【摘 要】
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大气压低温等离子体射流在生物医学领域中的应用,产生的生物医学效应,活性粒子起着关键作用。在工作气体中掺入一定比例的含氧气体,有利于活性粒子的产生。电子是等离子体射流中的重要粒子,它对于射流的推进、活性粒子的产生以及等离子体进入被处理物表面水溶液中的传质,都扮演了重要的角色。因此,研究等离子体射流子弹中电子的行为以及掺杂气体效应具有重要意义。本文使用一维粒子模拟-蒙特卡罗碰撞方法,并基于施加正脉冲电
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大气压低温等离子体射流在生物医学领域中的应用,产生的生物医学效应,活性粒子起着关键作用。在工作气体中掺入一定比例的含氧气体,有利于活性粒子的产生。电子是等离子体射流中的重要粒子,它对于射流的推进、活性粒子的产生以及等离子体进入被处理物表面水溶液中的传质,都扮演了重要的角色。因此,研究等离子体射流子弹中电子的行为以及掺杂气体效应具有重要意义。本文使用一维粒子模拟-蒙特卡罗碰撞方法,并基于施加正脉冲电压的针-板放电结构,系统地研究了大气压氩水蒸气等离子体射流子弹中电子行为的外施电压效应和水蒸气浓度效应。电子行为包括电子的角谱、能谱、电子密度和关联的羟基生成。对氩水蒸气和氦水蒸气射流子弹中电子行为作了比较研究。使用电子散射方向与子弹传播方向的夹角来描述电子的散射角θ。取得的创新性成果和结论如下:1.大气压氩水蒸气等离子体子弹中的电子行为（a）水蒸气浓度一定,随着外加电压的增加（＜7kV）:子弹中电子角谱呈现峰位向着θ角增大的方向移动,即子弹中向着靶体方向散射的电子减少,电子能谱的演化表明了平均电子能量增加;子弹中OH密度和电子密度均显著增加;子弹中θ＜90°范围的电子最有可能作用于靶体,这部分电子能谱的演化与整个子弹中的一致。增加外施电压可以有效地调控子弹中的电子能量和密度以及射流的OH密度。（b）在氩气中添加水蒸气,不仅能够产生活性粒子OH,同时也让子弹中θ＜90°范围能量高于3.27eV的电子仍然保持较大比例,有利于等离子体在水溶液中的传质中,更多活性粒子的生成。（c）随着水蒸气浓度的增加（＜5%范围）:子弹中散射到θ＜90°范围的电子相对减少;子弹中OH的密度有较大的增加,电子密度在水蒸气浓度低于0.5%时基本上保持不变,之后明显减小,二者密切关联;在θ＜90°范围,能量在3.27eV以上的电子的占比几乎不变,但电子密度随水蒸气浓度的变化与子弹中的一致。综合考虑电子密度、高能电子占比以及OH生成,掺入约0.5%的水蒸气为佳。2.氩水蒸气和氦水蒸气等离子体射流子弹中电子行为比较（a）水蒸气的浓度一定,随着子弹的推进,与氩水蒸气相比,氦水蒸气射流子弹中电子的分布更偏向于θ＜90°的区域,即有相对多的电子向着靶方向散射。（b）与氦水蒸气相比,氩水蒸气射流中可能与靶体作用的电子中有更多的高能电子,有利于等离子体在水溶液中的传质中活性粒子产生。（c）随着射流的推进,氩水蒸气和氦水蒸气射流放电空间中的OH密度较大增长,子弹中的OH密度基本不变,氦水蒸气的OH密度比氩水蒸气的明显的高。
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