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Electronic excitation temperature profiles in an air microwave plasma torch

材料科学 原子物理学 等离子体 微波食品加热 激发温度 激发 分析化学(期刊) 物理 发射光谱 化学 谱线 色谱法 量子力学 天文
作者
K.M. Green,M.C. Borras,P. Woskov,Guadalupe Flores,K. Hadidi,P. Thomas
出处
期刊:IEEE Transactions on Plasma Science [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:29 (2): 399-406 被引量:134
标识
DOI:10.1109/27.922753
摘要

A 0.9- to 1.5-kW 2.45-GHz atmospheric pressure air microwave plasma torch has been operated efficiently with less than 1% reflected power. The plasma is sustained in a 28-mm internal diameter fused quartz tube, which penetrates perpendicularly through the wide walls of a tapered and shorted WR-284 (72/spl times/17-mm cross section) waveguide. A study has been made of the effects of power and airflow on the electronic excitation temperature, T/sub exc/. Abel inversion of radial profile chord averaged Fe I emission lines in the 370-377-nm range have been used to obtain localized profile measurements of T/sub exc/ inside the waveguide excitation region. In general, temperature profiles peak on axis with no evidence of a skin effect in the large diameter (10-mm full width at half maximum emission intensity) plasmas. A maximum central T/sub exc/ of 6550 K/spl plusmn/350 K is observed at an airflow rate of 28 Ipm. When maintaining a constant flow rate of 14 Ipm, a 55% increase in microwave power from 0.9 to 1.4 kW causes a /spl sim/100% increase in plasma volume without any noticeable effect on the central T/sub exc/ value. At a constant microwave power of 1.4 kW, an increase in total flow rate from 11 to 28 Ipm decreases the volume of the plasma by /spl sim/25% and increases the central T/sub exc/ by /spl sim/13%. The axially peaked temperature profiles are consistent with an electron density of /spl sim/10/sup 13/ cm/sup -3/.
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