一种新型的双同轴大气压微波等离子体射流器的设计与研究

【作者】 钟南亚； 黄卡玛；

【机构】 四川大学电子信息学院；

【摘要】 为了更好的调控微波等离子体射流的放电特性,增加等离子体射流的作用面积。本文成功地提出了一种基于双同轴结构和矩形波导功率分配器的新型大气压微波等离子体射流器。其中双同轴结构由一个细同轴线和一个粗同轴线组成。细同轴线的外导体被巧妙地设计为粗同轴线的内导体。通过矩形波导终端短平面的位置来调节馈入细同轴线和粗同轴线的微波功率的比例,基于FEM的计算方法预先验证了该矩形波导功率分配器可以调节馈入微波功率的比例。基于此,搭建相关实验系统,如图1所示。通过实验观察到当细同轴线和粗同轴线的微波功率和通入的气体流量比例不同时,等离子体射流的放电特性具有明显的区别,主要表现在火焰的形状、电子密度、电子温度、气体温度等。实验结果表明,在功率不变的情况下增加馈入粗同轴线的气体流量,或者在馈入两同轴线气体流量不变的情况下增加馈入粗同轴线的微波功率,都会显著提高电子密度和气体温度,并略微提高电子温度。不同的实验条件下,基于光谱法得到等离子体火焰的电子温度大概都在1.1eV的左右,这说明微波功率的增加或气体流量的增加主要增加了等离子体火焰的长度,对电子温度的影响较小。另外,保持细同轴线的微波功率和气体流量不变,通过调整馈入粗同轴线的微波功率和氩气流量,等离子体火焰的长度最终可以达到46毫米,直径可以达到5毫米。以上研究旨在增加等离子体射流的作用面积和调节等离子体射流的放电特性。更多还原