本发明专利技术公开了一种磁场增强等离子体射流的发生装置，属于低温等离子体领域，包括：等离子体射流发生单元，用于产生等离子体射流，并通过其气体输出管道输出等离子体射流；环形磁铁，环绕设置在气体输出管道的外侧，用于在气体输出管道内产生磁场，且磁场为等离子体射流提供的洛伦兹力的方向与等离子体射流的流动方向一致，以加快等离子体射流的流动速度。解决现有等离子体射流长度偏短、放电不均匀、活性成分浓度不高的问题，保证等离子体的弥散、空间分布的均匀性，增强等离子体中活性氧化物的浓度，提高这些产物在应用中与被处理物品的接触效率，进而提高整个装置的工作效率。进而提高整个装置的工作效率。进而提高整个装置的工作效率。
【技术实现步骤摘要】
一种磁场增强等离子体射流的发生装置
[0001]本专利技术属于低温等离子体领域，更具体地，涉及一种磁场增强等离子体射流的发生装置。
技术介绍
[0002]大气压低温等离子体射流通常是在气体通道击穿形成的电离波，因其发生在开放空间，不受狭窄气隙空间的限制，由电子、离子、中性粒子以及多种活性自由基组成的粒子集合，在生物医学、表面改性、纳米技术等领域具有巨大的应用潜力。介质阻挡放电是产生等离子体射流的一种常见方式，因为其在较小气体间隙可以产生大面积均匀等离子体而被广泛应用。为了提高等离子体射流的工作效率，一方面致力于研发类似于低压条件下汤森或辉光的弥散放电的等离子体射流，并且希望在放电弥散的同时可以获得尺寸更长面积更大的等离子射流；另一方面，由于气体间隙电离过程中产生的等离子体射流包含大量的活性物质，是在应用中发挥作用的主要成分，这些活性物质包含很多寿命短、浓度低的成分，一般认为增强电离强度可以有效地提高活性成分的浓度，这种行为在等离子体生物医学应用中起着至关重要的作用。
[0003]在各种应用领域，人们常把氦气作为介质阻挡等离子体射流的工作气体。然而，氦气昂贵的成本很难维持大规模的应用，并且想要获得高浓度的活性氧化物需要在氦气中掺入一定的氧气。而若以价格低廉的氩气作为工作气体，在常压下的放电通道极易收缩，放电成丝状模式，同样地，在有些时候需要掺入氧气以提高活性氧化物浓度。近些年，更希望以空气作为工作气体，但由于空气较高的击穿场强，很难做到像氦气氩气介质阻挡射流那样喷出。
[0004]专利CN112004304A通过可独立调控的电晕放电和介质阻挡放电的复合，促进径向空间电场的均匀性，降低了击穿电压。专利CN101466194A采用针电极和环状高压电极，针电极放电为环状电极放电提供种子电子，在环状电极与接地电极之间形成稳定的辉光放电等离子体射流，但是该装置的针电极与环状电极上施加的是相同的高压，不能对针电极与环状电极的电压独立调节，从而导致放电区域空间电场位形固定，不利于形成均匀的大面积等离子体。专利CN109587921A利用高能电子的碰撞电离，实现大面积均匀等离子体的产生，同时电子的能量可调节和控制，但是其装置结构复杂、成本高。现有的这些等离子体射流还无法提高电离强度的同时做到稳定弥散的放电并且获得高浓度的活性成分，并且由于不同的工作气体所需要的不同击穿电压，所获得的射流长度也具有很明显的差异。这是当前等离子体在各种应用领域内亟待解决的问题。
技术实现思路
[0005]针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术提供了一种磁场增强等离子体射流的发生装置，其目的在于解决现有等离子体射流长度偏短、放电不均匀、活性成分浓度不高的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种磁场增强等离子体射流的发生装置，包括：等离子体射流发生单元，用于产生等离子体射流，并通过其气体输出管道输出所述等离子体射流；环形磁铁，环绕设置在所述气体输出管道的外侧，用于在所述气体输出管道内产生磁场，且所述磁场为所述等离子体射流提供的洛伦兹力的方向与所述等离子体射流的流动方向一致，以加快所述等离子体射流的流动速度。
[0007]更进一步地，所述等离子体射流发生单元包括：第一介质管、第一电极、第二电极、高压电源和气源，所述气源与所述第一介质管连通；所述第一电极通过所述第一介质管的一端插入所述第一介质管，且与所述第一介质管同轴，所述第一电极与所述第一介质管之间形成气体管道；所述第一介质管的另一端开口并作为所述气体管道的气体输出口；所述气体管道中位于所述气体输出口侧的一部分作为所述气体输出管道；所述第二电极环绕设置在所述气体输出管道处的第一介质管外壁，所述环形磁铁环绕设置在所述第二电极的外侧；所述第一电极和所述第二电极分别连接所述高压电源和地，或者，所述第一电极和所述第二电极分别连接地和所述高压电源。
[0008]更进一步地，所述等离子体射流发生单元还包括：流量控制器，连接在所述气源与所述第一介质管之间，用于控制所述气源输入至所述第一介质管中的气体的流量。
[0009]更进一步地，所述高压电源为交流电源或高压脉冲电源，通过控制所述高压电源的电压，调节所述第一电极和所述第二电极之间的放电。
[0010]更进一步地，所述第一电极为表面光滑的锥形电极或者表面设置有螺旋结构的锥形电极。
[0011]更进一步地，所述第一电极为实心棒状圆柱电极或者实心棒状针电极，所述等离子体射流发生单元还包括：第二介质管，与所述第一电极同轴贴合设置。
[0012]更进一步地，所述第一介质管和所述第二介质管的材质为石英玻璃或陶瓷。
[0013]更进一步地，当所述第一电极为实心棒状针电极时，所述第二电极与所述实心棒状针电极直径较小的一端之间相距预设距离。
[0014]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
[0015](1)在等离子体射流发生单元的气体输出管道外侧环绕设置环形磁铁，环形磁铁产生的磁场方向与放电电场的方向正交，满足左手定则，使得作用在等离子体射流中带电粒子上的洛伦兹力与气流推动力方向一致，加快等离子体射流的流动速度解决现有等离子体射流长度偏短、放电不均匀、活性成分浓度不高的问题，保证等离子体的弥散、空间分布的均匀性，增强等离子体中活性氧化物的浓度，提高这些产物在应用中与被处理物品的接触效率，进而提高整个系统的工作效率；
[0016](2)进一步地，通过流量控制器调节气体流量，使得作用在等离子体上的洛伦兹力和推力达到最佳适配，增强等离子体的电离强度，在这种作用下，电离强度的增强使得等离子体的产生面积更大更加均匀，射流的长度也更长，并维持稳定获得重复性非常好的放电；
[0017](3)等离子体的气体温度接近室温，提高了等离子体中短寿命、高活性成分的浓度，在生物应用、材料处理方面，接触更全面，整体处理效率更高，可以在更短的时间获得更好的效果，提高整个装置的工作效率。
附图说明
[0018]图1为本专利技术实施例提供的采用实心棒状圆柱电极的磁场增强等离子体射流的发生装置的结构示意图；
[0019]图2为本专利技术实施例提供的采用实心棒状针电极的磁场增强等离子体射流的发生装置的结构示意图；
[0020]图3为本专利技术实施例提供的采用表面光滑的锥形电极的磁场增强等离子体射流的发生装置的结构示意图；
[0021]图4为本专利技术实施例提供的采用表面设置有螺旋结构的锥形电极的磁场增强等离子体射流的发生装置的结构示意图。
[0022]在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或者结构，其中：
[0023]1为高压电源，2为高压导线，3为第一介质管，4为第一电极，5为第二介质管，6为第二电极，7为气体管道，8为环形磁铁，9为接地线，10为气体输出口，11为等离子体射流，12为气体输入口，13为流量控制器，14为气体输送管道，15为气源。
具体实施方式
[0024]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种磁场增强等离子体射流的发生装置，其特征在于，包括：等离子体射流发生单元，用于产生等离子体射流，并通过其气体输出管道输出所述等离子体射流；环形磁铁，环绕设置在所述气体输出管道的外侧，用于在所述气体输出管道内产生磁场，且所述磁场为所述等离子体射流提供的洛伦兹力的方向与所述等离子体射流的流动方向一致，以加快所述等离子体射流的流动速度。2.如权利要求1所述的磁场增强等离子体射流的发生装置，其特征在于，所述等离子体射流发生单元包括：第一介质管、第一电极、第二电极、高压电源和气源，所述气源与所述第一介质管连通；所述第一电极通过所述第一介质管的一端插入所述第一介质管，且与所述第一介质管同轴，所述第一电极与所述第一介质管之间形成气体管道；所述第一介质管的另一端开口并作为所述气体管道的气体输出口；所述气体管道中位于所述气体输出口侧的一部分作为所述气体输出管道；所述第二电极环绕设置在所述气体输出管道处的第一介质管外壁，所述环形磁铁环绕设置在所述第二电极的外侧；所述第一电极和所述第二电极分别连接所述高压电源和地，或者，所述第一电极和所述第二电极分别连接地和所述高压电源。3.如权利要求2所述的磁场增强等离子体射流的发生...
【专利技术属性】
技术研发人员：卢新培，晋绍珲，聂兰兰，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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