利用非平衡等离子体对伤口体内消毒已经在Stoofels，E和Stoofels，W发表在http://www.phys.tue.nl上的“The healing touch of a micro-plasma”中论述。然而，伤口的体内消毒需要低温等离子体和低电磁辐射，所以常规的等离子源已不适合用于伤口的体内消毒。
更进一步的，WO 2007/031250A1公开了一种适用于上述的伤口体内消毒的等离子源。
高温等离子源在，例如，US 2007/0021748A1、US 5573682、US 5296672，、FR 1376216、US 6114649和US 6121569中被揭露。其他类型的常规等离子源在WO 2005/026650A2和US 3692431中被揭露。然而，这些等离子源，不适合用于需要低温等离子体的伤口体内消毒。
发明概述
所以，本发明的总体目的在于改善等离子源中的等离子体的产生，该等离子源适合用于伤口体内消毒。
本发明目的通过在权利要求1中限定的发明的等离子源来实现。
根据本发明，被提供的等离子源包括电离室，等离子体在电离室中产生。进一步地，等离子源包括运输运载气体(例如，空气、氩气或氮气)中气流的导管。根据本发明的等离子源，其特征在于电离室被连接到导管，因此，在导管中的气流将气体粒子(例如，离子、电子、原子)带离电离室，从而降低电离室中的压力。电离室中压力的降低，有利的增强了等离子体生成效率的提高，因为气体的电离度一般随着压强的增加而降低。因此，在低压力中生成等离子体更加容易和有效。
在本发明一个优选的实施方式中，运载气流的导管包括喷嘴，其中电离室被连接到导管的位于喷嘴下游的位置。在本实施方式中，电离室内的压力降低是由在导管内位于喷嘴下游的气流引起的。
优选地，该喷嘴为文丘里喷嘴或拉伐尔喷嘴。当用文丘里喷嘴的时候，该文丘里喷嘴在运载气流内产生冲击波，从而在电离室连接到导管的结合处提高运载气流的流速，其反过来导致压力降低。然而，应该指出的是本发明不仅限于上述喷嘴的类型。
然而，应该指出的是喷嘴被优选的定型方式为，在导管内位于喷嘴上游位置的气流为亚音速流速(M＜1)、位于喷嘴下游位置的气流为超音速流速(M＞1)和/或位于喷嘴内的气流基本为音速流速(M≈1)。根据众所周知的伯努利原理，沿着导管这样分配流速，会在导管中的超音速气流中产生需要的减压。
在本发明的一个优选实施方式中，电离室是环形并围绕着导管。在本实施方式中，喷嘴和围绕的电离室能够被排列在同一个可组合的十字交叉的平面上。作为选择，电离室可能相对于导管被轴向设置。优选地，电离室在流向方向上被轴向设置，该轴向方向与导管的喷嘴中运载的气流相关。换句话说，电离室被优选的安排在位于喷嘴下游的位置。因此，电离室与导管的结合点位于喷嘴下游的位置，在该处的压力如同上面所述被减小。
在本发明的另一个实施方式中，电离室是杯状的并且在流向方向上开口，其中电离室被设置在导管之内，尤其设置在喷嘴之内。在本实施方式中，杯状的电离室和环绕的导管(例如，喷嘴)被优选的同轴排列，因此导管中气流在喷嘴内壁与杯状电离室外壁之间的环形缝隙内流动。然后，在环形间隙内流动的气体经过电离室并从电离室内部带离气体粒子，从而在电离室内降低压力。
在上述的实施方式中，杯状的电离室优选的接触喷嘴位于电离室下游位置的内表面，从而封闭上述的环形缝隙在喷嘴的内表面与杯状电离室之间。然而，杯状电离室优选的包括在电离室与喷嘴之间环形接触点轴向排列的凹槽，因此在喷嘴内表面与电离室外表面之间环形缝隙的气流可以流动穿过这些凹槽。
进一步的，杯状电离室优选的包括可以在轴向方向上调整的轴向配置，即是，杯状电离室可以相对于环绕的导管被轴向调整。
进一步的，根据本发明的等离子源优选的包括用于在电离室内产生等离子体的第一电极和第二电极。然而，本发明不限于用于生成等离子体包括两个电极的电极排列。也可以使用包括就像在WO 2007/031250A1中揭露的多余两个电极的电极排列，所以WO 2007/031250A1作为参考文献被合并于本文。
在本发明的一个优选的实施方式中，第一电极被喷嘴形成，然而第二喷嘴被导管的圆锥部分形成，其中导管的圆锥部分在流向方向上是减缩的，并如同上面已经提到的一样环绕着喷嘴。在本发明的本实施方式中，喷嘴倒空进入导管的漏斗状的圆锥部分。
在本发明的另一个实施方式中，第一电极与第二电极都被设置在电离室内。这种电极排列在前面所述的包括杯状的电离室的实施方式中是优选的。
在本发明又一个实施方式中，第一电极由导管形成，尤其由喷嘴形成，然而第二电极被单独的设置在电离室内。在本实施方式中，电的释放发生在一方面导管内表面与另一方面电离室中的第二电极之间。因此，不同的电压一方面被施加于导管，另一方面被施加于电离室中的第二电极。例如，导管可以电性接地，因而正极或负极高电压被施加于电离室中的第二电极。
在电离室中产生等离子体通常会引起无线电波辐射和微波辐射，其可以被电离室的壁或被围绕导管的管壁所屏蔽，以降低等离子源的无线电波辐射和微波辐射。进一步的，可以通过由导电材料制成的屏蔽壳包住等离子源以降低无线电波辐射和微波辐射。
进一步的，根据本发明的等离子源的构造方式为，即从电离室的里面没有直接辐射的路径进入运输气流的导管，并穿过导管上的出口，所以，等离子源基本上没有等离子体产生的电磁辐射，例如，紫外线辐射。
然而，等离子源紫外线辐射在一些应用中是也许是需要的，例如，用于伤口消毒或用于表面清洁。因此，根据本发明的等离子源的构造方式为，即从电离室的里面有直接辐射的路径进入运输气流的导管，并穿过导管上的出口，所以等离子源放射等离子体产生的电磁辐射。
进一步的，电离室也许包括壁，其至少部分为透明的，从而能够对在电离室内的等离子体的产生进行视觉监控。例如，窗口可以被设置在电离室的墙上和/或围绕的导管的壁上，所以在电离室内的等离子体的发生可以通过窗口被视觉监控，然而该窗口优选的可透可见光而不透紫外线。进一步的，相机二极管、CCD相机(CCD：电荷耦合元件)或其他的任何光敏元件可以被用于通过窗口监控等离子体发生。
应该进一步指出，电离室可能包括为连接真空计或类似物的连接部。
在本发明的另一个实施方式中，等离子源包括磁铁在电离室中和/或在电离室下游位置的导管中产生的磁场，其中磁场增强等离子体发生。合理的是，如果等离子体的负荷载体(即，电子)的平均自由轨道足以对负荷载体的磁场产生巨大的影响应归于洛伦兹力。
应该更进一步提及，运送载气流的导管包括用于将气流引入导管内的入口和为分配带有混合等离子体的气流到物件上的出口，该物件将要用等离子体处理。
进一步的，在电离室中的真空度优选的在5毫巴至900毫巴范围内，更优选的在400毫巴至600毫巴范围内。然而，本发明并不限于前述的压力范围。
此外，应该指出的是被引进导管的气流优选的由环境空气、氮气、惰性气体(例如，氩气)或一种上述带有添加剂尤其是带有二氧化碳的气体组成。
进一步的，在导管中的气流总量少于50L/分钟、40L/分钟、30L/分钟、20L/分钟或甚至少于10L/分钟。然而，本发明并不限于上述在导管中气流的限度。
进一步的，根据本发明的等离子源包括用于在电离室内驱动电极的等离子体发生器。在本发明的一个实施方式中，等离子体发生器在电离室内制造直流电激发器。在本发明的另一个实施方式中，等离子体发生器在电离室内制造交流电激发器，尤其制造是无线电频率激发器。
应该进一步的指出，根据本发明的等离子源优选的产生非热能的拥有低温的等离子体，所以等离子体可以被用来处理伤口或其他的对温度敏感的表面。因此，通过等离子源生成的等离子体优选的具有少于100℃、75℃、50℃、40℃或甚至少于30℃的温度，该温度是在等离子源的出口测量的。
已经提到的是，在导管中的气流将气体粒子带离电离室，从而降低电离室内的压力。在本发明的优选实施方式中，不同类型的气体粒子被带离电离室，比如，气体分子、气体原子、气体离子和/或电子。
应该更一步的指出的是，本发明也指向像上面所述的包括等离子源的医疗设备。例如，可能按照本发明被装备有等离子源的消毒器或灼烧器。
此外，本发明指向根据本发明的等离子源处理物件的非治疗使用方法，该物件可以被等离子源消毒或净化。
太空航空学对非破坏性的净化物件有兴趣，例如，当返回地球后宇宙飞船的部件要被净化。因此根据本发明的等离子源可以被用于净化电子电路、导电或电子元件、航天器的组成部件或航天服的外表面。
本发明和其详细特征以及优点伴随下列有关附图的详细描述将变得非常清楚。
附图简述
图1是根据本发明包括拉伐尔喷嘴和反面漏斗状电极的等离子源的剖视图；
图2是根据本发明包括喷嘴和在喷嘴内杯状的电离室的等离子源另一个实施方式的横向剖视图；
图3是根据图3的一个实施方式的改进，其中喷嘴包括圆锥形的扩展出口；
图4是对图3改进的剖视图，其中单独的电极被设置在电离室内；
图5是对根据图4的实施方式改进的剖视图，其中喷嘴包括圆锥形的扩展出口；
图6是对根据图4的实施方式改进的剖视图，其中包围在喷嘴周围的磁铁在喷嘴内产生磁场；
图7是对根据图6的实施方式改进的剖视图，其中喷嘴包括圆锥形的扩展出口；
图8是对根据图6的实施方式的改进，包括为等离子体产生的中控阴极；
图9是对根据图8的实施方式改进的横向剖视图，其中喷嘴包括圆锥形的扩展出口；
图10是为等离子体产生的中控阴极放大的横向剖视图；
图11是电离室在图2中沿A-A线的横向剖视图；
图12是用等离子体为病人治疗的医疗装备的示意图；
图13是显示外科医生利用等离子源作为灼烧器的示意图；
图14是显示与图1所示的等离子源相似但具有不同电极排列的等离子源的示意图；
图15是对图14中实施方式的改进，包括两个用于产生等离子体的直流(DC)电源；
图16是对图14中实施方式的改进，包括自由运转脉冲等离子体激发器；
图17是显示与图15所示等离子源相似但具有附加磁铁的等离子源的示意图；
图18是对图17中实施方式的改进，包括两个用于产生等离子体的直流(DC)电源；
图19是对图17中实施方式的改进，包括自由运转的脉冲等离子体激发器。
附图详述
图1显示了根据本发明等离子源1的一个实施方式的剖视图，该离子源1可以被用来对物件2，例如，将要被消毒的伤口，等离子体治疗。
等离子源1包括运输气流的导管，其中该导管由改进的拉伐尔喷嘴3和导管4组成。拉伐尔喷嘴3被安排在上游的位置，并包括用于将运载气流引进等离子源1内的入口5。进一步的，拉伐尔喷嘴3包括内壁6，该内壁6的成型方式为，在拉伐尔喷嘴3内的运载气流包括在入口5处的亚音速流速(M＜1)、在拉伐尔喷嘴3出口7处的超音速流速(M＞1)以及拉伐尔喷嘴3内瓶颈处的基本为音速流速(M≈1)。因此，在拉伐尔喷嘴3的出口7处的压力被降低了，这增强了等离子体产生，其将在后面被详细描述。
导管4被设置在位于拉伐尔喷嘴3后面的下游位置，并包括漏斗状的上游部分、圆筒状的下游部分和用于应用等离子体到物件2的表面上的出口8。
应该进一步的指出，在拉伐尔喷嘴3和导管4之间有轴向位移，因此在拉伐尔喷嘴3和导管4之间存在间隙，而气流在间隙内自由流动从而形成真空。
进一步的，拉伐尔喷嘴3和导管4被外壳9包住，以限定电离室10位于里面的拉伐尔喷嘴3和导管4与外面的外壳9的壳体之间。
拉伐尔喷嘴3包括外螺纹，该外螺纹与外壳9的内螺纹相螺纹连接。
进一步的，圆筒状导管4的下游部分包括外螺纹，该外螺纹与外壳9的内螺纹相螺纹连接。
在本实施方式中，拉伐尔喷嘴3和导管4由导电材料构成，然而外壳9由非导电材料构成。
等离子源1进一步包括等离子体发生器11，该发生器11根据等离子体产生的激发装置可以是交流电源、直流电源和无线电波频率电源。等离子体发生器11被连接到拉伐尔喷嘴3和导管4，因此电流释放发生在电离室10内拉伐尔喷嘴3的下游端与导管4的上游端之间，其在附图中的用箭头阐明。
已经被上述提到过的是，运载气流在拉伐尔喷嘴3的出口7处具有超音速流速(M＞1)导致在拉伐尔喷嘴3出口7处的压力下降。因此，运载气流将带气体粒子(即，离子、电子、分子)离开电离室10，所以电离室10内的压力被降低，从而提高了等离子体产生的效率。
进一步的，外壳9包括为连接真空表或类似物的连接部12。
图2显示了根据本发明等离子源13的另一个实施方式的横向剖视图。
等离子源13包括拉伐尔喷嘴14和杯状的电离室15，该电离室15被同轴设置在拉伐尔喷嘴14内。
进一步的，等离子源13包括盖板16，该盖板16被螺纹连接在拉伐尔喷嘴14的前部上方。在盖板16中有用于高电压触点17、18的管道，该高电压触点17、18可以被连接到等离子体发生器。进一步的，盖板16包括用于支撑电离室15的杆19的管道。杆19被螺纹形成，因此杆19可以沿着箭头的方向被轴向调整，以调整拉伐尔喷嘴14内的电离室15的轴向位置。
进一步的，拉伐尔喷嘴14包括用于将运载气体引进拉伐尔喷嘴14的入口20。
运载气流在电离室15的外壁与拉伐尔喷嘴14的内壁直到电离室15的下游端之间的环形间隙内流动，在电离室15的下游端电离室15接触拉伐尔喷嘴14的内壁。
因此，电离室15包括凹槽21-24(见图11)，凹槽21-24被排列在电离室15下游端的外壁内，所以运载气体可以流动穿过凹槽21-24。
进一步的，电离室15包括两个电极25、26，这两个电极25、26被连接到高压电触点17、18，因此激发发生在两个电极25、26之间，其通过箭头被阐明。
应该进一步指出的是，流动穿过凹槽21-24的运载气流在位于电离室15下游位置引起减压，因此运载气流带离气体粒子离开电离室15，从而降低电离室15内的压力，这提高了等离子体产生的效率。
进一步的，等离子源13包括用于应用等离子体到物件2的表面上的出口27，出口27位于等离子源13的下游位置。
图3显示了等离子源13包括导管14′代替拉伐尔喷嘴14的改进。导管14′包括圆筒形上游端部分、圆锥形扩展下游端部分和渐缩的中间部分。
图4显示了图2中实施方式的改进，其特征在于在电离室15中只有单独的电极25，然而拉伐尔喷嘴14作为相反的电极，并且所以拉伐尔喷嘴14被用导电材料制造。
应该进一步指出的是等离子体在电离室15内被产生。
图5是图4中实施方式的改进，其特征在于拉伐尔喷嘴14被图3中的导管14′所代替。
图6根据图5的实施方式的改进，其特征在于拉伐尔喷嘴14被磁铁28包围，该磁铁28在拉伐尔喷嘴14瓶颈内产生同轴排列的磁场从而增强等离子体的产生。
图7根据图6实施方式的改进，其特征在于拉伐尔喷嘴14如上述被导管14′所代替。
图8根据图6实施方式的改进，其特征在于单独的中空阴极29被设置在电离室15内，其增强等离子体产生。
图9是图8中实施方式的改进，其特征在于出口是扩展的圆锥形。
图10图示另一个实施方式形成中空阴极的电离室30的横向剖视图。电离室30由导电材料构成，并包括绝缘壳31。
图11图示在上述视图中电离室15沿A-A线的横向剖视图。图示电离室15在其下游位置包括凹槽21-24。
图12显示用非热性等离子体治疗病人33的医疗设备32。在本实施方式中，有许多等离子源被排列在病人33周围，因此等离子体可以从不同方向被应用于病人33。
进一步的，图13图示外科医生34手持灼烧器35在手术区36内用于组织消毒。在本实施方式中，灼烧器35包括如上所述的等离子源。
图14是图1中实施方式的改进，所以其被引用上述图1相关的说明作为参考。
然而，拉伐尔喷嘴3和导管4没有被连接到等离子体发生器11。相反，在电离室10内有两个用于激发等离子体的电极37、38。
电极37、38被放射状排列并安排在拉伐尔喷嘴3和导管4之间与气流垂直的平面上。
电极37被连接到地面，而电极38被连接到等离子体发生器11，该发生器11是交流或直流电源。
图15是图14中实施方式的改进，因此其被引用上述图14相关的说明作为参考。
然而，有两个被连接到电极37、38的直流电源。
图16是图14中实施方式的改进，因此其被引用上述图14相关的说明作为参考。
然而，其具有自由运转脉冲等离子体激发器。因此，直流电源形式的等离子体发生器11经由两个电阻Rv1≈lMO、Rv2≈lO-100kO和被连接到地的电容C＝1nF后被连接到电极38。等离子体发生器11产生约U≈6KV的高电压，导致充电时间t充电≈1ms，放电频率f放电≈1KHZ以及脉冲周期t脉冲≈1ns-10ms。
图17是图14中实施方式的改进，因此其被引用上述图14相关的说明作为参考。
本实施方式的一个区别特征就是永久磁铁39、40被合并到电极37、38中。永久磁铁39、40在电离室10内产生磁场从而促进等离子体产生。
图18是图17中实施方式的改进，因此其被引用上述图17相关的说明作为参考。
然而，其具有两个直流电源形式的等离子体发生器11，该两个等离子体发生器11被连接到电极37、38。
最后，图19是图17中实施方式的改进，因此其被引用上述图17相关的说明作为参考。
然而，其有自由运转脉冲等离子体激发器。因此，直流电源形式的等离子体发生器11经由两个电阻Rv1、Rv2和被连接到地的电容C后被连接到电极38。
虽然本发明已经参照部件的特别排列、特征等等被描述，这并不是想要穷尽所有可能特征的排列，并且事实上其他许多改进和变化对所属技术领域的人们来说将是确定的。
参考标记目录：
1、等离子源
2、物件
3、拉伐尔喷嘴
4、导管
5、入口
6、内壁
7、出口
8、出口
9、外壳
10、电离室
11、等离子体发生器
12、连接部
13、等离子源
14、拉伐尔喷嘴
14′导管
15、电离室
16、盖板
17、18、高压电接触点
19、杆
20、入口
21-24、凹槽
25、26、电极
27、出口
28、磁铁
29、中空阴极
30、电离室
31、绝缘壳
32、医疗设备
33、病人
34、外科医生
35、灼烧器
36、手术区
37、电极
38、电极
39、永久磁铁
40、永久磁铁