XV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Медицинский малогабаритный генератор холодной плазмы с автономным питанием
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
В зависимости от температуры любое вещество изменяет своё состояние. Так, вода при отрицательных (по Цельсию) температурах находится в твёрдом состоянии, в интервале от 0 до 100 °С - в жидком, выше 100 °С—в газообразном. Если температура продолжает расти, атомы и молекулы начинают терять свои электроны — ионизуются и газ превращается в плазму. Под плазмой в физике понимают газ, состоящий из электрически заряженных и нейтральных частиц, в котором суммарный электрический заряд равен нулю, то есть, выполнено условие квазинейтральности. При температурах более 1 000 000°С плазма абсолютно ионизована — она состоит только из электронов и положительных ионов. Плазма — наиболее распространённое состояние вещества в природе, на неё приходится около 99 % массы Вселенной. Чтобы перевести газ в состояние плазмы, нужно оторвать хотя бы часть электронов от атомов, превратив эти атомы в ионы. Такой отрыв от атомов называют ионизацией. В природе и технике ионизация может производиться различными путями. Один из самых распространенных способов ионизация электрическим разрядом. Поскольку для осуществления процесса ионизации необходимы температуры, сравнимые с потенциалом ионизации, равновесная плазма обычно является горячей (с температурой больше нескольких тысяч градусов). Неравновесная плазма, иначе называется холодной, её температура значительно ниже. В настоящее время, во всём мире ведутся работы, по получению и исследованию низкотемпературной (холодной) плазмы. Существуют генераторы низкотемпературной плазмы — плазмотроны, в которых используется электрическая дуга. С помощью плазмотрона можно нагреть почти любой газ до 7000—10000 градусов за сотые и тысячные доли секунды. С созданием плазмотрона возникли новые направления в науке — плазменная химия, плазменная медицина и многие другие. Холодная плазма обладает антисептическими свойствами, благодаря повышенной концентрации озона, содержащегося в ионизированном газе. Отсутствие токов проводимости через тело пациента приводит к тому, что подповерхностные слои обрабатываемой ткани практически не прогреваются при воздействии плазмы на поверхность обрабатываемого органа (ткани). Это обеспечивает минимальное травмирование оперируемого, в процессе коагуляции или девитализации. Осуществление разработок подобной медицинской техники несомненно, является актуальным и перспективным направлением. Однако, возникает закономерный вопрос, возможно ли в условиях школьной лаборатории разработать подобные высокотехнологичные устройства. В прошлом учебном году, на научных конференциях, нами была представлена модель медицинского генератора холодной плазмы. Прибор обладает стабильными характеристиками, получил одобрение специалистов, но обладает существенным недостатком, привязкой к электрическим сетям. Продолжая работы по совершенствованию экспериментальной модели генератора холодной плазмы, была поставлена перспективная цель по разработке прибора с автономным питанием, использованием современной радиоэлектронной базы, и как следствие уменьшение габаритов прибора. Подобное решение расширит функциональные возможности прибора, позволит использовать его в новых областях применения, например в бытовой косметологии.
Цель и задачи работы
Цель данной работы заключается в разработке, создании и апробировании малогабаритного медицинского генератора холодной плазмы с автономным питанием. Цель определила решение нескольких задач:
- изучение доступной литературы и интернет – источников по вопросам строения и методам получения холодной неравновесной плазмы;
- изучение доступной литературы и интернет – источников, освещающих вопросы конструирования и изготовления генераторов холодной плазмы
- используя предыдущий опыт схемотехнических решений по изготовлению генераторов холодной плазмы, разработка собственной схемотехники малогабаритного генератора с автономным питанием;
- на основе схемотехнических решений создание прибора;
- исследование его параметров и апробирование прибора специалистами в одном из медицинских учреждений.
Плазма, как состояние вещества [1 - 3]
Плазма представляет собой состояние вещества, обладающее очень интересными свойствами, которые находят всё более широкое применение в разработках, посвящённых проблемам современной техники. Газ, в котором значительная часть атомов или молекул ионизирована, называется плазмой. Это название было предложено в 1923 году американскими физиками Ленгмюром и Тонксом. Плазма – нормальная форма существования вещества при температуре порядка 10 000 градусов и выше. Теоретически возникновение плазмы можно представить следующим образом. Предположим, что в замкнутом сосуде, сделанном из очень тугоплавкого материала, находиться небольшое количество какого-либо вещества. При нагревании в случае твердого вещества происходит плавление и испарение в случае жидкого вещества – испарение. Образовавшийся газ равномерно заполнит весь объём. Когда температура достигнет достаточно высокого уровня, все молекулы газа (если это молекулярный газ) диссоциируют. В результате в сосуде будет содержаться газообразная смесь элементов, из которых состоит вещество. Атомы этих элементов будут быстро и беспорядочно двигаться, испытывая время от времени столкновения между собой. Средняя скорость хаотического теплового движения атомов растёт пропорционально квадратному корню из абсолютной температуры газа и зависит от атомного веса вещества. Допустим, что стенки сосуда способны противостоять сколь угодно высокой температуре, не разрушаясь. В этом случае при температуре около 5 000 0С происходит ионизация вещества. При достаточно высокой температуре газ перестаёт быть нейтральным: в нём появляются положительные ионы и свободные электроны, оторванные от атомов. Электроны, принадлежащие внешним слоям оболочки, отрываются сравнительно легко, более глубоко лежащие слои отрываются при более высоких температурах до 20 000 0С при этом в газе практически не остается нейтральных атомов. Это означает, что можно говорить о полной ионизации газа. Любая плазма характеризуется степенью ионизации - отношением числа ионизированных частиц к полному их числу в единице объёма плазмы. В зависимости от величины ионизации говорят о слабо, умеренно или полностью ионизированной плазме. В лабораторных опытах и технике нормальным состоянием плазмы считают различные виды электрических разрядов в газах. При электрическом разряде через газ проходит ток. Носителями этого тока являются электроны и ионы, которые образуются в результате ионизации газа. Сам процесс ионизации неразрывно связан с прохождением тока. Только благодаря наличию тока в газе постоянно возникают новые ионы и электроны, и степень ионизации поддерживается на определённом уровне. Между плазмой, образовавшейся при нагревании вещества, и плазмой газового разряда имеется одно существенное отличие. Плазма газового разряда не является в термическом отношении равновесной. Она нагревается изнутри за счёт энергии, выделяющейся за счёт прохождения тока, и охлаждается с поверхности вследствие контакта с холодными стенками газоразрядного прибора или же с окружающими слоями обычного газа. Плазма, образующаяся при интенсивных газовых разрядах, может иметь во много раз большую температуру, чем металл, стекло или нейтральный газ, которые её окружают. Кроме того, такая плазма термически не равновесна, поскольку состоит из смеси нескольких компонентов, неодинаково нагретых (электроны, положительные ионы, нейтральные атомы) у которых средняя кинетическая энергия различна. Под действием электрического поля (даже очень слабого) в плазме появляется электрический ток. В магнитном поле плазма ведёт себя, как диамагнитное вещество. Плазма может также интенсивно взаимодействовать с электромагнитными волнами.
Получение плазмы [4 - 5]
Общепринятым способом получения плазмы в лабораторных условиях и технике является использование электрического газового разряда. Газовый разряд представляет собой газовый промежуток, к которому приложена разность потенциалов. В промежутке образуются заряженные частицы, которые движутся в электрическом поле и создают ток. Для поддержания тока в плазме нужно, чтобы отрицательный электрод (катод) испускал в плазму электроны. Эмиссию электронов с катода можно обеспечивать различными способами, например нагреванием катода до достаточно высоких температур (термоэмиссия), либо облучением катода каким-либо коротковолновым излучением (рентгеновские лучи, гамма-излучение), способным выбивать электроны из металла (фотоэффект). Такой разряд, создаваемый внешними источниками, называется несамостоятельным. К самостоятельным разрядам относятся искровой, дуговой и тлеющий разряды, которые принципиально отличаются друг от друга по способам образования электронов у катода или в межэлектродном промежутке. Искровой разряд обычно оказывается прерывистым даже при постоянном напряжении на электродах. При его развитии возникают тонкие искровые каналы (стримеры), пронизывающие разрядный промежуток между электродами и заполненные плазмой. Различные формы холодного или тлеющего разряда создаются в разрядной трубке (Приложение лист I, рис. 1) при низких давлениях и не очень высоких напряжениях. В этом случае катод испускает электроны по механизму так называемой автоэлектронной эмиссии, когда электрическое поле у поверхности катода просто вытягивает электроны из металла. Газоразрядная плазма образует положительный столб, отличающийся от остальных участков разряда относительным постоянством по длине характеризующих его параметров (например, напряженности электрического поля). Тлеющий разряд в плазме молекулярных газов (например, СО и СО2) широко используется для создания активной среды газовых лазеров на колебательно-вращательных переходах в молекулах. Сам процесс ионизации в плазме газового разряда неразрывно связан с прохождением тока и носит характер ионизационной лавины (Приложение лист I, рис. 2). Это означает, что появившиеся в газовом промежутке электроны за время свободного пробега ускоряются электрическим полем и перед столкновением с очередным атомом набирают энергию, достаточную для того, чтобы ионизовать атом, (выбить еще один электрон). Таким способом происходит размножение электронов в разряде и установление стационарного тока. В результате, при наложении критического значения электрического поля между металлическими электродами возникает проводящий канал, через который проходит большой ток, потому что критическое напряжение достаточно высокое, а сопротивление канала низкое (Приложение лист II, рис.3). В результате происходит сильный нагрев газа, что является нежелательным во многих плазмохимических процессах. Для исключения этого искрового разряда разработан механизм барьерного разряда. Существенное отличие барьерного разряда от других заключается в том, что он не может развиваться при наложении постоянного электрического поля, потому что емкостная связь через диэлектрики требует наличия переменного поля, чтобы вызвать ток смещения. Барьерный разряд может возникать в двух видах: нитевидный и тлеющий (однородный). В большинстве случаев он неоднородный и состоит из большого числа микроразрядов в зазоре. Физика образования микроразрядов основана на процессах образования и распространения стримеров с последующим разрушением плазменного канала. Стример — это волна ионизации, которая движется от анода к катоду навстречу движущейся электронной лавине. Стримеры развиваются с большой скоростью ~108 см/сек и проходят зазор за несколько наносекунд. Электроны в проводящем канале рассеиваются примерно за 40 нсек., в то время как тяжелые и медленно движущиеся ионы остаются в течение нескольких микросекунд. Осаждение электронов на диэлектрическом барьере анода завершается созданием на нем отрицательного заряда, который предотвращает образование новых лавин и стримеров в месте осаждения заряда, до тех пор, пока анод и катод не поменяются местами. После смены полярности, осажденный отрицательный заряд стимулирует развитие новой лавины и стримера в этом же месте. Таким образом, для создания плазменного потока необходимо несколько условий: электрический высокочастотный разряд и определённая среда (газовая) продуваемая через этот разряд. Энергоноситель – газ обязательно присутствует в работе плазменной установки. В плазменной струе на основе воздуха происходит распад молекул воздуха на осколки – ионы, атомы, радикалы, обладающие очень высокой реакционной способностью. Взаимодействуя между собой, они образуют соединения, которые при обычной температуре получить невозможно. Образуемый при этом монооксид азота (NO) является основой для быстрого и эффективного лечения различных ран, язв, воспалений. При соблюдении этих условий можно получить плазменный конус с характеристиками, определяемыми этими условиями.
Базовая разработка и изготовление медицинского генератора холодной плазмы [6 - 7]
Наиболее известными медицинскими плазмотронами в России являются разработки МГТУ им. Баумана «Гемоплаз-ВП» и «Плазон» (Лист II, рис.4). В Петрозаводском государственном университете (в этой области известны разработки А.В. Гостева и его учеников) был создан генератор холодной плазмы, работающий на основе импульсного разряда. Микроплазмотрон состоит из соосно расположенных катода (3) и иглы-анода (1), вставленной в металлический капилляр, по которому поступает газ в разрядный промежуток (Приложение лист II, рис. 5). Схема источника питания показана на рисунке приложения (Лист III, рис. 6). Игла соединена высоковольтным проводом с положительным выводом источника питания, а катод находится под потенциалом земли. Принцип работы источника питания заключается в следующем: Конденсатор С1 заряжается от высоковольтного трансформатора T1 через диодный мост D1-D4. При достижении напряжения, достаточного для пробоя разрядного промежутка возникает искровой разряд. Конденсатор разряжается, цикл начинается с начала. На рисунке приложения (Лист II, рис. 5) показана фотография разряда с размерной линейкой для определения геометрических размеров плазменного образования. С целью возможности регулировки частоты разрядов и применения автономного источника энергии схема была изменена (автор магистрант 2-го года обучения П.В. Луньков, научный руководитель: к. Ф-м. н. В.А. Гостев). Полная схема источника питания приведена в приложении (лист III, рис. 7). От источника заряжается конденсатор С1. Через резисторы R1 и R2 начинает заряжаться конденсатор C2. При достижении напряжения 120-130В зажигается разряд в тиратроне HL1 и конденсатор C2 разряжается через первичную обмотку трансформатора T3. Происходит пробой воздушного промежутка в плазмотроне. По возникшему проводящему каналу разряжается конденсатор C1. Напряжение на C1 уменьшается, разряд гаснет. Цикл начинается снова. Резистор R2 служит для изменения частоты следования разрядов. Контроллер для батарей питания, авторы предлагают изготовить на базе микросхемы AC-DC контроллера SG3524N (частота: 722 кГц; U пит: 8 - 40 В; Скважность: 45 %). Схема контроллера представлена в приложении (Лист III, рис. 8). Схема плазмотрона, разработанная авторами, была изготовлена и при её функционировании были выявлены некоторые недостатки. В частности, мы считаем, что недостаточна частота следования импульсов даже при максимальном положении регулятора. У предложенной авторами схемы достаточно высокое энергопотребление, в результате вес аппарата, даже при использовании литий-полимерных аккумуляторов довольно значительный. Нами предложен вариант блока питания плазмотрона исходя из экспериментальных работ с инверторами напряжения. Для инвертирования напряжения можно использовать распространенный ШИМ-контроллер TL 494 (Приложение лист IV, рис. 9 - 10). Эта микросхема специально создана для построения ИВП, и обеспечивают разработчику расширенные возможности при конструировании схем управления ИВП. Таким образом схема реализует все преимущества блока питания плазмотрона, обладает низким энергопотреблением и широким диапазоном регулировки частоты (Приложение лист IV, рис. 11). Ещё один вариант реализации инвертирования напряжения можно построить на широко распространённой микросхеме таймера 555 (Приложение лист V, рис. 12 - 14). Реализация рассмотренных принципов построения генератора холодной плазмы, позволяет значительно упростить схему и снизить её энергопотребление. Исследования протекающего через плазмотрон тока и напряжения проводили на лабораторном осциллографе С1-72, используя согласующий делитель напряжения. Диаграмма напряжения от времени работы в непрерывном режиме представлена в приложении (Лист VI, рис. 15). Замеры проводились на частоте 160 и 80 Гц. На основе наблюдений и анализа осциллограмм, составлены диаграммы напряжения и тока одиночного импульса (Приложение лист VI, рис. 16). Анализ осциллограмм позволил определить среднюю мощность плазмотрона на разных частотах работы инвертора (Приложение лист VI, рис.17). Из представленной диаграмме видно, что мощность излучения возрастает с увеличением частоты генератора, следовательно открываются перспективы плавного управления этим параметром. Наиболее интересными характеристиками, с точки зрения применения плазмотрона, являются температурные характеристики плазменного конуса. Измерения проводились цифровым термометром, изготовленным ранее в лаборатории. На основе измерений составлены диаграммы температур, которые представлены в приложении (Лист VII, рис. 18 - 19).
Разработка и изготовление малогабаритного генератора холодной плазмы с автономным питанием
1.Блок питания [8 - 11]
Для организации питания малогабаритного генератора холодной плазмы с автономным питанием был выбран вариант с использованием литий – полимерных аккумуляторов. Обосновано это тем, что, этот тип аккумуляторов обладает высокой энергоёмкостью и малыми размерами. Рядовая схема контроллера заряда литиевого аккумулятора представляет собой небольшую плату, на которой смонтирована электронная схема из SMD компонентов. Схема контроллера 1 ячейки на 3,7V, как правило, состоит из двух микросхем. Одна микросхема управляющая, а другая исполнительная – сборка двух MOSFET-транзисторов. Транзисторы MOSFET не входят в состав микросхемы DW01-P и выполнены в виде отдельной микросхемы-сборки из 2 MOSFET транзисторов N-типа. Напряжение питания всей электроники генератора выбрано 7,4 V, что обеспечивает стабильные энергетические параметры всех элементов. Таким образом были использованы две литий - полимерные батареи с контроллером питания на две секции (Приложение лист VII, рис. 20). Параметры батареи:
- номинальное напряжение: 7,4В;
- номинальный рабочий ток: 2А;
- защита от перезаряда / переразряда / перегрузки;
- количество последовательно-соединенных АКБ: 2шт;
- рабочие напряжения: 5.6В - 8.4В;
- защита от КЗ.
Для обеспечения регулировки мощности генератора в блоке питания предусмотрена электронная регулировка напряжения с жидкокристаллическим индикатором. Эта схема обеспечивает рабочий ток до 200 мА. С помощью ЖК дисплея можно контролировать величину напряжения и его изменения. Уменьшение и увеличение выходного напряжения в схеме осуществляется с помощью кнопок. Напряжение с выхода схемы подаётся на один из каналов аналогово - цифрового преобразователя платы Arduino. После осуществления преобразования (АЦП) полученное цифровое значение преобразовывается в соответствующее ему значение напряжения и отображается на экране ЖК дисплея. ШИМ сигнал с контакта PIN3 подается на базу NPN транзистора, который обеспечивает изменяющееся напряжение на своем эмиттере. Поскольку на базе транзистора за счет изменения коэффициента заполнения ШИМ напряжение будет изменяться, то и на его эмиттере напряжение также будет изменяться. Таким образом, мы получили источник изменяющегося напряжения питания (регулятор питания). (Приложение лист VIII, рис. 21).
2.Генератор импульсов [12]
Схема генератора основана на одной из самых распространенных микросхем - таймер NE555. Ее отечественный и импортный аналоги КР1006ВИ1 и LM555. Сама схема генератора организована в соответствии со стандартом по даташиту. Резистором R2 регулируется частота импульсов, а с помощью R3 ширина. При этом диапазон регулировки периода длительности лежит в пределах 10-100 микросекунд, а период следования в пределах 50-100 микросекунд. Кроме того, эти параметры можно изменять с помощью задающего конденсатора C1. Электролитический конденсатор C3 из схемы убран, поскольку для питания используется аккумулятор. Питание генератора осуществляется в широких пределах. без стабилизатора. Оно составляет от 4,5 вольт до 7,4 вольта. При изменении напряжения питания немного изменяется частота. Для умощнения выхода целесообразно установить мощный полевой транзистор, рассчитанный на необходимый ток. Он характеризуются малым проходным сопротивление в открытом состоянии. Это позволяет при малых размерах и малом управляющем напряжении коммутировать мощную нагрузку (Приложение лист IX, рис. 22).
3.Высоковольтный блок
Высоковольтный модуль состоит из повышающего трансформатора и схемы выпрямления напряжения. Выходное напряжение модуля зависит от питающего напряжения генератора и составляет 10-17 кВт (Приложение лист IX, рис. 23).
Общая блок - схема малогабаритного медицинского генератора холодной плазмы с автономным питанием представлена в приложении (Лист IX, рис. 24).
Режимы работы малогабаритного медицинского генератора холодной плазмы с автономным питанием
После установки компонентов в корпус мы провели электрические измерения параметров для данного устройства. Отрицательная корона реализуется путем подачи постоянного напряжения U на электродную систему острие-плоскость до некоторого критического значения напряжения − напряжения зажигания. Визуальная картина свечения отрицательной короны в импульсно-периодическом режиме качественно соответствует общепринятому определению коронного разряда, и характеризуется слабовыраженным свечением. При увеличении приложенного напряжения U частота следования импульсов тока в слаботочном искровом разряде линейно увеличивается с увеличением разрядного тока I и характеризуется искровым пробоем разрядного промежутка (Приложение лист IX – X, рис. 25 – 29).
Доступные исследования воздействия холодной плазмы на биологические объекты
В неравновесной плазме ионы и нейтральные частицы имеют очень малую энергию, поэтому температура её менее 45º С. Такой вид плазмы имеет соответствующие преимущества, а именно она может действовать на определенный участок ткани, не влияя на соседние. Плазма образуется на расстоянии 1 – 2 мм от обрабатываемой поверхности. В этом случае в области взаимодействия присутствуют активные заряженные и незаряженные частицы ультрафиолетовое излучение и короткоживущие химические соединения. Такой комплекс составляющих делает данный вид воздействия на ткани более гибким, позволяя снижать степень отрицательного воздействия на организм. При проведении различного рода хирургических вмешательств в организм одной из проблем, с которой приходится сталкиваться, является остановка кровотечений. Применение холодной плазмы для ускорения процесса коагуляции крови является эффективным способом решения данной задачи, которое также решает проблемы дезинфекции раны. Исследование влияния плазмы на коагуляцию крови проводится следующим образом. Стекло с каплей крови располагалось на заземленном электроде. Расстояние между образцом крови и барьером равно 2 мм. Первая капля была обработана плазмой в течение 15 секунд, вторая – служила контрольным образцом. Время коагуляции для первого образца равнялось 15 с, в то время как, для контрольного 300 с. Экспериментально было установлено, что:
- процессы коагуляции никак не связаны с температурой, выделяемой в результате разряда
(около 45 °С);
- неравновесная плазма значительно изменяет концентрацию факторов свертывания крови;
- плазма способствует активации тромбоцитов и образованию фибриновых нитей в крови. Наиболее вероятно, что эти процессы связаны с наличием в плазме активных химических реагентов, таких как O3, NO, HO, H2O2, атомарного кислорода;
- в среднем для остановки кровотечения при помощи плазмы требовалось 30-45 секунд, в то время как при обычных условиях для этого требовалось около 5 минут.
Бактерицидная эффективность воздействия низкотемпературной (холодной) неравновесной плазмы тлеющего разряда атмосферного давления исследовалась на бактериях Escherichia coli, Staphylococcus aureus. Культуры с микроорганизмами помещались на плоскую пластину анода, время обработки плазмой составляло от 2 до 5 минут. Помимо этого, проводилась обработка бактериальных культур непосредственно в чашках Петри. Воздействие плазмы регистрировалось в виде круглых прозрачных областей, которые являются зонами подавления роста микроорганизмов. Изучение выживаемости бактерий при воздействии плазмы показало:
- после обработки в течение 2 и 5 минут бактерии погибают полностью;
- рост микроорганизмов после обработки отсутствует на протяжении от 4 до семи суток;
- обработка чашек плазмой в течение 10 с приводит к гибели практически всех микроорганизмов в радиусе от 0,8 до 1,2 см. После 60 секундной обработки диаметр зоны обеззараживания увеличивается примерно в полтора раза (Приложение лист X, рис. 30);
- определение обеззараживающей способности плазмы, проведенное методом счета колоний, показывает, что после минутной обработки остаются лишь единичные выросшие колонии микроорганизмов (Приложение лист X, рис. 31).
Выводы
В результате проделанной работы можно сделать следующие выводы:
- изучены основы теории плазмы и методы её получения;
- изучены доступные литературные и интернет – источники, освещающие вопросы конструирования и изготовления генераторов холодной плазмы;
- на основе предыдущего опыта схемотехнических решений по изготовлению генераторов холодной плазмы, разработана новая схемотехническая модель малогабаритного генератора с автономным питанием;
- на основе схемотехнических решений осуществлено создание прибора - медицинского генератора холодной плазмы с автономным питанием;
- проведены исследование его параметров, режимов работы и предварительные исследования воздействия холодной плазмы на доступные биологические объекты.
Список литературы и интернет - источников
1.Д.А. Франк – Каменецкий, Плазма – четвертое состояние вещества, Атомиздат., М. 1968.
2.Под ред. С.В. Дресвина, Физика и техника низкотемпературной плазмы, М. Атомиздат, 1972.
3.В.Д. Русанов, А.А. Фридман, Физика химически активной плазмы, М., Наука, 1984.
4.А. Mак-Доналд, Сверхвысокочастотный пробой в газах, пер. с англ., M., 1969.
5.А.Н. Алейник, Плазменная медицина: Учебное пособие. - Томск: ТПУ, 2011.
6.В.А. Гостев, А.А. Тихомиров, Исследование воздушно-плазменного потока, создаваемого генератором холодной плазмы Петрозаводский государственный университет, 2005.
7.П. В. Луньков, Научный руководитель: к. Ф-м. н. Гостев В.А, Исследование генератора воздушно-плазменного потока, Петрозаводск, 2006, http://rudocs.exdat.com/docs/index-442002.html.
8. https://go-radio.ru/sxema-kontrollera-litiy-ionnogo-akkumulatora.html - Устройство и принцип работы защитного контроллера Li-ion/polymer аккумулятора.
9. https://www.drive2.ru/b/489421763654975830/ - Простой лабораторный блок питания на Arduino.
10. https://microkontroller.ru/arduino-projects/regulyator-napryazheniya-pitaniya-na-arduino-uno/ - Регулятор напряжения питания на Arduino Uno.
11. https://usamodelkina.ru/18661-jelektronnaja-nagruzka-pod-upravleniem-arduino.html - Электронная нагрузка под управлением Arduino.
12. http://mikroshema-k.ru/shema_generatora_impulsov.html - Генераторы импульсов с использованием NE555
Приложение
Рис. 1. Образование плазмы в лампе-вспышке.
Рис. 2. Электронная лавина.
Рис. 3. Механизм образования стримера
Рис. 4. Одна из моделей портативного плазменного генератора.
Рис. 5. Схема микроплазматрона: 1- анод (вольфрамовая игла); 2-изолятор; 3-катод; 4-корпус.
Рис. 6. Схема источника питания.
Рис. 7. Схема источника питания с возможностью регулировки частоты импульсов.
Рис. 8. Схема контроллера для питания плазмотрона от автономного источника.
Рис. 9. Схема преобразователя на микросхеме ШИМ-контроллераTL 494.
Рис. 10. Схема и цоколёвка микросхемы.
Рис. 11. Изготовленный контроллер.
Рис. 12. Преобразователь на микросхеме таймера 555.
Рис. 13. Структура микросхемы.
Рис. 14. Моделирование генератора.
Рис. 15. Диаграмма напряжения от времени работы в непрерывном режиме
Рис. 16. Диаграмма напряжения и тока в разряде.
Рис. 17. Диаграмма мощности плазмотрона в зависимости от частоты работы инвертора.
Рис. 19. Температурный режим конуса по диаметру.
Рис. 18. Температурный режим плазменного конуса.
" B- " - общий минус батареи
" BM " - +3,7В
" B+ " - общий плюс батареи
" P- " - минус нагрузки (зарядного устройства)
" P+ " - плюс нагрузки (зарядного устройства)
Рис. 20. Контроллер зарядки батареи.
Рис. 21. Электронный регулятор напряжения.
Рис. 22. Генератор импульсов.
Рис. 23. Высоковольтный модуль.
Рис. 24. Общая блок - схема малогабаритного медицинского генератора холодной плазмы с автономным питанием.
Рис. 25. Осциллограммы напряжения и тока в разряде (длительность импульса примерно 25 - 30 мкс., амплитуда напряжения 10-12 кВ., амплитуда тока в импульсе до 2,5 – 3А.
Рис. 27. Вольт – амперная характеристика разряда.
Рис. 26. Фотография свечения короны тлеющего разряда.
Рис. 29. Зависимость частоты следования импульсов тока слаботочного искрового разряда от величины разрядного тока I.
Рис. 28. Фотография разряда короны при увеличении напряжения.
Рис. 31. Зависимость числа выживших бактерий от времени воздействия.
Рис. 30. Зона бактериального обеззараживания под воздействием плазмы.