[实用新型]等离子体射流装置

说明书

技术领域

本实用新型属于等离子体发生装置，具体涉及一种气体放电等离子体射流装置。

背景技术

等离子体通常由正离子、中性粒子和电子组成，一般等离子体可以分为两类：热平衡等离子体和非热平衡等离子体。热平衡表示等离子体中所有粒子的温度一样。

在非热平衡等离子体中，电子的温度可高达数万度，而离子和中性粒子的温度远小于电子温度，这种“热的冷却物”优点众多，非热平衡等离子体可作为高活性反应物广泛应用于多种领域，如等离子体沉积和镀膜、刻蚀、表面处理、化学净化，生物净化以及医学应用。

大气压下，由于工作气体击穿电压相对较高，通常放电间隙距离非常有限，一般为数毫米至数厘米之间，这直接限制了被处理物品的形状和大小。假如采用等离子体间接处理，由于其中许多活性成份，如氧原子和许多带电粒子寿命非常短暂，以至于还没到达被处理物表面就消失，导致处理效率非常低。为了解决上述问题，最近大气压非热平衡等离子体射流装置备受关注，其可以直接在外界空间中产生等离子体射流，相对于狭窄间隙的放电等离子体具有独特的优势，并可以直接处理物品，同时被处理物品的形状和大小不受任何限制。

以下是几种现有的非热平衡等离子体射流装置：

(1)交流非热平衡等离子体射流装置

Yong Cheol Hong etal.“Microplasma jet at atmospheric pressure”ApplPhysics Letter 89，221504(2006)中，描述了一种大气压下以氮气为工作气体产生等离子射流的装置，如图1所示，该装置包括电极3、接地电极11、介质圆片13、介质容器12和(交流)电源1，电极3和接地电极11由介质圆片13隔开，并共同置于介质容器12中，(交流)电源1连接电极3和接地电极11；工作时，(交流)电源1调至高压，频率20千赫兹，以3升/秒的流量速度向介质容器12输入工作气体6(氮气)，在电极3和接地电极11间进行放电产生等离子体，并从气体输出口16以约255米/秒的速度喷射出等离子体射流5，等离子体射流5长度6.5厘米，温度接近室温。电极3和接地电极11都与等离子体射流5直接接触，易发生弧光放电，对于牙齿清洗、根管治疗以及伤口辅助愈合等一些实际应用不安全。

类似的装置还有Jialing Zhang etal.“A novel cold plasma jet generatedby atmospheric dielectric barrier capillary discharge”thin solid films506(2007)中描述的一种产生低温等离子体射流的装置，如图2所示，该装置包括电极3、接地电极11、介质容器12、气体调控开关8和(交流)电源1。电极3为钨材料电极，位于介质容器12中央并与(交流)电源1连接，接地电极11紧贴介质容器12外壁，工作气体6从气体输入口7进入，由气体调控开关8控制其流量，操作时产生等离子体射流5。该装置电极3裸露在外部空间中，并与等离子体射流5直接接触，对于一些实际应用也不安全。

(2)射频非热平衡等离子体射流装置

E stoffels etal.“Plasma needle for in vivo medical treatment：recentdevelopments and perpectives”Plasma Source Sci.Technol.15(2006)中，描述了一种射频等离子体针装置，如图3所示，该装置包括电极3、介质容器12、绝缘介质层17、电源(射频)1。绝缘介质层17为直径4毫米的陶瓷管。电源1为10兆赫兹的射频电源，与电极3相连。电极3为直径0.3毫米的钨丝，放置于绝缘介质层17中央，顶端不包含于绝缘介质层17内，裸露于外部空间中，并与绝缘介质层17一起由固定架14固定于介质容器12中央，工作气体6从气体输入口7输入。操作时能产生相应直径为2.5毫米的等离子体射流5。该装置的电极3顶端部分暴露于外部空间中，并与等离子体射流5直接接触，产生的等离子体射流5长度短、温度较高，距离电极3尖端1.5毫米和2.5毫米处的等离子体射流5温度分别为90摄氏度和50摄氏度。

(3)微波非热平衡等离子体射流装置

由于磁电管微波发生器产生等离子体装置结构程序复杂，产生的等离子体射流温度高，长度短，具体应用范围相对较窄，不详细介绍。

(4)脉冲直流非热平衡等离子体射流装置