OH 및 N2^+ 분자 스펙트럼을 이용한 헬륨 대기압 플라즈마 제트의 가스 온도 측정

Abstract

A helium (He) atmospheric pressure plasma jet (APPJ) setup was constructed by using the dielectric barrier discharge (DBD). After generating atmospheric pressure plasma, optical emission spectroscopy (OES) was used to measure the gas temperature. Helium gas was flowed into the quartz tube through a digital mass flow controller. An ac voltage of sine wave was applied to the copper electrode using a function generator and AC amplifier. Plasma emission light was collected with two lenses and an optical fiber, and spectral signals of OH and N2 molecular ion were measured using a spectrometer with a resolution of 0.01 nm. The plasma gas temperature was obtained from the measured spectral signal and the Boltzmann plot method, and the temperature change was analyzed according to plasma operating conditions such as AC voltage amplitude and frequency and helium gas flow rate. In addition, the effect of the counter electrode was confirmed by measuring the temperature according to the position outside the quartz tube.|유전체 장벽 방전 (dielectric barrier discharge: DBD) 원리를 이용하여 헬륨 (He) 대기압 플라즈마 제트 (atmospheric pressure plasma jet: APPJ) 장치를 구성하고, 대기압 플라즈마를 발생시킨 후, 방출광 분광법 (optical emission spectroscopy: OES)을 이용하여 가스 온도를 측정하였다. 헬륨 가스는 디지털 유량 조절기를 통해 quartz 튜브로 흘려 주었고, 함수 발생기와 교류 증폭기를 사용하여 구리 전극에 사인파형의 교류 전압을 가해주었다. 플라즈마 방출광을 두개의 렌즈와 광섬유로 수집하였고, 분해능이 0.02 nm인 분광기를 사용하여 OH 및 N_2^+ 분자의 분광 신호를 측정하였다. 측정된 분광 신호와 Boltzmann plot 방법을 이용하여 플라즈마 가스 온도를 얻었으며, 교류전압 진폭 및 주파수와 헬륨 가스 흐름율(flow rate) 등의 플라즈마 동작조건에 따른 온도 변화를 분석하였다. 또한 quartz 튜브 밖에서 위치에 따른 온도를 측정함으로써 대항전극 (counter electrode)의 효과를 살펴보았다.