北京
图1：PI-MAX ICCD图像序列(俯视图)，展示了沿电压和电流波形演变的放电过程。第一张图像中的黄色虚线表示叶片的位置。UI波形中的虚线对应图像序列中的时间点。引自Fujera等人。2025.
背景
在捷克科学院等离子体物理研究所，米兰·希梅克博士领导着光电等离子体诊断小组。“我们专注于由纳秒级短高压脉冲产生的等离子体。一个研究方向与在气体(通常是氮气、氧气或碳氢化合物气体)中产生的等离子体有关，而另一个研究方向则专注于在水中产生的等离子体，”希梅克博士提到。在最近发表的一项工作中(Fujera等人。2025)，他的团队研究了气水界面上的瞬态流光放电，以实现可持续的固氮方法和等离子体活化水(PAW)的生产。“当你在水中或与水接触产生等离子体时，你可以将氮气固定在溶液中，使其能被植物用作肥料”，这是指在水中产生等离子体的直接应用之一。
利用时间分辨ICCD成像和光学发射光谱，Šimek博士团队证明了放电最初以冷流光形式开始，随后迅速转变为瞬态火花，燃料费温度飙升至近1000 K。这种温度变化显著加速了N₂和O₂的解离，并促进了活性物种向液相的转移。因此，该过程实现了水体中硝酸盐的有效富集(NO₃⁻生成速率高达~48。在环境条件下，其速率为5 µmol min⁻¹，能量效率约为16 mmol MJ⁻¹，同时还具有可测量的抗真菌活性。值得注意的是，这种局部过程的一个主要优势是其占地面积极小：它仅需要大气中的氮气、氧气和电力，原则上这些资源完全可以来自可再生能源。“这正是植物可以利用的化学形式。[……] 它可能为根植于重化工业的传统制造方法提供一种绿色替代方案，”Šimek博士表示。
挑战
尽管成像和发射光谱学是成熟的技术，但在研究超快过程时存在显著局限性。Šimek博士指出：“由于我们处理的等离子体瞬态持续时间仅为纳秒级别，因此需要达到几纳秒甚至亚纳秒级的时间分辨率。”要捕获这种极短曝光窗口内固有的微弱信号强度，必须配备具有足够快速门控能力的高灵敏度探测系统，以满足所需的时间分辨率。此外，传感器几何形状必须与具体应用相匹配：光谱学采用拉长型矩形探测器以最大化光谱覆盖范围，而光学成像则需要方形传感器格式以优化二维视场。
解决方案
PI-Max系列是一款增强型门控成像平台，完美契合该实验装置的严苛要求。Šimek博士团队利用1024×1024像素的行间转移CCD表面获取图像(见图1)，其超快门宽可低至0.5纳秒。他指出：“为了理解放电的形貌，需要拍摄超快图像[...]这就是我们使用PI-MAX ICCD来捕捉图像或时间分辨发射光谱的原因。”短门宽的ICCD图像使我们能够观察到放电的初始阶段及其随后的演变。通过拍摄一系列时间序列图像，我们发现放电在经过几十纳秒的过渡后，从最初的流光放电演变为火花放电模式。
正如本说明所述，PIMAX ICCD 的门控能力不仅能够用于研究超快过程，并为光谱学提供门控解决方案，还能应用于成像领域，而这一特性并非所有 ICCD 都能具备。
特别声明：以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布，本平台仅提供信息存储服务。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.
