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第30卷，第11期2010年11月Vol.30,No.11,pp2894-2896November,2010光谱学与光谱

第30卷，第11期2010年11月

Vol.30,No.11,pp2894-2896

November,2010

SpectroscopyandSpectralAnalysis

发射光谱研究大气压等离子体射流的气体温度

李雪辰，袁宁，贾鹏英，牛东莹河北大学物理科学与技术学院，河北保定071002

摘要采用介质阻挡放电等离子体喷枪装置，在大气压下流动氯气中产生了射流等离子体。利用光电倍增管，对射流等离子体进行了时空分辨测量，分析了等离子体喷枪内介质阻挡放电和外部等离子体羽的放

~电特性。利用高分辨率光谱仪采集等离子体羽处的发射光谱，通过对发射光谱中OHA2z+→X2Ⅱ,307.7

308.9nm)及N的第一负系(B2→X2n,390～391.6nm)谱线拟合得到了射流等离子体的转动温度，拟合得到的转动温度分别为443和450K。在5%的误差范围内，这2种方法得到的结果是一致的。由于在大气压下，转动温度近似等于产生气体放电的气体温度，所以可以确定大气压射流等离子体气体温度。利用该方法研究了不同电压下的气体温度，发现气体温度随着外加电压增加而增大。

关键词射流等离子体；转动温度；光学发射谱

中图分类号：0539文献标识码：ADOI:10.3964/j.issn.1000-0593(2010)11-2894-03

引言

谱，选取OH(A2≥+→X2Ⅱ,307.7-308.9nm)及N的第一负系(B2→X2Ⅱ,390-391.6nm)谱线，与理论模拟谱

在工业生产中若使用低气压产生低温等离子体，则放电过程必须始终维持在低气压状态，不易于流水线连续生产的实现。因此高气压(一个大气压及以上)下产生的低温等离子体更适合工业应用。另外，在高气压下许多三体碰撞过程(如紫外产生)才具有较高的转换效率。从这两方面来看，工业应用都需要高气压等离子体。因此，高气压特别是大气压产生的低温等离子体在等离子体平板显示、薄膜制备、等离子体材料处理、汽车尾气处理、自来水杀菌等领域有许多重要的应用，从而越来越显示出诱人的经济和环保效益1-5]。

利用介质阻挡放电等离子体喷枪装置可以在大气压下产生射流等离子体，这种射流等离子体不局限在放电空间，而是可以根据需要将等离子体产生在需要的地方。在生物医药应用上，这种优点尤其重要，例如利用它可以实现伤口消毒。但现在关于等离子体杀菌消毒的机理仍然不很清楚，即是气体放电中产生的热杀菌还是由活性粒子与被处理物体相互作用而起的结果，仍然不太清楚。无疑，确定了射流等离子体的气体温度对以上杀菌机理的研究是非常重要的。

针对于此，本文采用介质阻挡放电等离子体喷枪装置，以流动的氩气作为工作气体，在大气压下产生稳定的射流等离子体。对射流等离子体进行时空分辨测量，从而了解放电特性。利用高分辨率的光谱仪记录等离子体羽处的发射光

线拟合得到射流等离子体的转动温度，从而得到等离子体喷枪放电中的气体温度。

1实验装置

实验装置如图1所示，等离子体喷枪是一种介质阻挡放电装置，其内电极为一个金属钨棒，外电极是水层。水处于双层玻璃管中间，双层玻璃管以钨棒为轴具有同轴结构。利用外接水泵形成循环流动的水，这样可以冷却介质层并带走放电中剩余的热，使整个放电过程更加稳定。内层玻璃管内径为7mm,玻璃管内通人流动氩气，同时内层玻璃管作为介质层，把水电极和钨电极分开。钨电极的直径为1mm,外层玻璃管的内径为10mm,内外层玻璃管的厚度均为1mm,

管长均为12.8cm。内电极钨接高压电源的高压端，外电极接地。电源电压调节范围为0~10kV,频率的调节范围为30~60kHz。高压电源的输出利用高压探头(Tektron-ixP6015A,1000X)来测量并用数字示波器(泰克公司生产，型号为TektronixDPO5054B,)记录。同时数字示波器与光电倍增管(滨松HamamatsuH7826-01)相连来记录放电过程中的光信号，放电电流通过测量放电回路中串联的小电阻(R=50Ω)上的分压得到。等离子体羽处发射光谱的测量通过焦距为10cm透镜会聚后，由光纤导入光谱仪(型号：AC-

收稿日期：2009-12-12,修订日期：2010-03-16

基金项目：国家自然科学基金项目10647123)和河北省自然科学基金项目(A2007000134,A2007000127,A2