Исследованы характеристики барьерного газового разряда в гелии при атмосферном давлении при возбуждении импульсами с фронтами нарастания напряжения 2.5-10 нс и частотой следования импульсов 5-100 кГц. В объемном режиме получен импульсный ток до 80 А с пиковой мощностью до 1.5 МВт и удельной мощностью до 250 Вт/см3. Увеличение крутизны импульсов возбуждения незначительно влияет на величину тока разряда, но позволяет сохранить объемный характер протекания тока до более высоких рабочих напряжений. Показано, что максимальный ток разряда ограничивается накоплением заряда на поверхности диэлектрика и, тем самым, увеличением её плавающего потенциала, что приводит к уменьшению разности потенциала относительно квазинейтральной плазмы. Показано, что увеличение разрядного промежутка и увеличение напряжения вызывает переход от однородного объемного протекания тока к шнурованию.

В эксперименте и численном моделировании проводится сравнение интенсивности взаимодействия гелиевой холодной плазменной струи (ХПС) с диэлектрической поверхностью и с кожей животных. ХПС при атмосферном давлении генерируется синусоидальным или положительным импульсным напряжением с различной длительностью импульса в оптимальных режимах. Эффект воздействия оценивается на основе измеренных и рассчитанных токов, интенсивностей линий в спектре ХПС и температурных полей. Измеренные характеристики ХПС показывают, что импульсный характер возбуждения ХПС является предпочтительным по сравнению с синусоидальным режимом. Варьирование длительности импульсов периодического импульсного напряжения позволяет получить максимальные ток и напряженность электрического поля у поверхности в рамках допустимой температуры в зоне контакта ХПС с кожей мышей (<42°C). Показано, что результаты исследования ХПС полученные в физических экспериментах с использованием диэлектрической пластины применимы для воздействия на мышей-опухоленосителей.

Comparative studies of the generation of a cold plasma jet atmospheric pressure in helium excited by a sinusoidal voltage with different methods of its initiation have been carried out. The frequency and temperature ranges of the plasma jet, acceptable for exposure to biological objects, were determined.

Низкотемпературные плазменные струи при атмосферном давлении, генерируемые синусоидальным и положительным импульсным напряжением, по-разному взаимодействуют с обрабатываемой поверхностью. В эксперименте и в численном моделировании сравниваются режимы работы струи гелиевой плазмы для этих типов рабочих напряжений. Ток разряда на обрабатываемой поверхности с течением времени, и нагрев поверхности изучены для различных параметров разряда, допустимых для противораковой терапии. Для повышения эффективности плазменной струи анализируется интенсивность спектра излучения. Нагрев поверхности контролируется для того, чтобы удовлетворить условиям безопасного плазменного воздействия на биологические объекты. Обсуждается влияние длительности импульса напряжения на интенсивность взаимодействия плазмы с поверхностью. Результаты воздействия на раковые клетки A549 и MCF-7 демонстрируют высокую эффективность холодной плазменной струи, генерируемой в оптимальных режимах.

The generation of a cold plasma jet of atmospheric pressure in helium by unipolar positive pulses excitation at a voltage of 2–6 kV and the impact on a dielectric target made of aluminum oxide has been studied. It is shown that the main parameter influencing the regular nature of the streamer breakdown is the pulse duration, and the achievable parameters of cold plasma impact on the target identical to those for sinusoidal excitation.