Высокочастотный плазмотрон
Иллюстрации
Реферат
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ о (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 25.11.75 (21) 2192098/07
Союз Советских
Социалистических
Республик (11) 544 348
Г
1 (51) М. Кл. с присоединением заявки №вЂ”
Н 05 Н 1/24
Н 05 В 7/18
ГеетдаратиеииыИ иевитет
Cowa Миииетреа ВОСР ие деиав иаебретеиии и етирытиВ (23) Приоритет (43) Опубликовано150678. Бюллетень № 22 (53) УДК 621. 365. 52. .533.0.07(088.8) (45) Дата опубликования описании 230578
Н.И.Гончар, A.B.Çâÿãèíäåí, P.Â.Ìèòèí и К.К.Прядкнн (72) авторы изобретения (71) Заявитель (54) ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ПЛАЗМОТРОН
ИЗобретение относится к области электротермни, а именно к генераторам плотной низкотемпературной плазмы, и может быть использовано в плаэмохимии и плазменной технологии.
Известен генератор плазмы, содержащий высокочастотный генератор, разрядную диэлектрическую камеру и обхватывающие ее кольцевые электроды цилиндрической формы. Такая форма возбуждающих разряд электродов вследствие неравномерного распределения плотности ВЧ токов по их поверхности приводит к перегреву и разрушению сте нок разрядной камеры в подэлектродной зоне $1).
Известен также высокочастотный йлазмотрон, который состоит из высокочастотйого .генератора, кварцевой разрядной камеры и двух цилнндричес-.
Ких кольцевых электродов, обхватывающих камеру. При работЕ с газами, обладающими.высокой теплонроводностью и большим сопротивленнем шнура разряда, например с водородом, гелием, либо их смесями с другими газами, наблюдается локальный перегрев стенок камеры в зоне под цилиндрическими электродами. В этом месте шнур разряда рас" ширяется, и через стенку диэлектрий ческой камеры на электрод текут высоКочастотные токи смещения. На кромку каждого электрода, обращенную в сторону соседнего электрода, приходит максимальный ток смещения, что вызывает локальный перегрев камеры.
Кроме того, шнур. разряда имеет тен-. денцию привязываться к внутренней стенке камеры в области максимальной
1П плотности тока под электродом, что приводит к разрушению камеры (2).
Целью изобретения является увеличение ресурса работы плазмотрона путем уменьшения тепловых нагрузок на
Щ разрядную камеру.
Эта цель достигается за счет выполнения электродов в форме монотонно расширяющихся в направлении к середине камеры тел вращения, причем меньший
Я радиус электрода связан с большим соотношением..
Я, -6 z
Cg — <0,75 10 .f г Н, а где М - меньший радиус электрода, см;
Я2 " больший радиус электрода, см; частота генератора, МГц; сопротивление шнура разряда на единицу длины, Ом/см;
H"äëèHà электрода вдоль камеры,см.
544348
Приравнивая (1) и (2), получаем:
-(2
60. =0,24 <0 uu a г Í. (s)
Теперь заведомо увеличим правую
5 часть уравнения (3), взяв в качестве
0 максимальное значение Π—, и поН
2 лучим условие
Cg -- — (0,75.<0 . 5- R Н (2
-б
) Г г
Форма электрода определяется следующим. Так как расстояние между кольцевым участком электрода (его кромкой), обращенным в сторону соседнего электрода, и шнуром разряда в заявляемой форме электрода больше, чем для цилиндрического электрода, то и емкостное сопротивление токам, приходящим на этот участок, будет больше, чем в цилиндрической геометрии электрода. Таким образом, вследствие увеличения емкостного сопротивления, плотность тока, приходящего на участок электрода, обращенный в сторону другого электрода, будет меньше, чем 30 для цилиндрического электрода, а токовая нагрузка будет более однородной по поверхности электроуа(Пределы отношения определены следукйцим упрощенным расчетом. 3Я
Выделим на поверхности электрода две кольцевых зоны шириной а с радиусом З и М и рассмотрим не электрод, а лишь этй два выделенных кольца.
Сопротивление току, приходящему на первое (с радиусом -Я ) кольцо из подкольцевой зоны, может быть записано гя е
0,24.10- .,„.СМ м (0м (()
-М где Ю -частота генератора, сек
3 " диаметр шнура разряда, см.
Сопротивление же току, приходящему из той же подкольцевой эоны перво- 50
ro кольца на второе кольцо, запишется как сумма сопротивлений току внутри шнура на пути Н, равному расстоянию между кольцами, и вне шнура:
Формула изобретения
Высокочастотный плазмотрон, содержащий цилиндрическую разрядную камеру
60 и два соосных с ней электрода в форме тел вращения, охватывающие с зазором концевые участки камеры и подсоединенные к высокочастотному генератору, отличающийся тем, что, с
85 целью увеличения ресурса работы плазНа фиг ° 1 показан плазмотрон, общий вид; на фиг. 2 — форма электрода.
Высокочастотный плазмотрон состоит из разрядной камеры 1, двух электродов 2, обхватывающих разрядную камеру и подключенных к высокочастотному генератору 3.
Электроды 2 расположены соосно с камерой 1 и выполнены в форме тел вращения, расширяющихся в направлении к середине камеры, причем меньший радиус электрода с большим связан соотношением
2R,, 0(а ((2)
0,24 IO где Р— сопротивление единицы длины шнура разряда, Ом/см.
Естественно, что, для того, чтобы токи, приходящие на оба кольца, были
Равны (т.е. чтобы были равны плотности токов сквозь стенку разрядной каМеры), необходимо равенство сопротивлений по обоим возможным путям тока. где 1 — частота генератора, МГц.
Результаты точного расчета формы электрода, выполненного на ЭВМ, согласуются с выведенной формулой.
Из этого простейшего расчета следует также, что образующая электрода — монотонная кривая.
Был проделан детальный расчет на
ЭВМ формы электрода предлагаемого емкостного плазмотрона для разрядов в разных газах с разными токами в раз-. ряде. Расчет подтверждает целесообразность применения электродов с переменным радиусом при сопротивлениях шнура разряда, превышающих 20 Ом/см для разряда в воздухе с продувом газа 30 л/мин.и при сопротивлениях ) 100 Ом/см для разрядов с продувами газа > 30 л/мин.
В опытном образце плазмотрона использовался ВЧ генератор с рабочей частотой 150 МГц и колебательной мощностью 10 кВт. Генератор через повышающий трансформатор соединен с возбуждающими электродами, имеющими форму боковой поверхности усеченного конуса. Большой диаметр каждого электрода — 80 мм, малый — 40 мм, ширина
40 мм. Электроды обхватывают кварцевую камеру диаметром 28 мм. Расстояние между электродами 90 мм.
Приведенные размеры электродов удовлетворяют условию (4) в случае, если Я > 1б5 Ом/см, что реально для разрядов в водороде при малой степени ионизации.
Применение таких электродов позволяет осуществить емкостной шнуровой разряд в водороде при атмосферном давлении, в то время как в плазмотроне с цилиндрическими электродами камеры растрескивались от больших тепловых нагрузок.
544348
Составитель Н.Писаревская
Техред - З. фанта Корректор В . Сердюк
Редактор П.Горькова
Заказ 3183/47 Тираж 992 Подписное
ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35; Раушская иаб., д. 4/5
Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 мотрона путем уменьшения тепловой нагрузки на камеру, электроды выполнены монотонно.расширяницимися в направлении к середине камеры, причем меньший радиус электрода связан с большим соотношением
М4
8g — „ СО,7S. О .4.„.И
"2 где Я вЂ” меньший радиус электрода, см больший радиус электрода, cM
10 — частота генератора, МГц;
Р— сопротивление шнура разряда на единицу длины, Ом/сму
Н вЂ” длина электрода вдоль камеры, см.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:
1. Физика и химия обработки мате риалов, М 4, 1975 с. 3.
2. ЖТФ, Р 45, в. 3, 1975, с. 675.