توليد و بررسي گوي پلاسمايي و تبديل آن به جت پلاسماي فشار اتمسفري موج‌ ميكرو

Generation and investigation of plasma ball and plasma jet by microwave at atmospheric pressure

در اين مقاله به توليد و بررسي گوي پلاسماي موج‌ميكرو و تبديل آن به جت پلاسماي موج‌ميكرو با عبور يك گاز از نازل در فشار اتمسفري مي‌پردازيم. اثر نوع گاز در ويژگي‌هاي حرارتي گوي پلاسما و جت ناشي از آن بررسي مي‌شود. براي توليد گوي پلاسما از روش جذب تشديدي امواج الكترومغناطيس توسط آنتن فلزي در داخل محفظه و به تبع آن يونش گاز اطراف آنتن استفاده كرديم. در اين تحقيق از يك مگنترون تجاري در بسامد 45/2 گيگاهرتز براي توليد گوي پلاسما از طريق هدايت موج الكترومغناطيسي به داخل يك محفظه استفاده شد. از گازهاي آرگون، نيتروژن، هوا و تركيب آرگون/ نيتروژن براي توليد جت پلاسما استفاده شد. براي تحليل و شناسايي گونه‌هاي پلاسمايي موجود در جت پلاسما، بيناب‌نمايي گسيل نوري (OES) انجام گرفت. در بيناب‌سنجي گسيل نوري وجود گونه‌هاي اتمي، يوني، مولكولي خنثي و برانگيخته از عناصر تشكيل دهنده آنتن و گاز مورد استفاده مانند آرگون، نيتروژن و اكسيژن تشخيص داده شد. جنس آنتن بر روي طول جت تأثير چشمگيري داشت، به طوري كه در آنتن آلياژ (نيكل- آهن) بيشترين طول جت را مشاهده كرديم. نتايج آزمايش‌ها نشان داد كه تغيير قابل ملاحظه‌اي در طول جت پلاسما در شار گازي متفاوت و همچنين در توان‌هاي اعمالي مختلف وجود ندارد و بيشتر به جنس آنتن و نوع گاز بستگي دارد

In this work, we first produced microwave plasma ball, then changed the ball into a microwave plasma jet by flowing a working gas through a nozzle. The effect of working gas on the thermal characteristics of the plasma ball and atmospheric pressure microwave plasma jet was investigated. We used resonant absorption scheme by a metallic antenna inside a chamber in which led to the ionization of surrounded gas forming the plasma. A commercial magnetron at 2.45 GHz was used to produce plasma by various gases such as argon, nitrogen, air and argon/nitrogen composition. For analysis and identification of reactive species in the plasma, the optical spectroscopy (OES) was carried out. Optical emission spectroscopy of the plasma ball/jet revealed the presence of reactive neutral and excited atomic and molecular components generating from working gases and antenna materials. The antenna material has a significant impact on the jet length, so that maximum length of the plasma jet was observed in Fe-Ni antenna. The results of the experiments revealed that there is no significant change in the plasma jet length versus different gas flow rates and applied powers, while it is more sensitive to the gas type and antenna material.