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等離子體有多種產(chǎn)生方式,主要方式是氣體放電。這種方式是通過對(duì)氣體施加能量使氣體分子轉(zhuǎn)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài),繼而發(fā)生電離。在這一過程中,核外電子由于吸收外界能量從而令原子核失去對(duì)電子的約束,進(jìn)而將氣體變?yōu)橛啥喾N活性粒子組成的非平衡態(tài)物質(zhì)。等離子體中的活性粒子無時(shí)無刻不在運(yùn)動(dòng),相互之間發(fā)生碰撞?；钚粤Ｗ又g發(fā)生的彈性碰撞不會(huì)使粒子系統(tǒng)損失動(dòng)能,不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)溫度改變,也不會(huì)產(chǎn)生光子或其他的活性粒子,這種碰撞幾乎不會(huì)影響等離子體的特性。然而非彈性碰撞則恰恰相反,將使粒子的速度發(fā)生改變、導(dǎo)致其所處狀態(tài)與前一時(shí)刻不同、或改變其所帶的電荷種類和大小,也可能會(huì)產(chǎn)生光子或新的活性粒子,從而影響等離子體的特性。在氣體放電后,粒子之間在發(fā)生碰撞的過程中會(huì)產(chǎn)生大量新的粒子以及處于激發(fā)態(tài)的粒子或者自由基團(tuán),在電場和氣流的共同作用下,可以形成射流狀的冷等離子體,即冷等離子體射流。

大氣壓冷等離子體射流的發(fā)生裝置主要包括氣源、等離子體電源和等離子體發(fā)生器。常見的工作氣體主要包括氧氣、氦氣、氮?dú)獾?。等離子體電源主要包括中頻交流電源、直流電源、射頻電源等。等離子體發(fā)生器可依據(jù)放電形式的不同分為多種,常見的包括介質(zhì)阻擋放電、裸電極放電發(fā)生裝置等。

(1) 介質(zhì)阻擋放電裝置

介質(zhì)阻擋放電是由多個(gè)微放電形成的冷等離子體放電形式,最明顯的特點(diǎn)是玻璃或陶瓷等絕緣物質(zhì)被放置于裝置的高壓、低壓電極間,如圖1所示。介質(zhì)阻擋放電發(fā)生裝置可按照電極形狀、絕緣物質(zhì)位置的不同分為多種,但放電原理基本相近。

圖 1 介質(zhì)阻擋放電發(fā)生裝置 

(2) 裸電極放電發(fā)生裝置

介質(zhì)阻擋放電的放電過程需要擊穿阻擋于電極之間的玻璃等絕緣介質(zhì);而裸電極放電的電極直接裸露在放電間隙內(nèi),之間并無絕緣介質(zhì),放電過程中只需將其間的工作氣體擊穿。常見的裸電極放電發(fā)生裝置如圖2所示,高壓電極與接地電極間并無介質(zhì),高壓直接作用在裸露的針電極與環(huán)電極之間,導(dǎo)致產(chǎn)生的冷等離子體射流具有相對(duì)較低的電位。此外,裸電極放電產(chǎn)生的冷等離子體宏觀溫度較低、且射流更加穩(wěn)定。

  圖2 裸電極放電發(fā)生裝置