一种诱变育种用冷等离子体发生器的制作方法

本发明属于等离子体技术领域，特别涉及一种诱变育种用冷等离子体发生器。

背景技术：

等离子体是不同于固体、液体和气体的物质第四态。不同的激发方式和发生器结构可以产生不同热力学状态的等离子体。近年来，大气压非平衡等离子体技术由于去除了复杂、昂贵的真空系统，在各个领域的应用越来越受到关注。大气压非平衡等离子体可采用不同电极结构（如介质阻挡结构、针-板结构、裸露电极结构等）的等离子体发生器、采用不同频率（微波、射频、脉冲和直流等）的电源驱动产生。在诱变育种领域常用的大气压非平衡等离子体产生方式主要是大气压介质阻挡放电和大气压射频辉光放电两种。

等离子体中的活性粒子作用于微生物，能够引起基因序列及其代谢网络的变化，在微生物育种中得到了广泛的应用。动植物育种中，由于所需采用的样本大、样本多，单次需要的等离子体射流量多，目前等离子技术还难以产生大面积的均匀的具有生物活性的等离子体。为了促进等离子体育种在动植物育种中的应用，开发适于动植物育种用的等离子体发生器是关键。

专利文献1于2002年公开了用于大气压力等离子体发射装置的新电极和使用它的方法，该装置包括第一电极和第二电极。第二电极是多孔的，即构成为允许等离子体放电通过它。相应地，等离子体被接收在第二电极的一侧和从其相反等离子体出射侧发射。第二电极的各种结构都是可行的，只要允许等离子体放电通过它即可。例如，第二电极可以是其间夹有至少一个导电层的多个绝缘材料层的叠层。穿过该叠层限定多个孔，并且介质套管插入该孔中并保持在其中。由于等离子体通过第二电极，因此该等离子体反应器可以处于靠近被处理物体的表面的位置上或与其直接接触。尽管该专利可以产生大量的等离子体，解决了严重地限制被处理物体的尺寸问题，但是，等离子体温度不能得到有效的控制同时也不易产生均匀的等离子体，不利于动植物育种的应用。

专利文献2于2014年公开了一种常压放电冷等离子体发生器，该发生器包括上隔板、射频电极、下隔板和地电极；射频电极与射频电源连接，地电极与射频电源地线连接；上隔板覆盖于射频电极上。射频电极设有突起的平行板条，地电极、下隔板上均设有与射频电极的板条相匹配的窄槽，射频电极的平行板条可以穿过下隔板的窄槽，平行穿插于地电极的窄槽之间或穿过地电极的窄槽再平行穿插于地电极的平行板条之间；在射频电极的平行板条和地电极的窄槽之间或者和窄槽及平行板条之间形成等离子体放电室；下隔板内部设有纵横交叉的气体通道，可将工作气体均匀分配到各个放电室，通过施加电压，于常压下产生大体积的均匀的等离子体射流。该发明解决了等离子体体均匀性问题，等离子体温度也不易得到有效的控制。

专利文献3于2015年公开了简易大气压冷等离子体发生器，其包括射频电极、隔板和地电极，从而构成平板型的大气压放电冷等离子体发生器。所述射频电极具有横纵交叉气体通道结构，可有效的将工作气体均匀的分配到放电室，隔板将射频电极和地电极隔开，保证电极间的放电间距，地电极与射频电源地线连接，下部具有凸起结构，凸起结构表面具有规律排列的凹槽作为等离子体出口。该专利射频电极中设置纵横交叉的气体的通道，将工作气体均匀分配到放电室中，该结构增加了射频电极的工艺难度；当发生器结构较大时，从外到里进气有先后，均匀性存在相对性；此外，在动植物育种，对于种子或受精卵细胞一般至少处理数分钟，处理时间长，电极会发热，将进气通道设置在射频电极中易增加工作气体温度，即使在地电极中设置冷却系统，在长时间工作状态下也不易带来大面积的冷等离子体。

专利文献4于2017年公开了一种阵列式大面积冷等离子体发生器，其包括：内电极同轴结构，所述内电极同轴结构包括一内电极、完全包裹所述内电极下端头及外部的绝缘毛细管以及同轴套设于所述内电极外且与其下端齐平的绝缘管；包裹于所述绝缘管外、高度小于所述绝缘管高度的外电极；分别套设于所述绝缘管上端开口和下端开口的用于固定所述绝缘管轴向位置的上阀盖和下阀盖；位于所述上阀盖上部且套设于所述内电极和绝缘毛细管外的导气管；套设于上述各元件外、起盛装保护作用的管套；以及设置在所述管套上端、允许所述内电极和绝缘毛细管伸出的上盖。该发明尽管也可以产生大面积的等离子体，但是由于是并联的阵列同轴放电结构，并且仅从一端进气，不易产生均匀的等离子体，同时等离子体温度也不易得到有效的控制。

专利文献1：cn1552082a

专利文献2：cn105722294a

专利文献3：205071427u

专利文献4：cn10509298a。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供了一种诱变育种用冷等离子体发生器，利用板条结构的射频电极、地电极，产生大体积的等离子体，利用冷却循环通道有效控制产生的等离子体的温度，通过气体腔室，尤其是匀流系统，确保等离子体的均匀性。该发生器能够在大气压下稳定工作产生大量的均匀的冷等离子体，可以用于动物、植物样品诱变育种处理。

为了达到上述目的，本发明提供了一种诱变育种用冷等离子体发生器，包括上盖板、射频电极、下盖板、地电极，所述射频电极与射频电源连接，地电极与射频电源地线连接，上盖板覆盖于射频电极上并与射频电极间形成气体腔室，进气通道设置在上盖板上，射频电极设有突起的平行板条，地电极上设有与射频电极的板条相匹配的窄槽，射频电极的平行板条可以穿过下隔板的窄槽，平行穿插于地电极的窄槽之间；在射频电极的平行板条和地电极的窄槽之间形成等离子体放电室，射频电极、地电极内部设有冷却循环通道，其中，射频电极、地电极的冷却通道通过连接管道形成闭环的冷却循环通道，使得在生物诱变育种过程中，尤其是动植物诱变过程中产生长时间温度稳定的等离子体。

所述进气通道的进气方式由气体流量控制器控制，可以定量控制气体进入流量，有利于通过与射频电源上设置的功率匹配调节，使其在生物诱变育种过程中，尤其是动植物诱变中稳定发射等离子体射流。所述诱变育种用冷等离子体发生器进气通道进入的工作气体包括氦气、氩气等惰性气体，还可包括氮气、空气等，优选氦气。

所述温度稳定的等离子体平均温度为36~42℃，标准偏差2℃以内。所述温度稳定的等离子体在工作15~20min后温度维持稳定，稳定在36~42℃，而在15~20min前，等离子体温度逐渐升高，不超过36~42℃。

所述射频电极、地电极内部的冷却循环采用水冷循环或气冷循环。所述水冷循环或气冷循环，由冷却循环机驱动冷却水或气体通过入口进入，经过射频电极、冷却循环通道、地电极，再由出口回流入冷却循环机。所述水冷循环或气冷循环，也可由冷却循环机驱动水或气体通过地电极入口进入，经过地电极、冷却循环通道、射频电极，再由射频电极出口循环回进入冷却循环机。其中冷却循环机可以控制进入的冷却水或者冷却气的温度和流速，从而进一步将等离子体的温度控制在36-42℃。

本发明所述的一种诱变育种用冷等离子体发生器，在所述的气体腔室设置有匀流系统，即包括匀流室、匀流膜，所述匀流室以及匀流膜设置在上盖板和射频电极之间。

所述的一种诱变育种用冷等离子体发生器中的匀流膜至少包括1个，将匀流室隔成2个以上的匀流空间，优选2个匀流膜，将匀流室隔成3个匀流空间。所述匀流膜由高分子材料制作，如环保聚酯材料等。所述匀流膜的网孔直径在0.05~0.6mm，优选0.07~0.1mm。

在所述的一种诱变育种用冷等离子体发生器中，在射频电极的平行板条和地电极的窄槽之间形成等离子体放电室的间隙为0.5~2.5mm，射频电极的平行板条和地电极的有效放电高度为1~50mm。

在所述的一种诱变育种用冷等离子体发生器中，所述射频电极的平行板条可以穿过下隔板的窄槽，平行穿插于地电极的窄槽之间形成等离子体照射区，所述照射区面积可达到4500~6000平方毫米。

进一步，所述射频电极的平行板条可以穿过下隔板的窄槽，平行穿插于地电极的窄槽之间，多个射频电极与地电极阵列排列，在产生的等离子体射流出口，形成大面积的等离子体照射区，所述照射区面积可达到5900~6000平方毫米。

所述的一种诱变育种用冷等离子体发生器，所述的射频源功率为13.56mhz，最大功率为500w。

进一步，以氦气纯度在99.999%为工作气源，气体流量为15~20slm，射频电源功率为300~500w时，冷却循环机设定的冷却水的温度为6-10℃，等离子体平均温度为37~40^oc，产生等离子体在工作20min后温度维持稳定。

在所述的一种诱变育种用冷等离子体发生器中，还包括底板，所述底板设置在地电极的下方，用于固定射频电极和地电极。

本发明的技术效果如下：

根据本发明一种诱变育种用冷等离子体发生器，免除了利用真空设备，能够在大气压下产生产生大面积的均匀的温度可控的等离子体射流，喷出温度控在36~42℃的等离子体射流，还大大提高了等离子产生的效率，设备结构简单，易加工，能够实现在动物领域育种应用。

附图说明

图1为本发明一种诱变育种用冷等离子体发生器的立体图；

图2为本发明一种诱变育种用冷等离子体发生器的一实施方式的剖视图；

图3为本发明一种诱变育种用冷等离子体发生器地电极的一种冷却通道流向。

图4为本发明的一种诱变育种用冷等离子体发生器产生的等离子体射流面示意图。

符号说明：

1上盖板；2射频电极；3下盖板；4地电极；5进气通道；

6冷却循环通道；6-1冷却管道；6-2射频电极与地电极连接管道；

7匀流膜；8匀流室；9底板。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。

本发明涉及一种诱变育种用冷等离子体发生器，如图1，包括上盖板、射频电极、下盖板、地电极，射频电极与射频电源连接，地电极与射频电源地线连接，上盖板覆盖于射频电极上并与射频电极间形成气体腔室，进气通道设置在上盖板上，射频电极设有突起的平行板条，地电极上设有与射频电极的板条相匹配的窄槽，射频电极的平行板条可以穿过下隔板的窄槽，平行穿插于地电极的窄槽之间；在射频电极的平行板条和地电极的窄槽之间形成等离子体放电室，射频电极、地电极内部设有冷却循环通道，其中，射频电极、地电极的冷却通道通过连接管道形成闭环的冷却循环通道，使得在生物诱变育种过程中，尤其是动植物诱变过程中产生长时间温度稳定的等离子体。

在本发明的一实施方式中，所述射频电极、地电极内部的冷却循环采用水冷循环或气冷循环。使得产生的等离子体射流平均温度为36~42℃，产生等离子体在工作15~20min后温度维持稳定，标准偏差2℃以内。

在本发明的一个具体的实施方式中，冷却循环采用水冷循环或气冷循环具体过程：由冷却循环机驱动冷却气体通过入口进入，经过射频电极、冷却循环通道、地电极，再由出口回流入冷却循环机。也可以由冷却循环机驱动气体通过地电极入口进入，经过地电极、冷却循环通道、射频电极，再由射频电极出口循环回流入冷却循环机。根据气冷同样原理，也可以采用水冷。在本发明中射频电极、地电极的冷却通道是通过外接的连接管相互连通的。地电极的一种冷却通道流向如图3。

其中，冷却循环机可以设定的冷却水或者冷却气的温度和流速。

在本发明的一种实施方式中，所述的气体腔室设置有匀流系统，即包括匀流室、匀流膜，所述匀流室以及匀流膜设置在上盖板和射频电极之间。其匀流膜是由环保聚酯材料制成。网孔直径在0.05~0.6mm。

在本发明的一个的实施方式中，所述匀流膜至少包括1个，将匀流室隔成2个以上的匀流空间，优选2个匀流膜，将匀流室隔成3个匀流空间。具体实施方式中，如图2，由2个匀流膜将匀流室隔成3个匀流空间。

在本发明的诱变育种用冷等离子体发生器的另一实施方式中，在射频电极的平行板条和地电极的窄槽之间形成等离子体放电室的间隙为0.5~2.5mm，射频电极的平行板条和地电极的有效放电高度为1~50mm。

在本发明的一种实施方式中，所述射频电极的平行板条可以穿过下隔板的窄槽，平行穿插于地电极的窄槽之间形成等离子体照射区，所述照射区面积可达到4500~6000平方毫米。

在本发明的一种实施方式中，还包括底板，所述底板设置在地电极的下方，用于固定地电极结构。

在本发明的一种实施方式中，进气通道的进气方式由气体流量控制器控制，可以定量控制气体进入流量，有利于通过与射频电源上设置的功率匹配调节，使得在生物诱变育种过程中，尤其是动植物诱变过程中产生长时间温度稳定的等离子体。所述诱变育种用冷等离子体发生器进气通道进入的工作气体包括氦气、氩气等惰性气体，还可包括氮气、空气等，优选氦气。

实施例

以下参考实施例，对本发明的等离子体诱变育种装置进一步进行说明。

实施例1

本发明涉及诱变育种用冷等离子体发生器，包括上盖板、射频电极、下盖板、地电极，射频电极与射频电源连接，地电极与射频电源地线连接，上盖板覆盖于射频电极上并与射频电极间形成气体腔室，进气通道设置在上盖板上，射频电极设有突起的平行板条，地电极上设有与射频电极的板条相匹配的窄槽，射频电极的平行板条可以穿过下隔板的窄槽，平行穿插于地电极的窄槽之间；在射频电极的平行板条和地电极的窄槽之间形成等离子体放电室，射频电极、地电极内部设有冷却循环通道，其中，射频电极、地电极的冷却通道通过连接管道形成闭环的冷却循环通道。

等离子体发生器的长度为79mm，宽度为58mm，等离子体放电室的间隙为0.8mm，射频电极的平行板条和地电极的平行板条有效放电高度为18mm。通入纯度为99.999%氦气，气量为15slm，冷却循环机设定的冷却水的温度为10℃。待等离子体发生器发射15min射流之后，利用气体流量计，在等离子体发射器以下2mm处，按照图4所示的方式，在36个位点检测等离子体射流的流速，对应于图中从上到下，从左到右的点的流速，显示在下气体流速表1中；在36个位点利用温度计在2mm处，检测等离子体射流的温度，对应于图中从上到下，从左到右的点的温度，显示在下射流温度表2中。

表1

如表1取36个位点测定流速，其平均值为：6.18slm，标准偏差为0.39。

表2

如表2取36个位点测定温度，其平均值为：39.91℃，标准偏差为1.98。

实施例2

在上述实施例1的结构上，设置2个匀流膜，将匀流室隔成3个独立的匀流空间。通入纯度为99.999%氦气，气量为15slm，冷却循环机设定的冷却水的温度为10℃。待等离子体发生器发射15min射流之后，在等离子体发射器以下2mm处，按照图4所示的方式，在36个位点分别检测等离子体射流的流速与温度，对应于图中从上到下，从左到右的点的流速和温度，分别显示在表3、表4中。

表3

如表3取36个位点测定流速，其平均值为：5.77slm，标准偏差为0.06。

表4

如表4取36个位点测定温度，其平均值为：39.12℃，标准偏差为1.47。

进一步运行该装置20min，采用与上述相同的方法，利用温度计，在等离子体发射器以下2mm处，按照图4所示的方式，在36个位点检测等离子体射流的温度，对应于图中从上到下，从左到右的点的温度，显示在下表5中。

表5

如表5对36个检测点的温度取平均值，其平均值为39.36℃，标准偏差为1.53。

本实施例中，等离子体发生器发射30min、60min后，等离子体射流温度还是维持稳定39~39.5℃。由此可见，测试等离子体发生器发射射流温度，在15min后等离子体射流温度维持稳定，平均温度在39~39.5℃。

实施例3

本发明诱变育种用冷等离子体发生器，包括上盖板、射频电极、下盖板、地电极，其特征在于，射频电极与射频电源连接，地电极与射频电源地线连接，上盖板覆盖于射频电极上并与射频电极间形成气体腔室，气体腔室中设置有匀流系统，其包括匀流室、匀流膜，2个匀流膜将匀流室隔成3个单独的匀流空间，进气通道设置在上盖板上，射频电极设有突起的平行板条，地电极上设有与射频电极的板条相匹配的窄槽，射频电极的平行板条可以穿过下隔板的窄槽，平行穿插于地电极的窄槽之间；在射频电极的平行板条和地电极的窄槽之间形成等离子体放电室，射频电极、地电极内部设有冷却循环通道，其中，射频电极、地电极的冷却通道通过连接管道形成闭环的冷却循环通道。

等离子体发生器的长度为102mm，宽度为58mm，等离子体放电室的间隙为0.8mm，射频电极的平行板条和地电极的平行板条有效放电高度为18mm。通入纯度为99.999%氦气，气量为20slm，冷却循环机设定的冷却水的温度为7℃。等离子体发生器发射射流20min后，在等离子体发射器以下2mm处，取36个位点检测等离子体射流的流速与温度，对应于图中从上到下，从左到右的点的流速和温度，分别显示在表6、表7中。

表6

如表6取36个位点测定流速，其平均值为：5.73slm，标准偏差为0.09。

表7

如表7取36个位点测定温度，其平均值为：39.42℃，标准偏差为1.64。

根据上述实验结果可以看出，本发明的等离子体发生器在运行的整个过程中，可以始终保持等离子体发生器在大面积范围内可以发射出温度稳定的射流，诱变处理时间可长达7200s，不但可以满足微生物诱变育种，还可以确保对大量植物花粉、种子、愈伤组织、原生质体，动物鱼卵、细胞等连续处理诱变育种。

工业实用性

本发明的一种诱变育种用冷等离子体发生器可以在等离子体诱变育种领域制造并使用。

尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。