In this work, the influence of dry air on the electron density (ne) and electron temperature (Te) in a cascaded arc Ar plasma is firstly studied by the state-of-the-art laser Thomson scattering approach. The results reveal that a small amount of dry air can induce a sharp drop in ne, which is ascribed by the dissociative recombination reactions between electron and molecular ions formed in charge transfer reactions. With the increase in dry air ratio, Te exhibits a non-monotonic trend which initially increases and then decreases. This should be caused by the cooperation between super-elastic collision with highly vibrationally excited molecules and electron impact vibrational excitation to molecules. Additionally, the calculated electron density (necal) and electron temperature (Tecal) are derived using ne and Te obtained from the separate additions of N2 and O2, along with the respective proportions of N2 and O2 in dry air. It is found that both necal and Tecal closely match the experimentally measured values in dry air, which indicates that the impact on ne and Te are mainly dominated by N2 and O2 molecules and the interplay between nitrogen and oxygen, has minimal effect on the plasma parameters.
本研究では、カスケードアークArプラズマにおける電子密度（ne）および電子温度（Te）に対する乾燥空気の影響が、最先端のレーザートムソン散乱法によって初めて調査された。結果は、少量の乾燥空気がneの急激な低下を誘起し得ることを明らかにしており、これは電荷移動反応において生成された分子イオンと電子との間の解離性再結合反応によるものとされる。乾燥空気の割合の増加に伴い、Teは初めに増加しその後減少するという非単調な傾向を示す。これは、高振動励起分子との超弾性衝突と、分子への電子衝突振動励起との間の協同作用によって引き起こされるはずである。さらに、計算された電子密度（necal）および電子温度（Tecal）は、乾燥空気中のN2およびO2のそれぞれの割合とともに、N2およびO2の個別の添加から得られたneおよびTeを用いて導出される。necalおよびTecalの両方が、乾燥空気中で実験的に測定された値とよく一致することが見出され、これはneおよびTeへの影響が主にN2およびO2分子によって支配され、窒素と酸素の間の相互作用はプラズマパラメータに対して最小限の影響しか及ぼさないことを示している。