大气压低温等离子体技术近年来受到广泛关注，其摆脱了真空工作环境的限制，有利于大规模工业化应用。低温等离子体中的高能电子、自由基等活性粒子具有较强的化学活性，能够使苛刻条件下的反应在常压低温下进行。尤其是大气压等离子体射流在开放区域中产生等离子体，使被处理物不再受放电空间的限制，被广泛应用于生物医学、材料改性和能源化工等多个领域。

大气压低温等离子体射流的设计与优化、射流放电机理是目前研究重点。激励源种类、放电参数、电极结构以及工作气体种类等都将影响等离子体射流放电特性。对相同射流结构，脉冲源激励产生等离子体相对于交流源激励具有更好的灭菌效率。

通常认为是脉冲源的陡上升沿、窄脉宽等特点导致过电压击穿，产生更多的高能电子，进一步加强了气体分子的电离和激发态过程。进一步研究表明使用亚微秒甚至纳秒电源激励能产生长度更长、化学活性更高的等离子体射流。

大气压脉冲放电等离子体射流肉眼上观察是一段连续的羽状放电，而实际上是由快速移动的电离波组成的，被称为等离子体子弹。随着高速相机（Intensified Charge Coupled Device, ICCD）技术的发展，等离子体射流的不连续结构首次由Teschke和卢新培研究团队发现。研究不同脉冲波形的等离子体射流子弹的传播特性有助于从微观上理解等离子体射流演化过程。吴淑群等发现，在脉冲上升沿为50ns以上时，脉冲上升沿与等离子体子弹传播速度、距离成反比。刘定新等研究表明不同脉宽条件下，射流传播特性与介质管壁积聚的正电荷量有关。

多数文献是在较长脉宽下，讨论脉冲波形变化对等离子体子弹传播特性的影响。对窄脉宽、陡上升沿以及陡脉冲下降沿条件下的等离子体子弹参数研究较为匮乏。本文通过ICCD相机和光谱仪研究脉冲上升沿、下降沿和脉冲宽度对等离子体射流长度以及等离子体子弹时空演变过程的影响，并通过计算高能级氦激发态粒子强度比值来表征约化电场，分析了不同脉冲参数下约化电场对等离子体子弹传播的影响。

图1 实验装置示意图

总结

本文研究脉冲波形对大气压He等离子体射流上升沿子弹的影响，并采用He谱线比值计算不同条件下的宏观电场强度。实验结论如下：

• 1）由于过电压击穿，脉冲上升沿越短，形成的子弹半径越大，但由于在传播过程中难以自维持E/δ，子弹消散更快。
• 2）脉冲宽度通过对残余电荷的积累和下降沿放电的影响进而改变射流特性。进一步研究证实，残余电荷形成的反向电场对外加电场有不同程度的削弱作用。当残余电荷累积饱和后，外加电场趋于 平稳。
• 3）在窄脉冲参数下，脉冲下降沿通过残余电荷形成的反向电场影响子弹头部的空间电场方向和强度，进而影响脉冲上升沿子弹传播。

本文的研究对大气压等离子体射流的脉冲参数选择具有一定的参考。