Введение к работе
Актуальность работы: В настоящее время низкотемпературная плазма успешно решает практические задачи, связанные с обработкой материалов, в том числе и медицинских объектов. Успехи применения низкотемпературной плазмы связаны с тем, что многие результаты применений не имеют традиционных аналогов. Особенно это проявляется в медицине, где бактерицидные свойства плазмы являются, по-видимому, незаменимыми.
В [1] показана возможность получения микроплазменных источников низкотемпературной плазмы атмосферного давления, в которых за счет конфигурации электродов сохраняется величина межэлектродного промежутка при переходе к высоким давлениям. Особенность конфигурации электродов связана с тем, что анод выполняется в форме острия с малым радиусом закругления, а катод в форме плоскости. В такой геометрии разряд представляет собой сферическое плазменное образование, локализованное на кончике анода в форме острия при темном разрядном промежутке до катодного свечения. Микроплазменные источники с анодом в форме острия имеют при малой потребляемой мощности менее 50 Вт, высокую плотность мощности, вкладываемую в при-анодное плазменное образование р »105 ^_ и яркость 2-104 Ю_ [2].
см2 м
Перспективными направлениями применения таких источников являются: дисплейные панели [3,4], модификация и нанесение полупроводниковых материалов [5], обработка материалов [6,7], использование в качестве аналитического инструмента [8,9], модификация поверхности [10], создание активной среды лазеров [11]. Высокие параметры прианодной плазмы и её сферическая форма указывают на эффективную местную ионизацию вблизи кончика острия при существенном снижении плотности тока на остальную поверхность анода. Анодная область такого источника плазмы является плохо изученной. Малые размеры плазменного образования препятствуют его экспериментальному изучению традиционными способами. Однако, без информации об анодной области разряда с острийным анодом невозможно построить полную картину механизма существования данного типа разряда и как следствие внедрить данный тип разряда в производство. Поэтому работы в указанном направлении актуальны и несут в себе большой прикладной потенциал.
Цель работы заключалась в исследовании прианодной области разряда с анодом в форме острия с получением данных о распределениях
концентрации плазмы, потенциала, температуры электронов, условиях создания и поддержания разряда, их зависимостях от радиуса кривизны анода, давления рабочего газа и разрядного тока.
Основные задачи исследования:
Разработка зондового метода диагностики параметров плазмы для исследования малых (менее 1 миллиметра) плазменных образований;
Исследование зависимостей параметров прианодной плазмы от разрядного тока, давления газа, радиуса кривизны анода в форме острия;
Теоретическое описание прианодной области разряда с анодом в форме острия и сравнение результатов моделирования на его основе с экспериментальными данными.
Научная новизна работы определяется тем, что в ней впервые:
Проведено экспериментальное исследование и компьютерное моделирование пространственных распределений параметров плазмы в прианодной области.
Исследовано влияние давления рабочего газа, тока, радиуса закругления анода на распределения в анодной области.
Предложен метод зондовых измерений пространственных распределений параметров малых плазменных образований.
Практическая ценность работы
Разработанная зондовая методика диагностики плазмы позволяет проводить пространственные измерения параметров малых плазменных образований.
Полученные экспериментальные данные и компьютерное моделирование дают основу к практическому применению разряда с анодом в форме острия в медицине, технологии нанесения полупроводниковых материалов, модификации поверхности, в качестве точечных источников излучения, индикаторов и активной среды лазеров.
Основные положения выносимые на защиту:
Экспериментальные данные параметров плазмы в микроплазменном образовании, их зависимости от давления, разрядного тока и радиусов закругления анода.
Теоретическая модель и компьютерное моделирование распределения концентрации плазмы микроплазменного образования.
Метод зондового измерения пространственных распределений параметров в малых плазменных образованиях.
Апробация работы: Основные результаты диссертационной работы были доложены на:
VII Всероссийской конференции с международным участием «Успехи современного естествознания» Сочи 2006 г. (2 доклада), III Всероссийской конференции молодых ученых Физика и химия высокоэнергетических систем. Томск 2007 г, Всероссийская научная конференция по физике низкотемпературной плазмы (ФНТП-2007). Петрозаводск. 2007 г. (2 доклада), научных семинарах кафедры "электроники и электроэнергетики" ПетрГУ.
Публикации: По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ, из которых 1 является из списка ВАК. Список основных публикаций приведён в конце автореферата.
Вклад автора: Все экспериментальные исследования проведены за период 2005-2008 г. автором, которым сформулированы и обоснованы все задачи диссертации. В коллективных работах автору принадлежат изложенные в диссертации выводы и защищаемые положения.
Обьем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения, списка литературы и приложения. Основное содержание работы изложено на 85 страницах, включая 46 рисунков и списка литературы из 64 наименований. Приложение содержит 6 страниц.
