大气压放电等离子体核心关键技术及应用前景（精彩发言）

目录

• 1、戴 栋：从非线性动力学角度再认识和理解大气压介质阻挡放电

• 2、卢新培：大气压非平衡等离子体射流的研究

• 3、周前红：高功率微波大气击穿的理论研究

• 4、施芸城：千赫兹、兆赫兹大气压辉光放电及其应用

【精彩发言】

1、戴 栋：从非线性动力学角度再认识和理解大气压介质阻挡放电

先简单介绍一下我为什么会做这方面的工作。我以前不是研究气体放电的，从研究生学习开始，我一直从事电力电子电路与系统中的非线性现象研究。2009年，我从西安交通大学调动到华南理工大学，碰巧接触到了一些大气压介质阻挡放电中非线性现象的研究工作。上午清华大学的王新新老师也提到了，大连理工大学王德真老师的研究小组最早开始进行了大气压介质阻挡放电中的非线性动力学研究。看了他们的研究工作，再加上自己具有一定的非线性动力学研究基础，因此，我也尝试着继续做一些工作，今天就简单给大家汇报一下我的一些工作进展和想法。

首先给大家介绍一下非线性动力学的基本概念。考虑到在座的大多是等离子体方面的专家，对非线性动力学不太熟悉，因此我就从最简单的离散映射系统开始为大家进行介绍。这个映射系统虽然看起来非常简单，但足以让大家比较好地理解非线性动力学的基本概念。Logistic映射数学表达式是xn+1=rxn(1-xn)，它是非线性动力学里非常基础的一个例子。尽管Logistic映射看起来很简单，但它已经是一个动力学系统，即它的状态变量是随时间演化的。对于我们现在讨论的Logistic映射，比如说第n步是xn，那第n+1步是什么呢?很简单，由映射关系就可以得到xn+1。我们来观察它随时间会如何演化，比如说从x0开始，迭代第一步得到x1，再得到x2，一直迭代下去我们最终可以观察到映射的稳态结果，那我们究竟可以观察到什么样的稳态行为呢?这其实就是非线性动力学研究的一个主要内容。我们来看这么一个简单的Logistic映射，图1给出了它的分岔图。显然，映射最终的稳态行为是与映射的参数有关系的，通过图1的分岔图我们就可以观察映射在各个参数下的稳态行为。

例如，当r=2.5时，Logistic映射的稳态很简单，就是一个不动点，也称为周期一点。如果:再增加，比如增加到2. 9，这时稳态依然还是个不动点，和r=2.5时的稳态对比，稳态行为并没发生性质的变化。进一步增加到3. 0时，会发现稳态还是个不动点，但这时候与2. 9时有一点变化，这时映射处于一种临界状态，如果参数r再增加一点就无法观察到之前的不动点稳态行为，所以我们认为在r=3.0处Logistic映射发生了分岔现象。进一步增加参数r到3. 1时，就会发现稳态已经不是不动点或周期一，而是周期二了。周期二就是指稳态行为在两个点之间来回的振荡。进一步增加r到3. 45时，映射又进人了周期二的临界状态，当然我们认为这时也发生了分岔现象。进一步增加r我们还可以观察到周期四稳态，即在这四个点之间来回振荡形成一个完整的轨道。刚才我们已经观察到周期一到周期二的倍周期分岔以及周期二到周期四的倍周期分岔，随着r继续增加，我们还可以进一步地观察到倍周期分岔，如周期四到周期八、周期八到周期十六、周期十六到周期三十二等等。显然，随着倍周期分岔的持续发展，映射稳态将呈现越来越大的周期态，这个周期态在极限情况下周期将无穷大，就变为了一个非周期行为，我们称之为混沌态，这就是非线性动力学中典型的倍周期分岔通向混沌的路径。通过这个Logistic映射的例子，我们简单地认识了一下什么是分岔。分岔其实从定义上来说很简单，它就是指当系统参数改变时，动力学系统定性行为发生变化的一种现象。分岔描述的是系统随参数变化的动态现象，不同类型的分岔其细节也不一样，我们可以进一步地定义不同的分岔现象，因为时间原因这里就不给大家详细展开了。

那混沌又是什么呢?混沌就是动力学系统在某些参数下产生的一种现象，以Logistic映射为例，当r>3.57时会发生混沌行为。那混沌行为有什么特点呢?简单来说，在混沌状态下你会发现映射随时间演化的结果并不呈现某种周期性，同时还会发现映射演化的结果对初值极其敏感。也就是说从不同的初值x0出发，演化很长时间后，例如100万步后，会观察到它们的演化结果是完全不一样的，这就叫作对初值的敏感性。另外要说明的是，Logistic映射很简单，是一个确定性的动力系统，但是它产生的混沌行为是非周期的，就像随机结果一样。这就很奇怪了，因为一个不包含随机因素的确定性动力系统，当它处于混沌状态时它看起来就像是

一个随机系统产生的结果，这也是混沌的一个重要特征。关于混沌严格的定义目前仍然还有一定的争议，但我们通常说一个系统是混沌的，如果这个系统具有以下三个性质:初值敏感性;拓扑上的混合特征;周期轨道是稠密的。

刚才讲的Logistic映射是一个离散动力系统，下面给出一个连续动力系统的例子，该系统非常有名，叫作洛伦兹系统，是1969年洛伦兹在研究气象模型时提出的：

洛伦兹系统其实就是一个简单的三维自治ODE方程组，洛伦兹发现在某些参数下该系统会出现混沌行为。图2给出了洛伦兹系统具有双涡卷特征的混沌吸引子相图，注意其轨道是永不重复的。

我们这里研究的大气压介质阻挡放电和刚才讲的非线性动力学到底有什么关系呢?图3是华南理工大学的放电实验原理图。从电路的角度来看，这个实验系统有一个交流电源，这个电源连接到放电室中，放电室里有电极和阻挡介质，在实验中我们可以直接测量电源电压和放电电流。

下面给出一组实验研究的结果，在实验中气隙宽度保持在2. 08mm，阻挡介质用的是石英玻璃，其相对介电常数为3. 6，电源电压频率保持在26. 6kHZ不变，只通过调节电源的幅值来观察放电现象。我们首先观察到当电源电压峰一峰值Vpp=1755V时，可以得到周期一的放电电流波形(周期一是指放电电流周期与外施电源电压的周期完全一样)。观察得到的电源电压图形，是可以比较明显地看出放电电流为周期一的。此外，我们还可以看看由实验数据得到的电源电压一放电电流相图，可以发现，实验数据是包含很多干扰和误差的，因此在相图中周期一轨道并不是非常完美的重合，但大致来看还是可以认为是周期一的。如果要再细致地确认轨道的周期性，我们可以进一步来观察放电电流的频谱。对放电电流进行快速傅立叶变换(FFT)后得到的放电电流频谱。观察0 —25次谐波的频谱放大图，可以看出在基波的整数倍处有明显的频率分量,25一50次谐波的频谱放大图中也有同样的情形。所以，从频谱的角度来说我们可以认为此时的放电电流波形是周期一的。

如果把电源电压的气P值再增加一些到1800 V，我们会观察到周期二的放电。从电源电压和放电电流波形图，大致可以看出一些周期二的模式。从相图中可以看出区别于周期一放电时的一个环，这时相图里表现为两个环，当然在电流脉冲这里相图的重复性依然不是太好，那我们就来看看放电电流的频谱。从0一25次谐波的频谱放大图中，可以发现，不仅在整数次谐波处有频率分量，在整数次谐波之间也存在着频率分量，在25一50次谐波的频谱放大图中，也存在着同样的情形。所以，通过频谱图可以明显看出放电电流的基波频率其实是电源电压频率的一半，即放电电流的周期是电源电压周期的两倍。

我们进一步增加Vpp值到1830V，从电源电压和放电电流波形图看，大致可以认为是周期四的模式。在相图中只能观察到两个环，无法由此判断放电电流的周期四特征。在0—25次谐波的频谱放大图中可以发现，不仅在整数次谐波处有频率分量，在整数次谐波之间也存在着频率分量，再仔细观察可以发现在一些1/4基波的整数倍处也存在着频率分量。在25—50次谐波的频谱放大图中，已经可以明显观察到存在1/4基波整数倍的频率分量。因此，我们认为放电电流的基波频率是电源电压频率的1/4，即放电电流的周期是电源电压周期的四倍。

进一步增加Vpp值到1847 V，我们可以观察到混沌态放电。在电源电压和放电电流波形图中已无法明显看出放电电流的周期性。对比之前周期放电时的相图，这时相图中的轨道看起来很稠密。在0— 25次谐波的频谱放大图中还可以看出主要是在谐波处有频率分量，但是在25—50次谐波频谱放大图中，我们可以明显地发现并不只在谐波处存在频率分量，这时的频谱图具有连续频谱分布的特征。所以，我们认为此时放电处于混沌态。在以上的实验结果中，我们观察到了周期一、周期二、周期四以及混沌态放电，所以，我们认为这就是非线性动力学中典型的倍周期分岔通向混沌的路径。它的动力学机理到底是怎么回事呢?我们可以用这个公式来分析气隙电压，即Vg=Vin？ + Vab，这里Vg是气隙电压，Vin是外施电源电压，Vab是阻挡介质上累积电荷产生的等效电压。显然，气隙电压Vg由Vin和Vab两部分共同叠加作用。对周期一放电的数值进行仿真，根据之前的公式可知，气隙电压减去外施电压即为阻挡介质上累积电荷产生的等效电压Vab。在Vab> 0部分，根据外施电压方向的不同，Vab分别可以起到抑制放电和助推放电的作用。同样的，在Vab< 0部分，Vab也分别可以起到抑制放电和助推放电的作用。

我们再来看一下在一个周期内Vab的变化过程。在一个周期内Vab的分布分为两部分，即大于零和小于零两部分，这两个部分的转换是由放电导致的介质板上的电荷反向引起的。刚才已经指出，无论是Vab>0还是甄Vab<0部分，又可以进一步划分为抑制放电和助推放电两个区间，它们的转换是通过外施电压换向实现的。因此，再重新看一下整个周期可以发现一个周期内其实有四个区域，在这个四个区域里阻挡介质或助推放电或抑制放电，它们由放电或外施电压换向产生切换或转换。

介质板对放电的作用，不仅有助推有利于放电的作用，还有抑制放电的作用，这两种作用是交替进行的，它们最终实现了一个精妙的平衡。刚才给出的是最基本最简单的周期一放电下的例子，在一定条件下如果刚才所述的那种平衡状态不能保持稳定，那么就可能进人其他的平衡状态并表现为其他的放电形态，例如周期二放电甚至混沌态放电。

总结一下，我认为大气压介质阻挡放电是一个多物理场藕合的动力学时空系统，在一定的条件下自然会呈现相应的非线性动力学行为。那研究其非线性动力学机理有什么用呢?我是这么想的:首先，通过非线性动力学可以从宏观层面上解释一些放电现象，比如说之前提到的分岔、混沌、斑图、不对称放电、多脉冲放电等等；其次，如果能彻底搞清楚放电的动力学机理，那就有可能去尝试采取某种措施对放电现象进行调控。这是我目前所能想到的一些可能的应用。

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2、卢新培：大气压非平衡等离子体射流的研究

我今天主要讲我们实验室做的等离子体射流的一些装置，也讲一点等离子体子弹的行为，主要是动态过程。主要包括三个部分，我们实验室的惰性气体射流、空气射流，最后讲讲等离子体子弹的射流。

我们实验室的惰性气体射流，跟国外比较明显的区别是，高压电极是用电极介质管包的，有的人问我不用包是不是也可以产生，是的，但我们为什么用这个包起来?因为我们实验室主要做生物医学应用研究，如果不用介质管包，人的手太靠近电极可能就被电了。我们的这个，手碰到很久才会感觉到有一点温，但是没有任何电的感觉，我们做了牙医设备，国外有一些人总说做了一些生物方面的设备，没多久就返修，我们这个已经用了几年根本没有任何问题，安全性没问题。在我们测之前，大家总觉得射流携带的电流应该很小，在大气中应该是微亚量级，结果我们测出是几百毫安，这之后多篇文章也是用与我们同样的方法进行测量，有的用交流的，一般就是几十毫安或者几毫安，脉冲的上百毫安，射流虽然喷在空气中，电流还是很大的，当然还是脉冲的过程。我们实验室做了几个不同的射流装置，叫它射流因为它都是产生在周围空气中，是单电极的，主要是牙医的应用，可能需要增量，做高速摄影照片也是比较均匀的，为了考虑到更加均匀做了一个等离子刷，手可以一直接触。不锈钢针通过电阻连到脉冲电源上，针上是高电压的(6一7kv)，但是人手可以碰，我们为什么做这个针?因为做实验根管治疗，大概深1一2cm，直径1mm左右，如果用等离子体的喷嘴，想把活性粒子推进去是很难的，因为这是一个密封的通道，国外做的杀菌效果都不理想，因为通道太深。所以为了对根管进行治疗，必须把等离子体产生在里面，要产生在里面，里面要有高压，但牙齿的导电性是非常好的，所以我们不能让这东西伤害牙齿，而我们做的这个虽然有高压，但手是可以抓的，也可以放到人的口腔里。等离子体产生在牙齿中，你手抓哪哪就会变亮，整个口腔都是非常亮的，这就是射流跟人体接触的一个例子。

针上的电压有6000 V，真正的放电电流大概是10 mA。当手碰到针时，针上因为没有压降了就是没有射流了，手离开后射流又产生了，所以这种针放在牙齿里是没有任何安全问题的。

下面讲一下空气等离子体射流，我们做了三个装置，价格分别是2万美元，三四千美元，三四百美元。最贵的脉冲直流放电加了电容电子，电压总共才1万伏，所以间距只有几毫米，远了就放不了电了，这是电流电压的特性，脉冲电压就是针上的电压，大概1. 5kV，放电电流其实很大，第一个是1. 5A，后面就小一些，0. 5A}放电都是稳定的，不是随机的。1. 5A对人没事。做出这个之后，我们就想看用直流电源可不可以，大家知道用直流电源加上电阻放电，几十年前这就有人做了，但是当间隙距离段或者电压稍微高一点，总会从辉光放电变成流注，你如果用这个做等离子体医学应用是没法用的，一个是气温高，一个是电，我们这里做的就是让它不会转换成流注，怎么放都不会转换成流注放电，都是辉光放电。虽然是直流，放电也还是脉冲的，这是我们这套装置放电的一个特性，因为我们要保持气体温度，直流是非常难的，所以放电还是脉冲的，电流也还是几十毫安，当然脉冲的频率变了，大概是几十千赫兹。手放近一点就放电，手碰到针，因为没有压降就不放电，离开又继续放电。这个装置可以说是真正的第一个用电子驱动的等离子体射流装置。和前面那个有点类似，电压是直流的，但是放电电流是脉冲的，但是它的脉冲宽度要宽一些，100ns左右。

下面讲一点动态过程，大家都认为它是电驱动的，所以有惰性气体射流，我们做了一点实验，如果电压低一点，实验装置一模一样，在完全相同的条件下拍三幅，发现有的时候它也有随机性，这就跟流注有点像了，重复性也是在一定条件下重复的，电压低了就失去了重复性。大家认为这是由于空气中的氮气扩散引起的，我们做了一个很简单的实验，射流里面加一点氮，变成实心的。这里为什么能引起大家的兴趣?很重要的一个原因就是子弹往前推后面有一个黑通道，这个黑通道电导率到底怎么样?事实上它虽然是黑的，但电导率是非常高的，因为它的电子密度是非常高的，它为什么不发光?因为电场不够，我们看到的光是从氮来的，而氮的激发态寿命很短，不被激发，它就发不了光，所以电场低，电子温度就非常低，就没有光，有的模型认为这个黑通道电导率非常高，有的认为非常低，但是都没有定论，计算表明这个通道的电导率其实是很高的。我们发现所有的动态过程都是关于惰性气体的，但是不是所有都射流?因为有一些空气的射流、氮气的射流不也是电驱动吗?我们为了看看是不是一样的，做了很简单的一个氮气射流装置，产生的射流最多接近2cm，电流脉宽几十纳秒。我们发现一个很有趣的现象，对所有的射流，不仅仅是这个，我们试了好多，只要接地，不管是不是直接接地，你还没有碰到它就拐弯了，就不往前推进了。但这个射流，根本就不会构成影响，我们甚至把它放前面，它还绕着跑，说明它的电测性跟惰性气体是完全不一样的。为了看它的区别，我们就看看它的速度是否一样，它的速度只有几百米每秒，而前面的都是几十甚至上百千米每秒，我们算了一下它的气体的速度，跟这个是非常接近的。后面我们继续用空气做了，也测了空气的速度，速度一模一样。

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3、周前红：高功率微波大气击穿的理论研究

首先简单介绍一下研究背景，我们组是研究高功率微波的，现在国内高功率微波峰值功率已经达到吉瓦量级，达到这个量级之后就会出现很多问题，比如说高功率微波在传输中会发生大气尾蚀、微波从微波源器件发射出来的时候也会发生击穿，这些都不利于高功率微波的产生和传输，但是微波击穿形成等离子体也为高功率微波的应用提供了一些应用前景，比如说有的学者就提出可以使用高功率微波产生人造电离层，用人造电离层产生人造臭氧层。上午很多老师介绍了等离子体流动控制、等离子体助燃，微波产生等离子体也可以用于流动控制和助燃。微波大气等离子体属于低温弱电离等离子体，主要是通过电子碰撞电离，早期做的比较简单，20世纪40年代就开始做一些击穿阑值测量，很多等离子体研究都是这样，基本上把等离子体发光作为一个判据。由于微波源功率的提高可以研究更大压强范围、更大频率范围的微波放电，近期很多研究组开始研究超音速和跨音速的微波放电，使用快速照相可以得到等离子体区域的一些精细结构。莫斯科无线电研究所进行了这方面的研究，他们的研究背景主要是助燃和流动控制或减阻，比较了超音速的放电和在静止大气中的微波放电，他们还做了微波等离子体箍缩，说可以使用微波等离子体箍缩产生中子，但他们装置刚做实验就因为经费问题拆掉了，所以具体详细的实验他们没有。俄罗斯学者提出了人造电离层和臭氧层，由于在大气中的实验很难做，他们在实验室内使用两束微波相交，然后看形成等离子体的区域形状。

在2008—2009年，MIT(麻省理工学院)用快速照相测到了等离子体区域向微波源方向移动的速度[实验的气压是710torr（1torr=133.322Pa），微波频率是110GHz]，发现在电场和波矢所在的平面等离子体呈丝状，在磁场和波矢所在的平面是一系列的点状结构，整个等离子体区域都是向微波源方向移动。MIT另外一个小组研究了更大压强范围和功率范围内的微波等离子体区域形状，他们得出的结论是这样的:高气压下是丝状，中等气压下是片状或者说鱼骨形的结构，低气压是连续等离子体区域，他们也发现不同气压条件下等离子体区域都是向微波源方向移动的。我们对MIT的实验结果进行了模拟。我们使用的理论模型比较简单，就是描述电磁波的Maxwell方程组和描述等离子体的电子运动方程，电子运动方程稍微变形一下就会变成一个电流密度的控制方程，还有电子数密度方程，参数都是实验上的一些拟合公式，电离频率表示电子的增长，它对场强有一个5.33次方的依赖关系，因为粘附造成的电子损失，氧气有电负性。对控制方程进行离散，由于电磁波与等离子体的时空尺度差别很大，我们在模拟中对它们使用了不同的时空步长。二维模拟中我们使用的计算区域是，波矢沿着z方向传播，如果是一维的在)方向平移对称就行了。

首先看一维的结果，初始电子数密度给的是半径为50μm的高斯分布。为了和实验比，我们取的微波频率也是110GHz。在t=6ns时，由于等离子体密度还比较小，所以它对电磁波基本上没有吸收和反射，所以在整个计算区域，微波振幅是不变的；随着等离子体密度的增长，在t=15ns时，等离子体密度已经增长到1015cm-3，这时等离子体对微波有吸收，也会反射，反射的结果就在等离子体上游形成一个驻波结构，驻波的第一个场强最大值距离等离子体是1/4波长，当种子电子扩散到强场区的时候就会有一个新的等离子体丝出现，新的等离子体丝出现之后也会对微波形成反射，如此反复就会有等离子体丝在上游不断出现。二维的结果和一维基本上是一样的，等离子体反射微波形成的强场区形成一个弧形区域，等离子体丝不仅向微波源方向移动，还会向两边扩散。

下面看一下压强对等离子体区域形状的影响。760torr时我们前面已经介绍过了，当压强降低的时候，刚开始时可以看到一些丝状结构，随着时间的推移它会过渡一个连续区，在200 torr的时候基本上看不到一个丝状的，出现的都是连续区域。这主要是因为等离子体的产生有两种作用，一个是电离，另一个是扩散。电离作用会导致在强场区形成高密度等离子体，而扩散作用会抹平这种密度差异，所以在高气压下，扩散系数比较小，会形成丝状等离子体区;低气压扩散比较大，所以会形成一个连续的等离子体区。我们的模拟结果和实验基本上是一致的，当压强降低到400torr时，磁场和波矢所在面是一个片状结构，到200torr时它是一个连续的等离子体区域。

下面看电场和波矢所在面的结果，在400torr和200torr的时候，它会出现一个比较漂亮的鱼骨形，等离子体对电磁波的反射不仅在它的上游会形成一个驻波结构，在等离子体两侧也会出现两个强场区，当种子电子扩散到两个强场区时，就会在这两边形成新的等离子体区域，新的等离子体区域也会向微波源方向移动，最终也会成为一个鱼骨形，我们模拟的等离子体区域形状和实验定性上符合得很好。

从前面可以看出，在垂直于电场方向和平行于电场方向等离子体的运动是不一样的。当等离子体密度达到一定程度的时候，由于和电磁波相互作用，在等离子体沿着电场方向的两端形成强场区，在强场区的作用下，等离子体就会被拉长，拉长之后两端的场就会进一步加强，这样就不断地拉长，直到它上游出现一个新的等离子体丝。新的等离子丝重复这个过程，如此反复，它会有一个等离子体丝向微波源方向移动。

下面看一下相交微波束大气击穿的模拟结果，我们首先算了同频率微波相交的情况，此时相干叠加之后，由于干涉作用，会形成电场强度强弱分布。我们首先模拟一下种子电子在弱场区的情况。因为在大气中种子电子是偶然出现的，有可能出现弱场区，如果出现在弱场区，它需要扩散，扩散到强场区之后电子碰撞分子发生雪崩电离，形成的等离子体沿着强场区做趋源运动，运动方向沿着)=:的这条线。形成的等离子体的区域是一个等离子体丝带，当然如果把气压降低，会发现丝带就会过渡为一个等离子体带。图1给了几个典型时刻的等离子体密度分布和场强的分布，在20ns的时候，由于靠近等离子体区域最强的场是沿着)=:这条线的，当等离子体丝带长度增加到一定程度的时候，在其左上和右下区域，相当于把两个微波场隔开，这两个区域相当于只有一个单微波的作用，在两边有新的等离子体丝带。如果初始电子出现在强场区，电子碰撞分子就会雪崩电离，形成等离子体。等离子体区域也是沿着J=:这条线做趋源运动。下面简单比较了同频和非同频微波相交的大气击穿，同频相当于相干叠加，非同频相当于非相干叠加，模拟时间都是80ns，初始的种子电子数都一样，可以发现在相干的情况下，即使把种子电子源放到场强最小的地方，产生等离子体的区域也大于非相干的情况，而且产生的最大电子数也是大于非相干的情况。总结主要有三点，一个是区域随压强的变化，还有等离子体做趋源运动，还有相干比非相干的等离子体区域比较大。

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4、施芸城：千赫兹、兆赫兹大气压辉光放电及其应用

在这里主要聊一聊有关千赫兹和RF下大气压辉光放电及其一些应用。这些内容大部分是以石建军教授为主的我们团队的一些工作。关于DBD，前面讲过它有很多好处但也有一些问题，比如说它的不均匀性等。我们的想法是把射频或高频引人到大气压放电下，使它产生通常意义下的辉光放电。

如果一个几十赫兹的信号或者电压加在两个极板上就会产生丝状放电，升高电压，丝状放电有可能就会增多。介质阻挡层限制了放电电流的增加。上极板附近会有一个发光区，下极板也会有。在半个周期内放电在一个极板附近。每半个周期内放电时的强度有所不同，一个极板附近稍微弱一点。这是因为上下两个电极不是电对称的。

气流从一侧进人系统，出口附近加一个电极。在其正前方是另外一个电极，这个电极可近可远，该电极是接地的，因为做实验的时候外面总是要有接地的。由此我们就能看到一个JET。它的整个放电过程实际是在整个周期电压上升的某个区域才能产生的。看到的现象跟同行前面说的相似，看上去像是一束等离子体，用ICCD拍出来以后是像“子弹”样的东西。整个“子弹”区域的光强分布有一些特点，如强度分布会出现两个峰，“子弹”以超音速运动等。一个JET只能处理很小的一点，如果把多个JET做成一个阵列，能形成一个大面积的处理。JET的直径2. S mm，所产生作用的区域大概23 mm，所以一个JET出来的等离子体强度所产生的影响范围是非常大的。如果要扩大它的作用范围，由7个JET构成直径大概8mm的结构，作用范围可以扩大到35 mm，还可以做更大阵列。

上面描述的是正弦激励的方式，下面我们看一下脉冲激励的方式。这里脉冲电压不是很高，大概就是1kV。对于在电极间不加介质的情况和DBD的情况，同样加这样一个脉冲，这两种放电的特征有一点不一样。不加介质阻挡的时候在电压下降沿有一个大的电流峰，我认为真正的放电(或说电离)在电压上升时已经开始。有介质阻挡的时候，在电压上升到一定的程度后，当电压变化率产生变化时会产生形成较大的放电电流。然后在电压后沿下降的时候又产生一次放电，当然这两处放电的机理应该是不同的。一种粗浅的理解是这样的，第一次放电是通常意义上的，放电以后气体中产生的电离正负电荷，在电压变化变化时，会使它们的漂移云辉光很强。由于电压不变，放电产生的正负电荷在这个稳定的电场作用下向两边集聚，电极间电场减弱。到了电压下降沿的时候，外加电压去掉了，在两极附近积累的电荷由于自身建立的电场作用而产生放电，即空间电荷产生的内建电场激发放电。内建电场与外加电场方向相反，所以形成反向电流。

大家都知道，任何放电，等离子体中离子的运动和电子运动的速度是不一样的，在小于离子振荡的时空变化范围内，一定会形成空间电荷。我们把一个连续的正弦高频放电变成脉冲的，在脉冲的情况下整个放电过程中就不会像正弦的情况下产生丝状放电。在脉冲的上升和下降过程中，会产生电荷的重新分布，由于脉冲非常短，丝状放电的建立就很难。

下面介绍射频放电，我们企图将把介质板去掉，在射频放电下获得均匀放电。大家知道在射频放电中有 α模式和γ模式，α模式下所放电形成的特点，稳定而充满空间，γ模式之下两个极板之间放电形成的特点，局部收缩而不稳定。在某个频率下放电的电流达到一定程度，就进人为α模式，如果再增加它的电流就进人γ模式。α模式当然比γ模式的放电区域分布范围更加广，能够分布到整个电极，也就是我们通常所说的均匀性会好一点。所以要控制这两个之间的放电状况变化，就是控制这里的电流。控制这电流可以是一个稳流源，或外加的可控电压，就能在一定的频率下把整个放电控制在α模式上。在APGD和DBD情况下，它们的α模式相似，电压或电流增加到一定程度，α模式和γ模式之间会转化。如果在一定射频下放电时间的足够长，维持在α模式当然是非常好的一件事情，但是它所注人的能量也非常高，在处理材料的时候等离子体放电注人的能量与所需要的能量相比就会很大，这就会造成电极非常热，甚至把被处理材料烧坏，所以，我们试图在射频上面加上一点脉冲控制，使得它产生有效的作用以后停止放电。因为一旦停止放电，实际上里面活性的粒子还会存在，只要有相应的处理效果以后，没必要一直持续的放电，所以在连续放电的射频电压上加了一个脉冲。

如果两个脉冲间隔比较近，那么跟连续就没什么差异，因为脉冲撤销以后，即射频消失以后，电极间还存在的空间电荷，也就是有电子和离子分离存在，这些电子在第二脉冲上来后就会参与放电，这时与连续放电差异性就不大了。如果脉冲间隔范围足够宽，这就成为两个不同的放电，两个放电之间是不相关的。如图1( I)是脉冲之间间隔非常小的时候，称为连续模式；下面的Ⅲ是脉冲之间间隔非常大的时候，称为分离模式，我们可以看到整个放电的峰值电流要小不少。在它们之间，(II)称为传输模式，在两个脉冲之间，电子没有完全消亡的情况下放电电流与占空比的关系。共有上述三个过程，可见脉冲的间隔长短对放电的影响不是由占空比决定，主要是考虑电极之间间距和里面所参与的空间电荷分布变化。

 然后我们把脉冲宽度进一步缩短，整个占空比的宽度大概到6%的情况下，脉宽被调至非常短，增加到8%以后，放电的均匀性稍微差一点。因为在上下两个极之间存在“鞘”的增加，实际上就是那个地方有过多的空间电荷的分布存在，所以说它的均匀性就差一点。加了一定脉冲调制以后，在不同的电流和电压情况下放电模式发生变化。在一定的电流和电压下，均匀放电的模式会转变掉了。低的占空比会有更宽的a模式运行范围。所以说通过控制一定的电流和一定的电压就能保持a模式放电的状态。

用长50cm、间距5cm的电极板做了一个射频的放电模式。我们用上面介绍的JET做了灭菌实验，细菌的存活数量得到了有效的下降。在这里主要看一下对化纤的处理效果，图2的左图是没有处理过的，中图是200 W处理的，右图是800 W处理的。这两个之间有什么区别呢?中图显示纤维表面有沟槽出来，这任何化纤在等离子体处理情况下刻蚀的一个特征，在低真空情况下的射频放电都会有沟槽刻蚀出来。但是在大气压辉光放电的情况下，表面有许多圆形体产生。我认为不单纯有刻蚀，而且有表面熔融的状态出来。所以说，在大气压射频放电对表面的作用是相当强的。虽然每个脉冲时间比较短，但是它的作用非常强。