびに電子-電子衝突を考慮し、最も重要な重粒子種の生成と消滅を記述するレートバランス方程式系と結合している。実験結果を、これらの放電の自己無撞着モデルから得られた理論結果と比較し、放電を支配する基本的なメカニズムと現象に関する物理的知見を提供する。