公开了生成真实脉冲等离子体流的装置和方法。该装置包括包含阴极和阴极支持部的阴极组件、阳极和两个或更多个中间电极，该阳极和中间电极形成向阳极扩展的等离子体通道。该最接近阴极的中间电极可以形成围绕阴极尖端的等离子体腔。形成延伸通道的延伸喷嘴被固定到到装置的阳极末端，该延伸通道沿其内表面的至少一部分具有管状绝缘体。在操作中，电压施加在阴极和阳极之间，且电流通过阴极、等离子体和阳极。选择电压和电流特性（ｐｒｏｆｉｌｅ）来引起具有所要求的特性的等离子体流快速形成。在延伸喷嘴中实现等离子体脉冲的大致均匀的温度和功率密度分布。此外，在生成等离子体脉冲过程中，在延伸喷嘴中可以生成臭氧。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及等离子体生成装置，更具体地，涉及等离子体生成装置，以及为需要纯 净等离子体的应用生产脉冲等离子体的方法。
技术介绍
等离子体生成装置在许多领域都发挥重要的作用。例如，等离子体被用于例如电 视机和计算机监视器的显示器、摄谱学中，被用于例如涂覆的喷涂应用之中，以及被用于医 学之中。本领域众所周知，等离子体可被有效地用于医疗领域中的组织切割、凝血以及汽 化。为得到最好的结果，生成的等离子体不得不具有精确的特性，例如速度、温度、能量密度 等。优选地，用于医学应用的等离子体也必须是纯净的。换句话说，其应该仅包括被电离的 等离子体生成气体的微粒而不包括其他微粒，例如在操作中从等离子体生成装置的不同部 分分离出的物质。最近，已经尝试使用等离子体来进行组织治疗，特别是皮肤治疗。当与皮肤表面接 触时，取决于其在皮肤表面上产生的温度升高，等离子体可能具有不同的效果。例如，将温 度升高大约35°C _38°C，将会产生祛皱效果。而将温度升高大约70°C，则会移除表皮层，这 在整形手术中是有用的。已经认识到，适于组织切割、凝血和汽化的连续等离子体流通常并 不适于其他类型的组织治疗，特别是不适于皮肤治疗。相反，为了避免由于使用连续等离子 体流而造成的不希望的皮肤损伤，使用脉冲等离子体。本领域目前已知可用于此目的两种 类型的装置。在美国专利No. 6，629，974中公开的装置是第一类型的例子。在这类装置中，通过 使例如氮的等离子体生成气体通过交变电场来生成等离子体。交变电场在气体中建立了自 由电子的快速移动。快速移动的电子从气体原子中撞击出其他电子，形成已知的电子雪崩， 而这又产生了电晕放电。通过在脉冲中施加电场，产生了脉冲电晕放电。用于产生脉冲电 晕放电的该方法的优点是(1)在流中不存在杂质，以及(2)实现真实脉冲流的生成的短的 启动时间。为了本公开的目的，真实脉冲流是指在该脉冲的关断时段期间完全停止的流。该第一类型的装置和方法的缺点则在于产生的电晕放电具有大约2000°C的固定 的最大温度。在该装置中形成的该电晕放电绝不会变成高温等离子体。为了通过该类型的 装置取得在皮肤治疗中改变胶原所需的1-4焦耳的能量，等离子体生成气体流的速率必须 相对较高。例如，在这样的装置中使用氩需要大约20公升/分钟的流速，以获得所需的能 量。这样的流速对于皮肤治疗是不可行的。当将氩用于生成等离子体时，可以用仅大约5 公升/分钟的流速来获得所需的能量，但是即便这个流速也会使患者感到不舒服。因此，第 一类型的装置的应用受到了能够产生电晕放电的放电过程的特性的限制。第二类型的装置通过以电弧加热经过等离子体通道的等离子体生成气体流来生 成等离子体，该电弧建立在阴极和形成该等离子通道的阳极之间。第二类型的装置的例子 在美国专利No. 6，475，215中被公开。依据美国专利No. 6，475，215的公开内容，作为等离子体生成气体，优选为氩，穿过等离子体通道，脉冲DC电压施加在阳极和阴极之间。将或不 将预定的恒定偏压加到脉冲DC电压上。在电压脉冲期间，等离子体生成气体中的自由电子 的数量增加，从而导致等离子体的电阻减小和流过等离子体的电流的指数增长。在关断时 段中，等离子体生成气体中的自由电子的数量减少，从而导致等离子体的电阻增大和流经 等离子体的电流的指数减小。虽然在关断时段中电流较低，但其并没有完全停止。由于该 低电流(称为备用电流)不产生真实脉冲等离子体流，因而是不想要的。在关断时段中，维 持连续的低功率等离子体流。本质上，该装置没有生成脉冲等离子体，而是生成具有功率尖 峰(称为脉冲)的连续等离子体流，从而模拟了脉冲等离子体。由于关断时段远比脉冲长， 该装置在关断时段内输出大量能量，因此，它不能被有效地用于需要真实脉冲等离子体流 的应用。例如，如果该装置被用于皮肤治疗，则在每次脉冲后，不得不从皮肤表面移走该装 置，以使皮肤不会在关断时段中暴露在低功率等离子体下。这损害了该装置的可用性。当使用在美国专利No. 6，475，215中公开的装置时，在脉冲之间将通过该等离子 体的电流降至零并对于等离子体的每次脉冲均重启该装置是不可实现的。作为使高电流通 过阴极而不保证阴极电弧附加装置得到良好控制的结果，为每次脉冲重启装置将导致阴极 的快速损坏。由于装置的结构的原因，在美国专利No. 6，475，215中公开的装置以及在本领域 中当前已知的该类型的其他装置不能生成可安全地用于患者的真实脉冲等离子体流。在关 断时段之后，将花费几毫秒来达到等离子体流阶段。在这几毫秒中，等离子体特性不容易被 控制，因此其不能被用于患者。此外，当这种类型的装置启动时，由于溅射而发生电极的一 定程度的腐蚀。该腐蚀导致分离的电极材料在等离子体中流动。当使用连续的等离子体流 时，该启动杂质是相对较小的缺点，因为启动以及与其相关的杂质每次治疗仅出现一次。因 此，在启动之后可以等待几秒钟，以便在开始实际治疗前使电极材料离开该装置。然而，当 使用脉冲等离子体流时，等待杂质离开该装置是不实际的，因为在等待时段结束之前必须 生成等离子体的下一脉冲。当等离子体流已经在之前被创建时，只需几微秒来增大或减小等离子体流中的电 流。此外，由于没有启动，杂质不进入等离子体流，并且在阴极上不存在压力。但是，如上所 述，即使持续维持经过等离子体的低电流也会使该装置对于需要真实脉冲等离子体流的某 些应用而言不是最优的。借助用电弧加热等离子体生成气体来生成真实脉冲等离子体流的困难主要是由 发生在电极上的过程的特性造成的。一般地，并且特别对于医学应用而言，当电流快速增大 时，确保操作不腐蚀阳极和阴极是极为重要的。在电流快速增大期间，阴极的温度可能较 低，且在脉冲的随后重复期间不易被控制。当在阴极和阳极之间生成电弧时，该电弧接合到 阴极的区域很大程度上取决于阴极的初始温度。当阴极是冷却的时，该接合区域就相对较 小。在几次脉冲之后，阴极的温度增高，从而在电流快速增大过程中，该接合区域在阴极的 整个表面区域上延伸，甚至在阴极支持部上延伸。在这些情况下，阴极电势开始波动，且阴 极腐蚀开始。此外，如果电弧的接合区域达到阴极支持部，则该支持部将开始熔化，从而会 将不希望的杂质引入等离子体流。在阳极表面上会出现类似情况。当电弧中的电流快速增大时，等离子体流没有足 够的时间来达到高温。结果，接近阳极表面的等离子体的富集度较低。这导致了阳极的电势下降及其波动，而该波动导致了阴极的强烈腐蚀。阴极和阳极的电势波动导致脉冲等离子体流的能量不稳定和不容易控制。为了使阴极正常发挥作用，在等离子体的每次脉冲中的电流快速增大的时段中， 必须控制电弧接合到阴极表面的区域的精确位置和大小。为了使阳极正常发挥作用，在电 流快速增大期间以及在脉冲的工作时段中，必须在阳极表面处建立被加热的等离子体流。生成真实脉冲等离子体，特别是为了医学应用生成真实脉冲等离子体将引起几个 其他问题。首先，如上所述，等离子体必须是纯净的，不含有任何电极材料或其它杂质。其 次，必须控制生成的等离子体脉冲的特性。起初，通过控制脉冲的持续时间、电压和电流，能 够控制由脉冲传递的能量。为了一些应用，例如皮肤治疗，仅控制在脉冲中传递的能量是不 够的，能量和温本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于生成等离子体脉冲的装置，包括：ａ．阳极；ｂ．包括（ｉ）一个或多个阴极和（ｉｉ）阴极支持部的阴极组件；ｃ．等离子体通道，其在所述阴极组件之间纵向延伸并经过所述阳极，并且具有在所述阳极的末端开口的出口，一部分所述等离子体通道由两个或更多个彼此电绝缘且与阳极电绝缘的中间电极形成，所述等离子体通道包括最接近所述阴极组件的加热部分、阳极部分和在所述加热部分和所述阳极部分之间的扩展部分，所述扩展部分具有两个或更多个段，其中所述扩展部分的每个相继的段的直径朝所述阳极增大；以及ｄ．延伸喷嘴，其连接到等离子体通道的所述阳极的末端并形成延伸通道，该延伸通道具有覆盖所述延伸通道的内部表面的一部分的管状绝缘体。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
【专利技术属性】
技术研发人员：尼克雷萨斯洛夫，
申请(专利权)人：普拉斯马外科投资有限公司，
类型：发明
国别省市：VG[英属维尔京群岛]
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