【摘要】：大氣壓低溫等離子體是指等離子體中電子的溫度遠(yuǎn)高于其它粒子溫度,它的一個(gè)重要特點(diǎn)是非平衡性。本論文設(shè)計(jì)的射流手術(shù)刀產(chǎn)生的射流正是這樣一種低溫等離子體,此射流溫度接近于室溫。這種手術(shù)刀不僅僅能在細(xì)小的間隙內(nèi)放電,而且還可以在開放的空間中產(chǎn)生等離子體。該射流手術(shù)刀可以進(jìn)行止血、消融以及壞死組織的切割。相較于傳統(tǒng)的醫(yī)療器械,等離子射流手術(shù)刀能夠減輕病人的痛苦,減少對(duì)健康組織的傷害并且可以縮短康復(fù)時(shí)間。因此低溫等離子手術(shù)刀的研究是非常具有應(yīng)用價(jià)值。本論文設(shè)計(jì)并研究了兩種不同尺寸的大氣壓非平衡等離子體射流刀,本論文的研究工作如下:(1)本論文設(shè)計(jì)大尺寸(厘米量級(jí))和小尺寸(毫米量級(jí))的射流刀:大尺寸射流刀在等離子體通道中靠近等離子體出口處放置了靜電透鏡,使得本論文研究的射流刀不同于目前學(xué)者研究的射流刀。小尺寸射流刀則在同樣的位置放置了若干個(gè)調(diào)節(jié)電極。本論文設(shè)計(jì)的兩種不同尺寸的大氣壓非平衡低溫等離子體射流刀的目的在于不同大小的射流刀可以滿足不同組織與部位的手術(shù)要求。放置靜電透鏡和調(diào)節(jié)電極是為了能使得更多的離子通過等離子體通道。(2)本論文使用CST軟件進(jìn)行仿真,建立大尺寸和小尺寸的大氣壓非平衡等離子體射流刀的等效模型。我們對(duì)大尺寸射流刀的各個(gè)部分的加載電壓、隔絕陶瓷的厚度、靜電透鏡的形狀與厚度、等離子體放電室的大小等參數(shù)進(jìn)行了仿真;而小尺寸射流刀對(duì)各部分的加載電壓、調(diào)節(jié)電極的個(gè)數(shù),調(diào)節(jié)電極之間的間距、調(diào)節(jié)電極之間的絕緣陶瓷厚度、等離子體放電室大小等參數(shù)進(jìn)行了仿真。通過對(duì)以上參數(shù)的仿真尋找一個(gè)最優(yōu)的組合使得激發(fā)的離子能夠最大限度的通過等離子體通道。(3)本論文分別對(duì)大尺寸和小尺寸射流刀進(jìn)行了機(jī)械加工,加工出兩套射流刀模型。另外搭建了兩套實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證工作氣體的流速、加載電壓對(duì)大尺寸和小尺寸射流刀激發(fā)等離子體的影響。另外針對(duì)于小尺寸射流刀還進(jìn)行了調(diào)節(jié)電極個(gè)數(shù)的實(shí)驗(yàn)。
【圖文】：

當(dāng)溫度升高的時(shí)候，這就表現(xiàn)為擁有一定的體積但又沒有固的液態(tài)，此時(shí)由于分子力的作用已經(jīng)明顯減少，，但也足以維持分子不分散子將在一定范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)溫度再升高的時(shí)候，表現(xiàn)為氣態(tài)，無規(guī)則的得特別劇烈，分子之間的力已經(jīng)不能使得分子維持一定范圍內(nèi)的距離，互相擴(kuò)散，分子的運(yùn)動(dòng)幾乎是沒有受到約束。由此可見，固液氣狀態(tài)能化，各種物質(zhì)狀態(tài)之間的互相轉(zhuǎn)換都是由壓強(qiáng)和溫度決定的。那么，對(duì)再進(jìn)行加熱會(huì)發(fā)生怎樣的變化呢？分子中的原子得到一定量的動(dòng)能時(shí)，也就是溫度達(dá)到一定值時(shí)，分子間分散，這個(gè)過程我們稱為離解。如果再往上提升溫度，便會(huì)是一種完全象。這就是電離，此時(shí)將會(huì)產(chǎn)生自由電子，其是由于原子核失去對(duì)最外約束的而出現(xiàn)，此時(shí)原子將變成正離子。因?yàn)闇囟壬叩臅r(shí)候分子與分熱運(yùn)動(dòng)會(huì)更加的活躍，分子碰撞的幾率加大，當(dāng)溫度足夠高時(shí)氣體分子電離，因此這種物質(zhì)就成為一種混合物。這種混合物是由電子與自由運(yùn)子組成。學(xué)者們就把這種以混合物存在的形態(tài)稱作為物質(zhì)的第四態(tài)，也子體。它們之間的轉(zhuǎn)化如下圖 1-1[3]。

也可以通過圖表的方法表示不同種類的等離子體。下圖1-2 是一些生活中常見的等離子體數(shù)據(jù)。例如等離子體從密度 1025m-3到密度為106m-3。其密度跨越了接近 20 個(gè)數(shù)量級(jí)。熱等離子體溫度從超高溫 108K~109K 到100K。在等離子體的領(lǐng)域中通常用 eV 來作為溫度單位。非熱平衡等離子體，由于其非平衡的特點(diǎn)擁有比較低的氣體和離子溫度以及高能電子能量，所以其應(yīng)用于工業(yè)中的多個(gè)領(lǐng)域。反應(yīng)物分子離解、電離和激發(fā)是由于電子的高能量；與此同時(shí)，工作的整體又能夠保持較低溫度，使得工作的整體能量消耗減低，并且可以減少投資。大部分工業(yè)應(yīng)用的等離子體，電子的密度大約為 1012m-3~1025m-3，溫度大約在 1eV~20eV。(4)粒子密度分類高壓等離子體是指粒子密度 N>1015-1018cm-3，此時(shí)粒子間碰撞很激烈。低壓等離子體粒子密度 N<1012-1014cm-3，此時(shí)粒子很少會(huì)發(fā)生碰撞，輝光放電就是這
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TH777

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