The self-organized discharge behaviour occurring in a non-thermal radio-frequency plasma jet in rare gases at atmospheric pressure was investigated. The frequency of the azimuthal rotation of filaments in the active plasma volume and their inclination were measured along with the gas temperature under varying discharge conditions. The gas flow and heating were described theoretically by a three-dimensional hydrodynamic model. The rotation frequencies obtained by both methods qualitatively agree. The results demonstrate that the plasma filaments forming an inclination angle α with the axial gas velocity uz are forced to a transversal movement with the velocity , which is oriented in the inclination direction. Variations of in the model reveal that the observed dynamics minimizes the energy loss due to convective heat transfer by the gas flow. The control of the self-organization regime motivates the application of the plasma jet for precise and reproducible material processing.
大気圧における希ガス中の非熱平衡高周波プラズマジェットで発生する自己組織化放電挙動を調査した。活性プラズマ体積内におけるフィラメントの方位角回転周波数とその傾斜角を、さまざまな放電条件下でガス温度とともに測定した。放電とガス流加熱は、三次元流体力学モデルによって理論的に記述した。両手法から得られた回転周波数は定性的に一致した。結果は、軸方向ガス速度u_zに対して傾斜角αを形成するプラズマフィラメントが、その傾斜方向に向いた速度の横断運動を強制されることを示している。モデルにおけるの変化は、観測された動力学がガス流による対流熱伝達に伴うエネルギー損失を最小化することを明らかにした。自己組織化の制御は、精密かつ再現性のある材料加工のためのプラズマジェットの応用を動機づけるものである。