大直径射流的放电特性及其等离子体参数和活性粒子分布的光谱诊断

赵 娜, 吴凯玥, 陈俊宇, 贾鹏英, 李雪辰*

1. 河北大学物理科学与技术学院，河北 保定 071002 2. 邯郸学院数理学院，河北 邯郸 056000

引 言

大气压等离子体射流(atmospheric pressure plasma jet, APPJ)产生的等离子体羽中富含多种活性粒子，如OH，O，O3和NO等。这些活性粒子在许多领域具有十分重要的作用，如废水净化[1]、 元素探测[2]、 材料处理等。在这些活性粒子中，氧原子是极其重要的，因为它可以产生其他活性粒子(如O3，NO，NO2及OH等)。显然，等离子体羽中氧原子时空特性是决定处理效率和处理质量的关键因素。利用光谱法诊断氧原子浓度具有灵敏度高、 无干扰性等优点。

Lu等利用单电极APPJ，以大气压氦气作为工作气体，在正弦激励下产生了长11 cm的均匀等离子体羽[3]。Li等利用氩气作为工作气体，通过同轴介质阻挡放电(DBD)引燃的方式，在直流电压激励下产生了长5 cm的均匀等离子体羽[4]。Benabbas等利用高压脉冲电压激励DBD射流，产生了长度约为6 cm的均匀氩气等离子体羽[5]。Qian等提出一种“单针预电离双高压”型大气压冷等离子体射流源，指出上游电晕放电预电离有助于在下游形成均匀等离子体羽[6]。上游等离子体羽不仅对下游等离子体羽的均匀性有影响，且会影响下游等离子体羽的流光动力学行为[7]。以上提及的等离子体羽虽然具有一定长度，但其直径很小(只有毫米量级)。这样细的等离子体羽会限制APPJ的工作效率，为了提高其工作效率及优化处理效果，需要具有更大直径的等离子体羽[8]。Liu等采用介质厚度不均匀的DBD，以氮气作为工作气体产生了直径约为3.5 mm的均匀等离子体羽[9]。……