Приборы и техника эксперимента, 2021, № 1, стр. 155-156

Нетермальная плазма атмосферного давления (по-другому, нетермальная атмосферная плазма – н.т.а.п.) обладает температурой, близкой к комнатной, что открывает широкие перспективы для ее многочисленных медицинских, научных и промышленных применений [1]. И в первую очередь, для модификации свойств различных поверхностей – химической активности, бактериальной осемененности, адгезии, пористости, смачиваемости, пластичности и т.п., в том числе для обработки таких теплочувствительных материалов, как полимеры и биологические ткани.

Н.т.а.п. может быть получена с помощью коронного, поверхностного, тлеющего и диэлектрического барьерного разрядов. В последние годы также возрастает интерес к использованию сверхвысокочастотных (с.в.ч.) генераторов в качестве источников энергии для получения нетермальной плазмы [2–4].

Мы использовали в качестве источника н.т.а.п. электродный с.в.ч.-разрядник коаксиальной конфигурации. Основу его составляет отрезок жесткой коаксиальной линии резонансной длины с питанием от прямоугольного волновода, нагруженного на согласованную нагрузку (рис. 1). Центральный проводник коаксиала 1 проходит сквозь волновод 2 посередине его широких стенок перпендикулярно к ним. Один из выступающих концов коаксиала замкнут накоротко цанговым подвижным сочленением 3, зона контакта вынесена в область минимума поверхностных токов. На втором конце коаксиала обеспечены условия холостого хода. По оси центрального проводника с разомкнутого конца выполнены радиальные пропилы 4 резонансной длины. Подача рабочего газа (аргона ≅5 л/мин) в зону разряда осуществляется по центральному проводнику, выполненному в виде полой трубки, либо непосредственно в зазор между внутренним и внешним проводниками коаксиала. В качестве источника с.в.ч.-энергии использовался недорогой магнетронный генератор диапазона 2.45 ГГц мощностью 200 Вт [5].

Рис. 1.

Схема конструкции с.в.ч.-разрядника. 1 – центральный проводник коаксиала; 2 – питающий волновод; 3 – цанговый подвижный замыкатель; 4 – радиальные пропилы; 5 – внешний электрод разрядника.

На рис. 2 показан внешний вид с.в.ч.-источника н.т.а.п. Для снижения температуры исходящей из сопла разрядника струи внешний электрод разрядника охлаждается проточной водой. На выходе из разрядника температура на оси струи составляет ≅300°С, на расстоянии 30 мм от сопла – около 180°С, на расстоянии 45 мм – 60°С, на расстоянии 55 мм – 30°С и далее постепенно приближается к температуре окружающей среды.

Рис. 2.

Внешний вид с.в.ч.-источника нетермальной плазмы.

На рис. 3а представлена конструкция четырех- и восьмигранного наконечника разрядника, на рис. 3б – соответствующий вид разряда в аргоне. При оптимальной настройке параметров системы разряд зажигается самостоятельно и устойчиво поддерживается в течение длительного времени.

Рис. 3.

Варианты исполнения наконечника центрального проводника разрядника (а) и характерный вид с.в.ч.-разряда в нем (б).

Работа выполняется при поддержке гранта РФФИ № 20-08-00894.