Фортов В.Е. (редактор) Энциклопедия низкотемпературной плазмы, том 02, Разделы 04-05

Подождите немного. Документ загружается.

IV.8. ГЕНЕРАТОРЫ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ

299

заостренного электрода, с которого горит факельный раз-

ряд, применен кольцевой цилиндрический, не имеющий

непосредственного контакта с плазмой. Плазмотроны та-

кого типа логично назвать плазмотронами линейной схемы

(по виду разрядного канала, вытянутого в линию, и соос-

ных ему электродов). Различные конструктивные варианты

линейных ВЧЕ-плазмотронов представлены на рис. IV.8.35.

б ^

Вода

Рис. IV.8.35. Некоторые типы ВЧЕ-плазмотронов

Они могут быть сделаны двухэлектродными (а), трехэлек-

тродными (б), пятиэлектродными (в). Электроды цилиндри-

ческие и располагаются соосно разрядным камерам с неко-

торым зазором. Подключение электродов к источнику пи-

тания осуществляется так, чтобы потенциальный электрод

располагался между заземленными. Таким образом, можно

обеспечить экранировку электромагнитного поля и снять

потенциал со струи плазмы, истекающей из разрядной ка-

меры. В случае многоэлектродной схемы плазмотрона в

разрядной камере образуется несколько ВЧ-дуг в соответ-

ствии с количеством электродов (рис. IV.8.35,в). Протека-

ние тока через разряд происходит вдоль оси разрядной ка-

меры. Мощность разряда и величина тока через разряд

определяются величиной емкости связи между электродами

и разрядом, которая, в свою очередь, зависит от диаметра

и его высоты.

Качественные характеристики ВЧЕ-плазмотрона: низ-

кий уровень излучения, высокая напряженность электри-

ческого поля и малая мощность, необходимая для поддер-

жания разряда. Для увеличения ресурса работы разрядной

камеры применялась водяная защита с использованием цен-

тробежного эффекта при вращении разрядной камеры во-

круг оси.

Уровень вкладываемой в разряд мощности ограничива-

ется ресурсом работы разрядной камеры ВЧЕ-плазмотрона,

а также слабой емкостной связью между электродами

и плазменным шнуром. Для увеличения ресурса работы

электрических разрядных камер предлагается использовать

электроды специальной формы, обращенные друг к другу

большими радиусами. Это обеспечивает более равномер-

ную тепловую нагрузку на стенке разрядной камеры, но не

снимает возможность их перегрева. Предложенные метал-

лические водоохлаждаемые разрядные камеры и бескамер-

ные конструкции не имеют такого недостатка, однако вряд

ли найдут применение в технологических процессах с по-

вышенными требованиями к чистоте плазмы. Уровень мощ-

ности может быть повышен с помощью среды с высокой ди-

электрической проницаемостью, заполняющей промежуток

электрод-плазма и увеличивающей тем самым емкостную

связь разряда плазмы (с электродами). В качестве среды с

высоким значением диэлектрической проницаемости может

быть использована сегнетоэлектрическая вставка.

Однако применение подобных конструкций при боль-

ших мощностях и атмосферном давлении ограничено тер-

мостойкостью разрядной камеры и самих вставок и боль-

шими потерями в сегнетоэлектрическом вставе за счет ди-

электрического нагрева поля высокой частоты. Задачи уве-

личения мощности, емкостной связи и ресурса работы раз-

рядной камеры могут быть решены одновременно, если в

качестве охлаждающей среды используется вода, обладаю-

щая е = 80.

Различные конструкции водоохлаждаемой разрядной

камеры (ВРК) показаны на рис. IV.8.35. Металлические

кольцевые электроды располагаются снаружи ВРК. Та-

кая конструкция достаточно проста в изготовлении, тор-

цевое уплотнение ВРК может быть не обязательно свар-

ным. Электроды, как правило, изготавливаются из мед-

ной фольги и крепятся непосредственно на разрядной ка-

мере. В конструкциях рис. IV.8.35Дж электроды помеща-

ются внутри ВРК, что способствует более высокой связи

между разрядом и электродами, однако конструктивное

исполнение осложняется и требует специальной сварки

кварцевых трубок и токоподводов. В таких конструкциях

(рис. IV.8.35,д) появляется ток между электродами через

охлаждающую жидкость. Конструкция рис. 1У.8.35,ж пол-

ностью исключает шунтирующий ток между электродами,

что достигается разделением ВРК на две водоохлаждаемые

половины. Такая конструкция оптимальна и базовая для

ВЧЕ-плазмотрона линейной схемы.

Описанные выше конструкции ВРК относятся к двух-

электродным ВЧЕ-плазмотронам, однако совершенно ана-

логично можно сделать трех-, пяти- и т.д. электродные

ВЧЕ-плазмотронные ВРК. В ВЧЕ-плазмотроне с ВРК бо-

лее сложной конструкции (рис. IV.8.35,e) пятиэлектродный

генератор плазмы состоит из разрядной пирексовой ка-

меры, пяти водоохлаждаемых электродов. Причем потенци-

альными являются только два из них, остальные три зазем-