大气压非平衡低温等离子体射流手术刀研究

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。

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