Исследование истечения газового потока в гелиевой плазменной струе барьерного разряда

Физика плазмы является очень востребованной областью современной физики. Устройства с использованием плазмы пользуются широкой популярностью в различных сферах жизни: осветительные приборы на основе тлеющего разряда; газовые лазеры, газ в которых ионизируется электрический разрядом, превращаясь в плазму; озонаторы, использующиеся для устранения запахов и дезинфекции воды и воздуха. Помимо этого, холодная плазма может использоваться в плазменной медицине для нейтрализации бактерий, дезинфекции поверхностей, а также при лечении различного рода ран. Имеется кварцевая трубка, в которой находится активный электрод: на него подаётся переменное напряжение, снаружи трубки находится заземлённый электрод. В трубку вдувается гелий, в результате высокой напряжённости электрического поля внутри трубки гелий ионизируется и генерируется холодная плазма. Энергия ионизации гелия выше, чем у кислорода и азота, поэтому при истечении гелиевой плазменной струи в воздух, когда происходит столкновение ионов гелия с атомами кислорода или азота, ион гелия способен ионизировать атом азота или кислорода и возбудить их. Возбуждённые ионы кислорода и азота обладают окислительными свойствами и способны при взаимодействии с бактериями уничтожать их защитную оболочку. Главной особенностью использования холодной плазмы в плазменной медицине является то, что обрабатываемая поверхность непосредственно не взаимодействует с источником напряжения, а обдувается ионизированным потоком газа, что делает данный метод более безопасным для человека. В рамках выпускной квалификационной работы бакалавра было проведено исследование истечения газового потока в гелиевой плазменной струе барьерного разряда, а именно, была подробно изучено структура плазменной струи, условия при которых она меняется. Это исследование было прорывным в данной области, потому что выполнялось с использованием лазерной анемометрии, позволяющей визуализировать гидродинамические потоки и проводить обработку полей скорости при помощи статистического метода визуализирующих частиц. В результате, благодаря полученным данным, можно предположить границы применимости устройства на основе данного эффекта в рамках гидродинамики плазменной струи. Тема же магистерской диссертации затрагивает несколько иную сторону вопроса. Актуально исследовать электрические параметры барьерного разряда и разрядной камеры в зависимости от конфигурации электродов, чтобы определить границы применимости устройства уже в рамках электрофизики. Для этого была собрана измерительная схема, состоящая из источника высокочастотного переменного напряжения, трансформатора напряжения, осциллографа и измерительных элементов: конденсаторов, резисторов и др. Измеряются ток источника, напряжение на активном электроде, ток с заземлённого электрода на землю, температура ячейки, влажность воздуха, содержание озона в воздухе, содержание NO2 в воздухе. Таким образом, поставив эксперимент, можно собрать большое количество данных об устройстве, из которых можно рассчитать электрические параметры. Ставится несколько задач: 1) рассчитать электрические параметры ячейки от различных конфигураций электродов; 2) определить зависимость этих параметров от внешних факторов: например, влажности воздуха в ячейке; 3) определить, до какой температуры нагревается рабочий газ в ячейке; 4) Когда в ячейке горит разряд, происходят пробои между электродами, их может происходить несколько на период, а может не произойти ни одного на период, потому что это статистическое явление. Задача выяснить, можно ли считать корректным измерение по одному периоду. Глобальной же целью работы является изучение электрических параметров устройства на основе гелиевой плазменной струи от различных условий, что может оказать влияние на его использование для обработки бактерий, различных поверхностей, возможно даже повреждённых участков кожи человека или животных.