大气压非平衡低温等离子体射流手术刀研究

发布时间：2020-05-07 21:23

【摘要】：大气压低温等离子体是指等离子体中电子的温度远高于其它粒子温度,它的一个重要特点是非平衡性。本论文设计的射流手术刀产生的射流正是这样一种低温等离子体,此射流温度接近于室温。这种手术刀不仅仅能在细小的间隙内放电,而且还可以在开放的空间中产生等离子体。该射流手术刀可以进行止血、消融以及坏死组织的切割。相较于传统的医疗器械,等离子射流手术刀能够减轻病人的痛苦,减少对健康组织的伤害并且可以缩短康复时间。因此低温等离子手术刀的研究是非常具有应用价值。本论文设计并研究了两种不同尺寸的大气压非平衡等离子体射流刀,本论文的研究工作如下:(1)本论文设计大尺寸(厘米量级)和小尺寸(毫米量级)的射流刀:大尺寸射流刀在等离子体通道中靠近等离子体出口处放置了静电透镜,使得本论文研究的射流刀不同于目前学者研究的射流刀。小尺寸射流刀则在同样的位置放置了若干个调节电极。本论文设计的两种不同尺寸的大气压非平衡低温等离子体射流刀的目的在于不同大小的射流刀可以满足不同组织与部位的手术要求。放置静电透镜和调节电极是为了能使得更多的离子通过等离子体通道。(2)本论文使用CST软件进行仿真,建立大尺寸和小尺寸的大气压非平衡等离子体射流刀的等效模型。我们对大尺寸射流刀的各个部分的加载电压、隔绝陶瓷的厚度、静电透镜的形状与厚度、等离子体放电室的大小等参数进行了仿真;而小尺寸射流刀对各部分的加载电压、调节电极的个数,调节电极之间的间距、调节电极之间的绝缘陶瓷厚度、等离子体放电室大小等参数进行了仿真。通过对以上参数的仿真寻找一个最优的组合使得激发的离子能够最大限度的通过等离子体通道。(3)本论文分别对大尺寸和小尺寸射流刀进行了机械加工,加工出两套射流刀模型。另外搭建了两套实验系统。实验验证工作气体的流速、加载电压对大尺寸和小尺寸射流刀激发等离子体的影响。另外针对于小尺寸射流刀还进行了调节电极个数的实验。
【图文】：

当温度升高的时候，这就表现为拥有一定的体积但又没有固的液态，此时由于分子力的作用已经明显减少，，但也足以维持分子不分散子将在一定范围内运动。当温度再升高的时候，表现为气态，无规则的得特别剧烈，分子之间的力已经不能使得分子维持一定范围内的距离，互相扩散，分子的运动几乎是没有受到约束。由此可见，固液气状态能化，各种物质状态之间的互相转换都是由压强和温度决定的。那么，对再进行加热会发生怎样的变化呢？分子中的原子得到一定量的动能时，也就是温度达到一定值时，分子间分散，这个过程我们称为离解。如果再往上提升温度，便会是一种完全象。这就是电离，此时将会产生自由电子，其是由于原子核失去对最外约束的而出现，此时原子将变成正离子。因为温度升高的时候分子与分热运动会更加的活跃，分子碰撞的几率加大，当温度足够高时气体分子电离，因此这种物质就成为一种混合物。这种混合物是由电子与自由运子组成。学者们就把这种以混合物存在的形态称作为物质的第四态，也子体。它们之间的转化如下图 1-1[3]。

温度分布,等离子体,温度分布,密度

也可以通过图表的方法表示不同种类的等离子体。下图1-2 是一些生活中常见的等离子体数据。例如等离子体从密度 1025m-3到密度为106m-3。其密度跨越了接近 20 个数量级。热等离子体温度从超高温 108K~109K 到100K。在等离子体的领域中通常用 eV 来作为温度单位。非热平衡等离子体，由于其非平衡的特点拥有比较低的气体和离子温度以及高能电子能量，所以其应用于工业中的多个领域。反应物分子离解、电离和激发是由于电子的高能量；与此同时，工作的整体又能够保持较低温度，使得工作的整体能量消耗减低，并且可以减少投资。大部分工业应用的等离子体，电子的密度大约为 1012m-3~1025m-3，温度大约在 1eV~20eV。(4)粒子密度分类高压等离子体是指粒子密度 N>1015-1018cm-3，此时粒子间碰撞很激烈。低压等离子体粒子密度 N<1012-1014cm-3，此时粒子很少会发生碰撞，辉光放电就是这
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH777

【相似文献】