CN104411083B - 一种产生连续低温大截面大气压等离子体羽的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种产生连续低温大截面大气压等离子体羽的装置及方法。所述装置包括喷枪机构、供气机构和供电机构。喷枪机构由金属阴极、中空闭合阳极和U型介质管构成，金属阴极伸入U型介质管内的中心轴线上，且自由端与U型介质管的敞口端齐平，中空闭合阳极与金属阴极相对设置，且两者的中心轴线重合。供气机构用于给U型介质管内通入放电气体。供电机构包括高压直流电源和镇流电阻，高压直流电源的正高压输出端通过镇流电阻与中空闭合阳极电连接。本发明所提供的装置是一种结构简单、价格低廉的大气压直流激励的等离子喷枪装置，该装置所产生的等离子体羽具有时间恒定、横截面积大、放电过程中气体温度低、化学反应效率高等优点。

Description

一种产生连续低温大截面大气压等离子体羽的装置及方法

技术领域

本发明涉及低温等离子体技术领域，具体地说是一种产生连续低温大截面大气压等离子体羽的装置及方法。

背景技术

大气压均匀放电产生的低温等离子体（或称等离子体羽）在工业、生物医疗、军事上具有广泛的应用价值，如应用于材料制备、表面处理、材料蚀刻、臭氧合成、水处理、工业废气脱硫脱氮、杀菌消毒、飞行器减阻、航空器隐身等领域。目前，介质阻挡放电是产生大气压均匀放电等离子体的最常用技术，但由于受到两电极间放电间隙尺寸的限制，介质阻挡放电产生均匀等离子体的应用受到很大限制。针对于此，目前国内外通常利用等离子体喷枪产生均匀等离子体。喷枪由于能够将等离子体产生区和应用区分离，从而避免了电极间隙对待处理材料的限制。

现有的喷枪按照其工作模式可以分为脉冲放电喷枪和连续放电喷枪。脉冲放电喷枪产生的等离子体羽是脉冲形式的，时间占空比较低，因此化学反应效率低。对于连续放电喷枪，主要有电弧放电喷枪和微空心阴极放电喷枪。电弧放电喷枪是在阴极和阳极之间通入工作气体，在两电极间施加高压直流电，使之产生电弧放电，从而在气体的下游区域产生等离子体羽。电弧放电喷枪所产生的等离子体羽温度较高，因此使用过程中，容易损伤待处理热敏材料，且喷枪需要配备冷却装置，生产过程比较复杂，生产成本高。微空心阴极放电喷枪，虽然能够产生气体温度较低的连续放电等离子体羽，但微空心阴极的直径很小，导致产生的等离子体羽横截面很小，不利于大尺寸材料的处理。

发明内容

本发明的目的之一就是提供一种产生连续低温大截面大气压等离子体羽的装置，以解决现有喷枪产生的等离子体羽温度高、横截面小、时间占空比低的问题。

本发明的目的之二就是提供一种产生连续低温大截面大气压等离子体羽的方法，采用该方法可产生低温、大截面、时间占空比高的大气压等离子体羽。

本发明的目的之一是这样实现的：一种产生连续低温大截面大气压等离子体羽的装置，包括喷枪机构、供气机构和供电机构；

所述喷枪机构包括棒状金属阴极、中空闭合阳极和U型介质管；所述金属阴极的一端接地，所述金属阴极的另一端为自由端，所述金属阴极的自由端从所述U型介质管的封口端穿入所述U型介质管内，并伸到所述U型介质管的敞口端处，所述金属阴极位于所述U型介质管的中心轴线上；在所述U型介质管靠近其封口端的侧壁上开有进气口，所述U型介质管通过所述进气口与所述供气机构相接；所述中空闭合阳极与所述U型介质管的敞口端相对设置，所述中空闭合阳极的中心轴线与所述金属阴极的中心轴线重合；所述中空闭合阳极与所述供电机构相接；

所述供气机构包括供气管路以及向所述喷枪机构的所述U型介质管内提供放电气体的气瓶或气泵；所述气瓶或气泵通过所述供气管路与所述U型介质管的进气口相接；在所述供气管路上设置有气阀、气压表和气体体积流量计；

所述供电机构包括高压直流电源和镇流电阻；所述高压直流电源的正高压输出端通过所述镇流电阻与所述喷枪机构中的所述中空闭合阳极电连接。

所述U型介质管的材质为玻璃、石英或聚四氟乙烯；所述U型介质管的内径为2—50mm。

所述金属阴极的自由端距所述中空闭合阳极的中心的距离为0—200mm。

所述中空闭合阳极的材质为铜、铝或不锈钢；所述中空闭合阳极的中空部分的形状为圆形、方形、三角形、多边形或不规则形状；所述中空闭合阳极的中心距其边缘的最短距离大于所述U型介质管的内径；所述中空闭合阳极的厚度为0.1—20mm。

所述金属阴极的材质为钨、铜或铁；所述金属阴极的直径为0.1—5mm；所述金属阴极的自由端为针尖状或丝网状。

所述镇流电阻的阻值为50 kΩ-1 MΩ。

本发明所提供的装置包括喷枪机构、供气机构和供电机构。喷枪机构由棒状金属阴极、中空闭合阳极和U型介质管构成，金属阴极伸入U型介质管内的中心轴线上，且自由端与U型介质管的敞口端齐平，中空闭合阳极与金属阴极相对设置，且两者的中心轴线重合，两者之间保持适当的距离。供气机构用于给U型介质管内通入放电气体，所通入的放电气体由U型介质管的封口端向其敞口端方向流动，并由U型介质管的敞口端处向中空闭合阳极方向流动。供电机构包括高压直流电源和镇流电阻，高压直流电源的正高压输出端通过镇流电阻与中空闭合阳极电连接；当高压直流电源的输出电压达到一定值时，可在两电极之间产生放电现象；通过调整镇流电阻的阻值，可使两电极之间的放电处于辉光放电模式，而不是电晕放电（镇流电阻的阻值太大）或电弧放电（镇流电阻的阻值太小），故镇流电阻的阻值一般为50 kΩ-1 MΩ。

本发明可在中空闭合阳极与金属阴极之间形成辉光放电，而非弧光放电，辉光放电所产生的等离子体羽的电子温度较高而气体温度较低，因而在放电过程中金属阴极和中空闭合阳极不会因温度过高而出现放电不稳定的现象，不需要冷却；同时也不容易损伤待处理的热敏材料。辉光放电所产生的等离子体羽不是脉冲的，而是时间恒定的（或称连续的），时间占空比高，化学反应效率高。所产生的等离子体羽的直径（此处所称直径一般指等离子体羽的最大直径）由U型介质管的内径决定，可以为2mm到50mm，即等离子体羽具有较大的横截面积，有利于大面积材料的处理。

本发明所提供的装置是一种结构简单、价格低廉的大气压直流激励的等离子喷枪装置，该装置所产生的等离子体羽具有时间恒定、横截面积大、放电过程中气体温度低、化学反应效率高等优点；该装置在材料制备、表面处理、材料蚀刻、臭氧合成、水处理、杀菌消毒等领域具有广泛的应用前景。

本发明的目的之二是这样实现的：一种产生连续低温大截面大气压等离子体羽的方法，包括如下步骤：

a、设置喷枪机构；所述喷枪机构包括棒状金属阴极、中空闭合阳极和U型介质管；所述金属阴极的一端接地，所述金属阴极的另一端从所述U型介质管的封口端穿入所述U型介质管内，并伸到所述U型介质管的敞口端处，所述金属阴极位于所述U型介质管的中心轴线上；在所述U型介质管靠近其封口端的侧壁上开有进气口；所述中空闭合阳极与所述U型介质管的敞口端相对设置，所述中空闭合阳极的中心轴线与所述金属阴极的中心轴线重合；

b、设置供气机构；所述供气机构包括供气管路以及气瓶或气泵；所述气瓶或气泵通过所述供气管路与所述U型介质管的进气口相接；在所述供气管路上设置有气阀、气压表和气体体积流量计；

c、设置供电机构；所述供电机构包括高压直流电源和镇流电阻；所述高压直流电源的正高压输出端通过所述镇流电阻与所述中空闭合阳极电连接；

d、打开所述供气管路上的气阀，由所述气瓶或气泵向所述U型介质管内通入放电气体；

e、打开所述高压直流电源的开关，逐渐增加所述高压直流电源的输出电压，使得在所述中空闭合阳极与所述金属阴极之间产生放电现象，且放电产生的等离子体羽仅出现在所述中空闭合阳极与所述金属阴极之间；

f、继续增加所述高压直流电源的输出电压，直至放电产生的等离子体羽穿过所述中空闭合阳极的中空部分，形成连续的、低温大截面大气压等离子体羽。

步骤d中由所述气瓶或气泵向所述U型介质管内通入的放电气体为氦气、氮气、氩气和空气中的至少一种；通入的放电气体的流速为0.1L/min-10L/min。

步骤a所设置的喷枪机构中，所述U型介质管的内径为2—50mm；所述金属阴极的直径为0.1—5mm；所述金属阴极的自由端为针尖状或丝网状。

步骤a所设置的喷枪机构中，所述金属阴极的自由端距所述中空闭合阳极的中心的距离为0—200mm；所述中空闭合阳极的中心距其边缘的最短距离大于所述U型介质管的内径。

采用本发明所提供的方法，可产生低温、大截面、时间占空比高的大气压等离子体羽；对于推动等离子体在材料制备、表面处理、材料蚀刻、臭氧合成、水处理、工业废气脱硫脱氮、杀菌消毒、飞行器减阻、航空器隐身等中的应用将具有深远的意义和广泛的影响。

附图说明

图1是本发明中产生连续低温大截面大气压等离子体羽的装置的结构示意图。

图2是本发明中所产生的放电等离子体羽的照片图。

图3是本发明中所产生的放电等离子体羽的电压波形示意图。

图4是本发明中所产生的放电等离子体羽的电流波形示意图。

图5是本发明中所产生的放电等离子体羽的发光信号波形示意图。

图6是介质阻挡放电结构的脉冲放电喷枪所形成的放电等离子体羽的电压波形示意图。

图7是介质阻挡放电结构的脉冲放电喷枪介质阻挡管内发光信号的波形示意图。

图8是介质阻挡放电结构的脉冲放电喷枪所形成的放电等离子体羽的发光信号的波形示意图。

具体实施方式

实施例1，一种产生连续低温大截面大气压等离子体羽的装置。

如图1所示，本发明所提供的装置包括喷枪机构、供气机构和供电机构。

喷枪机构包括棒状金属阴极1、中空闭合阳极2和U型介质管3。棒状金属阴极1的一端接地，另一端为自由端。U型介质管3具有封口端和敞口端；U型介质管3侧向放置，使得其封口端和敞口端处于同一水平面内。棒状金属阴极1的自由端从U型介质管3封口端的底部穿入U型介质管3内，并伸到U型介质管3的敞口端处，棒状金属阴极1的自由端与U型介质管3的敞口端齐平。棒状金属阴极1处于U型介质管3的中心轴线上。

棒状金属阴极1的材质为具有良好导电率的金属，如钨、铜或铁等。棒状金属阴极1的直径应与U型介质管3的内径相适配，例如可以为0.1—5mm。棒状金属阴极1的自由端应具有较大的曲率，例如可以设计为针尖状或丝网状等。

在U型介质管3靠近其封口端的侧壁上开有进气口，U型介质管3通过其侧壁的进气口与供气机构相接，供气机构用于向U型介质管3内通入放电气体。U型介质管3作为放电气体流通的通道，其材质可以是玻璃、石英或聚四氟乙烯等绝缘电解质材料。U型介质管3的内径可以决定所产生的等离子体羽的直径（此处所称等离子体羽的直径一般为等离子体羽的最大直径），U型介质管3的内径可以为2—50mm，则所产生的等离子体羽的直径也可以为2—50mm。

供气机构包括供气管路以及气瓶或气泵7，供气管路的一端连接气瓶或气泵7的开口端，另一端连接U型介质管3的进气口，即：气瓶或气泵7通过供气管路与U型介质管3的进气口相接。在供气管路上设置有气阀6、气压表5和气体体积流量计4。打开气阀6，气瓶或气泵7内的放电气体可沿供气管路到达U型介质管3的进气口处，之后由U型介质管3的进气口流入U型介质管3内，并流经棒状金属阴极1与U型介质管3内壁之间的区域。放电气体在U型介质管3内由U型介质管3的封口端向敞口端方向流动，并从U型介质管3的敞口端流出。向U型介质管3内通入的放电气体可以是氦气、氮气、氩气或空气等，也可以是上述气体中任意两者或两者以上的混合气体。通入的放电气体的体积流量可根据U型介质管3的内径以及放电气体的不同，在0.1L/min—10L/min之间选择。

中空闭合阳极2，顾名思义，即是采用中间为中空部分的闭合形的电极作为阳极。中空闭合阳极2与棒状金属阴极1的自由端（或U型介质管3的敞口端）相对设置，即：中空闭合阳极2处于放电气体的下游区。中空闭合阳极2的中心轴线与棒状金属阴极1的中心轴线重合，且中空闭合阳极2的中心与棒状金属阴极1的自由端保持一定的距离，例如可以为0—200mm，对于端值为“0”的情况指中空闭合阳极2的中心与棒状金属阴极1的自由端相接触的情况。棒状金属阴极1和中空闭合阳极2可在水平面上用绝缘支架支撑固定。中空闭合阳极2可安装在能够滑动的轨道上，从而可以方便地调节两电极之间（即中空闭合阳极2与棒状金属阴极1之间）的距离。

中空闭合阳极2的材质可以为铜、铝或不锈钢等金属材料。中空闭合阳极2的中空部分的形状可以为圆形、方形、三角形、多边形或不规则形状等，中空闭合阳极2的中心距其边缘的最短距离（若中空部分为圆形，则最短距离为圆的半径；若中空部分为矩形，则最短距离为矩形的短边；若中空部分为正多边形，则最短距离为正多边形内切圆的半径）应大于U型介质管3的内径，以利于在两电极间形成辉光放电。中空闭合阳极2的厚度（即内外径之差）可以为0.1—20mm。

供电机构包括高压直流电源9和镇流电阻8。高压直流电源9的一端接地，另一端为正高压输出端。高压直流电源9的正高压输出端通过镇流电阻8与中空闭合阳极2电连接，高压直流电源9与镇流电阻8之间以及镇流电阻8与中空闭合阳极2之间通过导线连接。镇流电阻8的作用是调节放电所产生的电流的大小，以使在两个电极间的放电处于辉光放电模式（当然，要想实现辉光放电也需要输出电压满足一定的要求），而不是处于电晕放电（镇流电阻太大）或者电弧放电模式（镇流电阻太小），因而其大小一般在50 kΩ-1 MΩ。

实施例2，一种产生连续低温大截面大气压等离子体羽的方法。

本发明所提供的产生连续低温大截面大气压等离子体羽的方法，包括如下步骤：

a、设置喷枪机构。

如图1所示，喷枪机构包括棒状金属阴极1、中空闭合阳极2和U型介质管3。棒状金属阴极1的一端接地，另一端为自由端。U型介质管3具有封口端和敞口端；U型介质管3侧向放置，使得其封口端和敞口端处于同一水平面内。棒状金属阴极1的自由端从U型介质管3封口端的底部穿入U型介质管3内，并伸到U型介质管3的敞口端处，棒状金属阴极1的自由端与U型介质管3的敞口端齐平。棒状金属阴极1处于U型介质管3的中心轴线上。

棒状金属阴极1的材质为具有良好导电率的金属，如钨、铜或铁等。棒状金属阴极1的直径应与U型介质管3的内径相适配，例如可以为0.1—5mm。棒状金属阴极1的自由端应具有较大的曲率，例如可以设计为针尖状或丝网状。

在U型介质管3靠近其封口端的侧壁上开有进气口。U型介质管3的材质可以是玻璃、石英或聚四氟乙烯等绝缘电解质材料。U型介质管3的内径可以决定所产生的等离子体羽的直径，U型介质管3的内径可以为2—50mm。

中空闭合阳极2与棒状金属阴极1的自由端（或U型介质管3的敞口端）相对设置。中空闭合阳极2的中心轴线与棒状金属阴极1的中心轴线重合，且中空闭合阳极2的中心与棒状金属阴极1的自由端保持一定的距离，例如可以为0—200mm。棒状金属阴极1和中空闭合阳极2可在水平面上用绝缘支架支撑固定。中空闭合阳极2可安装在能够滑动的轨道上，从而可以方便地调节两电极之间（即中空闭合阳极2与棒状金属阴极1之间）的距离。

中空闭合阳极2的材质可以为铜、铝或不锈钢等金属材料。中空闭合阳极2的中空部分的形状可以为圆形、方形、三角形、多边形或不规则形状等，中空闭合阳极2中心距其边缘的最短距离应大于U型介质管3的内径，以利于辉光放电的产生，否则可能会产生电弧放电。当中空闭合阳极2中空部分的形状为圆形时，中空闭合阳极2的内径应大于U型介质管3的内径；当中空闭合阳极2中空部分的形状为正方形时，中空闭合阳极2中空部分的边长应大于U型介质管3的内径；当中空闭合阳极2中空部分的形状为正多边形时，中空闭合阳极2中空部分内切圆的半径应大于U型介质管3的内径。中空闭合阳极2的厚度（即内外径之差）可以为0.1—20mm。

b、设置供气机构。

供气机构包括供气管路以及气瓶或气泵7，供气管路的一端连接气瓶或气泵7的开口端，另一端连接U型介质管3的进气口，即：气瓶或气泵7通过供气管路与U型介质管3的进气口相接。在供气管路上设置有气阀6、气压表5和气体体积流量计4。打开气阀6，气瓶或气泵7内的放电气体可沿供气管路到达U型介质管3的进气口处，之后由U型介质管3的进气口流入U型介质管3内，并流经棒状金属阴极1与U型介质管3内壁之间的区域。向U型介质管3内通入的放电气体可以是氦气、氮气、氩气或空气等，也可以是上述气体中任意两者或两者以上的混合气体。通入的放电气体的体积流量可根据U型介质管3的内径以及放电气体的不同，在0.1L/min—10L/min之间选择。

c、设置供电机构。

供电机构包括高压直流电源9和镇流电阻8。高压直流电源9的一端接地，另一端为正高压输出端。高压直流电源9的正高压输出端通过镇流电阻8与中空闭合阳极2电连接，高压直流电源9与镇流电阻8之间以及镇流电阻8与中空闭合阳极2之间通过导线连接。镇流电阻8的作用是使得两个电极间的放电处于辉光放电模式，而不是处于电晕放电（镇流电阻太大）或者电弧放电模式（镇流电阻太小），因而其大小一般在50 kΩ-1 MΩ。

d、打开供气管路上的气阀，由气瓶或气泵7向U型介质管3内通入放电气体。放电气体在U型介质管3内由U型介质管3的封口端向敞口端方向流动，并从U型介质管3的敞口端流出。

e、打开高压直流电源9的开关，逐渐增大高压直流电源9的输出电压，使得在中空闭合阳极2与棒状金属阴极1之间产生放电现象，且放电产生的等离子体羽仅出现在中空闭合阳极2与棒状金属阴极1之间。

f、继续增大高压直流电源9的输出电压，直至放电产生的等离子体羽穿过中空闭合阳极2的中空部分，在中空闭合阳极2的外侧（远离棒状金属阴极1的一侧，即气流下游区）也形成等离子体羽。

下面以一具体例子详细描述本发明中产生连续低温大截面大气压等离子体羽的方法。

结合图1，选择长度为12 cm，直径为1.5 mm的钨棒作为金属阴极1，且金属阴极1的自由端为针尖状，针尖的直径约为200 μm。U型介质管3是内径为7 mm，厚度（即内外径之差）为1mm的玻璃管。镇流电阻8的阻值为500 kΩ。中空闭合阳极2是内径为3 cm，外径为3.2cm的铁环。金属阴极1自由端（即钨针尖端）距中空闭合阳极2中心的距离为1 cm（此处所提到的参数只是用于举例说明，参数间并不存在特定的比例关系）。

具体放电的方法为：（1）打开供气机构中供气管路上的气阀6，由气瓶或气泵7向U型介质管3内提供放电气体。通过调节气阀6的开口大小，使供气管路中通过的气体的体积流量为2 L/min（可由气体体积流量计4观察到）。（2）打开高压直流电源9的开关，并逐渐增加高压直流电源9的输出电压，当其输出电压达到5kV或更高时，可以观察到在两电极间有放电等离子体羽产生但等离子体羽未能穿过中空闭合阳极2的中空部分，放电过程中伴有轻微的鸣叫声。随着高压直流电源9输出电压的逐渐增大，等离子体羽的长度逐渐增长，当输出电压增大到7kV或更高时，等离子体羽穿过中空闭合阳极2的中空部分，在中空闭合阳极2的外侧也形成了等离子体羽，此时放电没有鸣叫声。如图2所示，图2为本发明的装置在前述放电条件下产生放电时的照片图。图2中示出了U型介质管3的敞口端及金属阴极1的针尖端，在金属阴极1与中空闭合阳极2之间形成了大面积的等离子体羽10，且等离子体羽10穿过中空闭合阳极2的中空部分，在中空闭合阳极2的外侧也形成了等离子体羽10。本实施例中U型介质管3的内径为7mm，所产生的等离子体羽10的直径（即最大直径）为7mm，即与U型介质管3敞口端相接位置处的等离子体羽的直径为7mm。

从图2可知，本发明产生的等离子体羽的直径由U型介质管的内径决定（本实例中约为7mm）。与微空心阴极放电喷枪相比，本发明产生的等离子体羽具有较大的横截面积，有利于大面积材料的处理。与以往采用的由直流电驱动的等离子体电弧喷枪装置相比，本发明放电是通过辉光放电产生的等离子体羽；该等离子体羽电子温度较高而气体温度较低，因而在放电过程中不会出现温度过高的现象，不需要冷却。与介质阻挡放电喷枪相比，本发明产生的放电等离子体羽是时间恒定的放电，时间占空比高，化学反应效率高。具体可参见图3~图8，图3、图4和图5，分别示出了本发明中所产生的放电等离子体羽的电压波形、电流波形及发光信号的波形示意图，由图3~图5可明显看出本发明中所产生的放电等离子体羽是连续的，即时间是恒定的。图6、图7和图8分别示出了介质阻挡放电结构的脉冲放电喷枪所形成的放电等离子体羽的电压波形、介质阻挡管内发光信号的波形及等离子体羽的发光信号的波形示意图，由图6~图8可明显看出脉冲放电喷枪所形成的放电等离子体羽是脉冲形式的，即是不连续的。

上述例子中所提到的高压直流电源9的输出电压以及放电气体的气体体积流量的值只针对上述所提到的装置参数适用，在具体实施过程中视具体情况可以改变输出电压和气体体积流量。

Claims (10)

1.一种产生连续低温大截面大气压等离子体羽的装置，其特征是，包括喷枪机构、供气机构和供电机构；

所述喷枪机构包括棒状金属阴极、中空闭合阳极和U型介质管；所述金属阴极的一端接地，所述金属阴极的另一端为自由端，所述金属阴极的自由端从所述U型介质管的封口端穿入所述U型介质管内，并伸到所述U型介质管的敞口端处，所述金属阴极位于所述U型介质管的中心轴线上；在所述U型介质管靠近其封口端的侧壁上开有进气口，所述U型介质管通过所述进气口与所述供气机构相接，所述U型介质管作为放电气体流通的通道；所述中空闭合阳极与所述U型介质管的敞口端相对设置，所述中空闭合阳极的中心轴线与所述金属阴极的中心轴线重合；所述中空闭合阳极与所述供电机构相接；

所述供气机构包括供气管路以及向所述喷枪机构的所述U型介质管内提供放电气体的气瓶或气泵；所述气瓶或气泵通过所述供气管路与所述U型介质管的进气口相接；在所述供气管路上设置有气阀、气压表和气体体积流量计；

所述供电机构包括高压直流电源和镇流电阻；所述高压直流电源的正高压输出端通过所述镇流电阻与所述喷枪机构中的所述中空闭合阳极电连接。

2.根据权利要求1所述的产生连续低温大截面大气压等离子体羽的装置，其特征是，所述U型介质管的材质为玻璃、石英或聚四氟乙烯；所述U型介质管的内径为2—50mm。

3.根据权利要求1所述的产生连续低温大截面大气压等离子体羽的装置，其特征是，所述金属阴极的自由端距所述中空闭合阳极的中心的距离为0—200mm。

4.根据权利要求1所述的产生连续低温大截面大气压等离子体羽的装置，其特征是，所述中空闭合阳极的材质为铜、铝或不锈钢；所述中空闭合阳极的中空部分的形状为圆形、方形、三角形、多边形或不规则形状；所述中空闭合阳极的中心距其边缘的最短距离大于所述U型介质管的内径；所述中空闭合阳极的厚度为0.1—20mm。

5.根据权利要求1所述的产生连续低温大截面大气压等离子体羽的装置，其特征是，所述金属阴极的材质为钨、铜或铁；所述金属阴极的直径为0.1—5mm；所述金属阴极的自由端为针尖状或丝网状。

6.根据权利要求1所述的产生连续低温大截面大气压等离子体羽的装置，其特征是，所述镇流电阻的阻值为50 kΩ-1 MΩ。

7.一种产生连续低温大截面大气压等离子体羽的方法，其特征是，包括如下步骤：

a、设置喷枪机构；所述喷枪机构包括棒状金属阴极、中空闭合阳极和U型介质管；所述金属阴极的一端接地，所述金属阴极的另一端从所述U型介质管的封口端穿入所述U型介质管内，并伸到所述U型介质管的敞口端处，所述金属阴极位于所述U型介质管的中心轴线上；在所述U型介质管靠近其封口端的侧壁上开有进气口；所述中空闭合阳极与所述U型介质管的敞口端相对设置，所述中空闭合阳极的中心轴线与所述金属阴极的中心轴线重合；

b、设置供气机构；所述供气机构包括供气管路以及气瓶或气泵；所述气瓶或气泵通过所述供气管路与所述U型介质管的进气口相接；在所述供气管路上设置有气阀、气压表和气体体积流量计；

c、设置供电机构；所述供电机构包括高压直流电源和镇流电阻；所述高压直流电源的正高压输出端通过所述镇流电阻与所述中空闭合阳极电连接；

d、打开所述供气管路上的气阀，由所述气瓶或气泵向所述U型介质管内通入放电气体；

e、打开所述高压直流电源的开关，逐渐增加所述高压直流电源的输出电压，使得在所述中空闭合阳极与所述金属阴极之间产生放电现象，且放电产生的等离子体羽仅出现在所述中空闭合阳极与所述金属阴极之间；

f、继续增加所述高压直流电源的输出电压，直至放电产生的等离子体羽穿过所述中空闭合阳极的中空部分，形成连续的、低温大截面大气压等离子体羽。

8.根据权利要求7所述的产生连续低温大截面大气压等离子体羽的方法，其特征是，步骤d中由所述气瓶或气泵向所述U型介质管内通入的放电气体为氦气、氮气、氩气和空气中的至少一种；通入的放电气体的流速为0.1L/min-10L/min。

9.根据权利要求7所述的产生连续低温大截面大气压等离子体羽的方法，其特征是，步骤a所设置的喷枪机构中，所述U型介质管的内径为2—50mm；所述金属阴极的直径为0.1—5mm；所述金属阴极的自由端为针尖状或丝网状。

10.根据权利要求7所述的产生连续低温大截面大气压等离子体羽的方法，其特征是，步骤a所设置的喷枪机构中，所述金属阴极的自由端距所述中空闭合阳极的中心的距离为0—200mm；所述中空闭合阳极的中心距其边缘的最短距离大于所述U型介质管的内径。