Physics of plasma jets and interaction with surfaces: review on modelling and experiments

Abstract

Plasma jets are sources of repetitive and stable ionization waves, meant for applications where they interact with surfaces of different characteristics. As such, plasma jets provide an ideal testbed for the study of transient reproducible streamer discharge dynamics, particularly in inhomogeneous gaseous mixtures, and of plasma-surface interactions. This topical review addresses the physics of plasma jets and their interactions with surfaces through a pedagogical approach. The state-of-the-art of numerical models and diagnostic techniques to describe helium jets is presented, along with the benchmarking of different experimental measurements in literature and recent efforts for direct comparisons between simulations and measurements. This exposure is focused on the most fundamental physical quantities determining discharge dynamics, such as the electric field, the mean electron energy and the electron number density, as well as the charging of targets. The physics of plasma jets is described for jet systems of increasing complexity, showing the effect of the different components (tube, electrodes, gas mixing in the plume, target) of the jet system on discharge dynamics. Focusing on coaxial helium kHz plasma jets powered by rectangular pulses of applied voltage, physical phenomena imposed by different targets on the discharge, such as discharge acceleration, surface spreading, the return stroke and the charge relaxation event, are explained and reviewed. Finally, open questions and perspectives for the physics of plasma jets and interactions with surfaces are outlined.

High resolution spatially extended 1D laser scattering diagnostics using volume Bragg grating notch filters

“…It should be noted that this resolution can be easily tuned by imaging optics and pixel binning. The proposed system can be helpful to characterize plasmas which have small plasma size of a few mm or steep gradients [4,8,[30][31][32][33][34][35]. Note that the capability to extend 1D measurement is also highly useful to diagnose larger scale test articles as well.…”

Определение Плотности Электронов В Аргоновой Струе Диэлектрического Барьерного Разряда С Помощью СВЧ Волноводного Фильтра

“…1, a. Кварцевая трубка с плазменной струей помещалась Как следует из рис. 7, b, максимальное значение средней плотности электронов в струе составляет ∼ 10 13 cm −3 , что согласуется с известными данными [1]. Видно также, что представленный метод волноводного фильтра СВЧ обладает хорошим временным разрешением.…”

“…Для проверки действенности метода использованы газоразрядные источники с из-вестными параметрами. Максимальное значение средней плотности электронов в аргоновой струе барьерного разряда составило 10 13 cm −3 , что согласуется с известными данными [1].…”

“…В последнее десятилетие плазменные струи являются одним из актуальных объектов исследований неравновесной плазмы при атмосферном давлении благодаря их биомедицинским приложениям [1][2][3][4] из-за способности производить биоактивные частицы кислорода (ROS) и азота (RNS) [5]. Струи атмосферного давления могут быть классифицированы в соответствии с видом разряда, используемого для их генерации, включая разряды постоянного тока, переменного тока, радиочастотные и микроволновые [6][7][8][9][10].…”

“…Струи атмосферного давления могут быть классифицированы в соответствии с видом разряда, используемого для их генерации, включая разряды постоянного тока, переменного тока, радиочастотные и микроволновые [6][7][8][9][10]. Высокочастотная плазменная струя подходит для биомедицинских применений благодаря относительно низкой стоимости и электробезопасности и возможности обработки непроводящих объектов [1,4,5]. Биоактивные частицы образуются при транспортировке частиц (электронов, ионов, возбужденных частиц, радикалов) из активной области разряда к обрабатываемому образцу.…”