In this work we characterize a low-power radio-frequency atmospheric plasma (plasma needle) in terms of dissipated (input) and emitted power per unit surface (power outflux). The plasma is a non-thermal source, used for treatment of biological tissues and other vulnerable surfaces. A calibrated thermal probe is used to determine the power emitted from the plasma towards treated surfaces. Transmission of the emitted plasma power through various media (solid layers, fluids and physiological media) is studied for a broad range of plasma conditions. These data give insight into various contributions to the power outflux (thermal conduction, radiation and energetic species), as well as the penetration depth of the plasma into treated objects. The power outflux is shown to be a very important parameter, which determines the performance of the plasma tool. For the effectiveness and reproducibility of the process the power outflux is much more important than the nominal power setting. Thus, a thermal probe should become a standard control unit in surface processing reactors.
本研究では、低出力の高周波大気圧プラズマ（プラズマニードル）を、単位面積あたりの消費（入力）電力および放出電力（パワーアウトフラックス）の観点から特徴付ける。本プラズマは非熱平衡プラズマであり、生体組織やその他の脆弱な表面の処理に使用される。校正された熱プローブを用いて、プラズマから処理対象表面に向かって放出される電力を測定する。様々な媒体（固体層、液体、生理学的媒体）を通したプラズマ放出電力の透過性を、広範囲のプラズマ条件下で調査する。これらのデータから、パワーアウトフラックスへの様々な寄与（熱伝導、放射、エネルギー粒子）と、処理対象物へのプラズマの浸透深さに関する知見が得られる。パワーアウトフラックスは、プラズマツールの性能を決定する非常に重要なパラメータであることが示される。プロセスの再現性と有効性のためには、パワーアウトフラックスは公称電力設定値よりもはるかに重要である。したがって、熱プローブは表面処理リアクターにおける標準的な制御ユニットとなるべきである。