(57)【要約】  マイクロ波プラズマ発生器は、対向する薄片(108,109)からなる電界強化電極を含み、これらの間にマイクロ波放射のプラズマ発生器を通る伝播方向と直交するギャップ(110)を有する。プラズマ状態に励起されるガス状媒体がギャップ(110)を通過するように、ガス入口(106)とガス出口(107)が配置される。
2005509254.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波放射源に結合することができるチャンバ(101)と、プラズマ状態にエネルギーを与えられるガス状媒体が前記チャンバ(101)を通って流れるようにする入口と出口ポート(106,107)と、少なくとも１対の電界強化電極(108,109)とを備えるマイクロ波プラズマ発生器であって、
前記電界強化電極(108,109)は、間に前記チャンバ(101)を通るマイクロ波放射の伝播方向と実質的に直交する方向に延びるギャップ(110)を形成し、
前記ギャップ(110)は、前記チャンバ(101)を通って流れるガス状媒体が前記ギャップ(110)を通過するように配置されていることを特徴とするマイクロ波プラズマ発生器。
【請求項２】
前記出口ポート(107)は、プラズマ励起されたガス状媒体がシートの形状で出てくるように形作られている請求項１に記載のマイクロ波プラズマ発生器。
【請求項３】
前記ギャップ(110)を画定する前記電界強化電極(108,109)の対向する縁部が、テーパが付いた断面である請求項１又は２に記載のマイクロ波プラズマ発生器。
【請求項４】
前記電界強化電極(108,109)の対向する縁部の断面は、非対称である請求項３に記載のマイクロ波プラズマ発生器。
【請求項５】
少なくとも一方の電極が２重であり(108',109')、２つの平行に隣接する同様の電極部品を与えるようになっている請求項１乃至３の何れか１項に記載のマイクロ波プラズマ発生器。
【請求項６】
前記２つの平行に隣接する同様の電極部品の間の空間が、ガスポート(202,301)と連通している請求項５に記載のマイクロ波プラズマ発生器。
【請求項７】
前記ガスポート(202)又は前記ガスポート(202,301)の少なくとも一方は、矩形の断面である請求項６に記載のマイクロ波プラズマ発生器。
【請求項８】
矩形の断面の前記ガスポート(202)は、出口ポートであり、それによりシート状のガス状媒体のシートの形状の流出を与える請求項６に記載のマイクロ波プラズマ発生器。
【請求項９】
前記電極は高熱伝導率の金属で出来ていて、前記電極の縁部は耐火性の材料で出来ている請求項１乃至８の何れか１項に記載のマイクロ波プラズマ発生器。
【請求項１０】
前記電極は冷却流体を流すチャンネルが設けられている請求項１乃至９の何れか１項に記載のマイクロ波プラズマ発生器。
【請求項１１】
前記ギャップ(110)は長さに沿って均一な幅である請求項１乃至１０の何れか１項に記載のマイクロ波プラズマ発生器。
【請求項１２】
前記ギャップ(110)の幅は中央部で大きく、端部に向かって対称に減少する請求項１乃至１０の何れか１項に記載のマイクロ波プラズマ発生器。
【請求項１３】
前記電極又は前記電極部品は薄片の形状である請求項１乃至１２の何れか１項に記載のマイクロ波プラズマ発生器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波放射によるガス状媒体のプラズマの発生に関する。
【背景技術】
【０００２】
材料の処理にプラズマを使用することの重要性が増してきている。例えば、材料の表面特性、プロテーゼ、手術用器具等の医療器具の滅菌、プラズマ援助のＮＯｘ触媒作用、ポリフッ化炭化水素の減少又は除去、金属のスプレーまたは揮発、分光分析又は他の診断技術に使用するプラズマの源、又は核廃棄物のガラス固化等である。
【０００３】
現在の多くのマイクロ波発生器は、プラズマ状態に励起するガス状媒体が通過するチャンバ内に、マイクロ波放射を均一に結合する。そのため、高い電力入力を使用しないと、エネルギー密度は低くなり、その結果電気効率は低くなる。
【０００４】
我々の英国特許第2,273,027号は、プラズマ状態に励起するガス状媒体がチャンバ内に入るマイクロ波プラズマ発生器を開示する。このプラズマ発生器では、チャンバを通るマイクロ波プラズマの伝播方向に垂直な１対の電界強化電極を含み、少なくとも一方の電極は内部に通路が形成され、励起されたガス状媒体が電極の間の領域から出られるようになっている。
【０００５】
この装置は２つの利点がある。第１に、電界強化電極はガス状媒体の効率を向上させ、第２に、ガス状媒体の唯一の出口は最大電界の領域なので、全てのガス状媒体は最大の電界に晒され、励起プロセスの電気効率を増加させる。
【０００６】
しかし、英国特許第2,273,027号の明細書に開示された電極配置は、円対称であり、ガス状媒体は電界強化電極の一方を通って軸方向に抜き出される。これは、プラズマを安定化させるが、ガス状媒体のスループットを制限し、そのためチャンバからのプラズマ励起される核種の出力を制限する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、改善されたマイクロ波発生器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のよれば、マイクロ波放射源に結合することができるチャンバと、プラズマ状態にエネルギーを与えられるガス状媒体が前記チャンバを通って流れるようにする入口と出口ポートと、少なくとも１対の電界強化電極とを備えるマイクロ波プラズマ発生器が提供される。前記電界強化電極は、間に前記チャンバを通るマイクロ波放射の伝播方向と実質的に直交する方向に延びるギャップを形成し、前記チャンバを通って流れるガス状媒体が前記ギャップを通過するように配置されている。
【０００９】
「実質的に直交する」という言葉は、ギャップの直線の程度は理想的にはマイクロ波の伝播方向に正確に直交するが、実際には直交から数度ずれてもよい（影響が少ない）が、電界強化の効率を大きく損なわないように、直交から数度以上はずれないということを意味する。
【００１０】
「実質的に直線」という言葉は、ギャップは理想的には正確に直線であるが、少し曲線でもよく、緩やかな波形でもよく、又は正確な直線から他の形でずれてもよいが、電界強化の効率を大きく損なわないように、直線から大きくはずれないということを意味する。波形又は任意の他の形のずれがあるとき、マイクロ波エネルギーが、ガスをプラズマで処理するギャップの領域に確実に入るように、同調と整合を変更する必要があるかもしれない。
【００１１】
電極は、断面が３角形で、対向する縁部の間に形成されるギャップは、チャンバ内のマイクロ波の伝播の方向の横向きの面にあってもよい。しかし、電極の対向する縁部は、平面でもよく、その場合電極の断面形状は、矩形であると好都合である。
【００１２】
ギャップは、マイクロ波の伝播方向に実質的に直交する直線の範囲に沿って均一な幅であると好都合である。しかし、ギャップの幅が変化してもよく、ギャップの中心に対して変化が対称であり、ギャップは中央部より縁部で狭くなっていると好都合である。従って、例えば、ギャップは楕円形でもよい。
【００１３】
出口ポートは、孔の直線アレイ又はスロットとして、エネルギーを与えられたガス状媒体がプラズマ励起核種を含むガスのシートとして出てくるようにしてもよい。
【００１４】
電極の一方又は両方が、２重であってもよい。即ち、２つの電極部品を設け、それらの間の空間を設けてもよい。前記孔のアレイ又はスロットは、２重電極の２つの部品の間、又は２重電極の一方の２つの部品の間にあるようにしてもよい。
【００１５】
これに代えて又は、これに加えて、入口ポートは、２重電極の２つの部品の間に位置する孔のアレイ又はスロットでもよい。
電極又は電極部品は、薄片要素でもよい。
【００１６】
以下に添付図面を参照して本発明をより詳細に、例示として説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１を参照すると、マイクロ波プラズマ発生器100は、矩形断面のチャンバ101を備え、2.45ＧＨｚの領域の周波数のマイクロ波放射を伝播し、これが導波管102に結合し、それから2.45ＧＨｚの領域の周波数のマイクロ波パワーの源に結合し、短絡スタブ（図示せず）で終了する第２の導波管部分103に結合する。チャンバ101は、マイクロ波放射を透過するプラスチック材料で出来た気密な膜104,105により導波管102,103から物理的に分離されている。マイクロ波を透過する水晶等の他の材料を気密な膜として使用することができる。チャンバ101には、ガス入口ポート106と、プラズマ励起ガスの出口ポート107が設けられている。チャンバ101内には、２つの対向する金属薄片108,109からなる電界強化電極がほぼ対称に位置し、それらの間には幅がミリメートル程度の平行な面のギャップ110がある。
【００１８】
薄片108,109の上流の表面は、細長い中央オリフィス112を有するバッフル111により保護される。この例では、薄片108,109の対向する縁部は、ナイフエッジ状で、縁部の間の電界を更に増強する。チャンバ101の好適な材料はステンレス鋼であり、これは薄片108,109にも使用することができる。しかし、冷却を助けるため銅又はアルミニウム合金等の材料で作り、先端部をタングステン等の耐熱性金属又は、セラミック材料で作ってもよい。また、薄片108,109は中空の構造とし、水冷設備を設けてもよい。電極と先端部には、非磁性材料を使用することができる。
【００１９】
使用において、励起する全てのガス状媒体は、薄片108,109の間の強化された電界の領域を通過する必要がある。また、ガス状媒体が薄片108,109の縁部の間のギャップを通過するときの圧力降下は、さらに励起プロセスの効率を向上させる。
【００２０】
ガス出口ポート107は、チャンバ101の主な壁面の一方の矩形スロットの形とし、プラズマ励起された核種を含むガスがジェットではなくシートの形で出てくるようにしてもよい。こうすると、広い表面の処理のような目的にはより好適である。
【００２１】
図２は、本発明の第２の実施の形態の長手方向断面図であり、この図において本発明の第１の実施の形態の対応する同じ機能の部品は同じ参照番号を付してある。
【００２２】
本発明のこの実施の形態において、電界強化電極の薄片109は、第２の同様の薄片109'が伴い、これはガス出口スリット202と連通するギャップ201により薄片109から分離されている。電界強化電極の薄片108は、薄片109,109'の間のギャップ201の反対側に位置し、膜105は電界強化電極の薄片109'に隣接して位置し、電界強化電極の下流のデッドスペースを減らすようにしている。
【００２３】
マイクロ波プラズマ発生器のこの形状は、シートの形状のプラズマ励起ガスの出力を生じ、これは、広い表面の処理のような目的にはより好適である。
【００２４】
この装置では、チャンバへのガス入口は、電界強化電極の両側を通ってもよい、即ち、例えば、図１に示すポートの配置を使用して、ガスはポート106と107の両方を通って入ってもよい。こうすると、2つのポートを通って異なるガスを導入することができる。次に、ガスは電界強化電極の間で形成されたプラズマ内で反応し、ガス出口スリット202から出て行く。
【００２５】
図３は、本発明の第３の実施の形態の長手方向断面図であり、電界強化電極の薄片108も２重であり、エネルギーを与えられるガス状媒体は、薄片108,108'の間のギャップ302と連通する入口ポート301を通ってチャンバ101へ入れられる。この装置もまた、全てのガス状媒体が最大電界の領域を通るので、プラズマ発生器の電気的効率を向上させ、またマイクロ波入口ウィンドー膜104とマイクロ波出口ウィンドー膜105を電界強化電極に近くすることができ、プラズマ発生器の長さを短くすることができる。この実施の形態では、バッフル111は余分であり、省略した。
【００２６】
第２と第３の実施の形態において、２重の薄片は、本発明の第１の実施の形態の薄片108,109は対称なナイフエッジを有し、又は図２と３に示すような非対称な形状を有する。
【００２７】
本発明は前述の例に限定されない。例えば、電界強化電極の対向する縁部は、必ずしもナイフ即ち鋭い縁部の形状を有さなくてもよい。便宜的に、電極の対向する縁部の厚さは、1ｍｍから2ｍｍのオーダーであるが、これよりずっと厚くてもよい。電界強化電極を与える薄片は、プラズマにより発生する熱による座屈に耐えられるだけ強ければ、同様の厚さでもよい。上述したように、電極内の冷却剤通路が必要かもしれず、その場合より厚い構造になる。
【００２８】
電極間のギャップの幅は、プラズマが要求されたガスの動作圧力で点弧するのに十分な電界強化を与えるように選択される。従って、大気圧近くの動作では、1ｍｍオーダーのギャップ幅が必要である。より低い圧力での動作では、より広いギャップを使用することができる。
【００２９】
この点を心にとめ、電極間のギャップを調整するため修正をすることが出来、与えられたガス組成と動作圧力で最適の動作を行うようにプラズマ発生器を適合させることができる。
【００３０】
ガス状媒体の向上したスループットにより、ここに記載したマイクロ波プラズマ発生器は、ザーリン、ホスゲン、化学兵器に使用される他の有毒な成分化学戦争用ガスを取り扱うのに適する。また、神経ガスと、胞子、例えば炭素菌胞子、バクテリア、ウィルス等の生物薬品の破壊、自然に起こる又は遺伝子工学技術により改変した物でもよく、化学兵器ガスと生物薬品の組み合わせでもよい。プラズマ発生器は、ビル、テント、地面より上と下のバンカー、船、潜水艦、航空機、車両の換気システムに組み込んでもよく、固定しても、携帯形でもよい。それは、ガスと薬品を検知し取り扱うシステムの一部でもよい。システムは、このようなガスと薬品を検知するセンサを含んでもよく、このようなセンサは、例えばWO99/38007とWO00/14539に開示されたマイクロ加工片持ち梁に基づいていてもよい。プラズマ発生器は、センサの応答によって、連続的に又は間歇的に運転することができる。プラズマ発生器から放出される排気ガスの下流で、プラズマ中で発生した酸化窒素を窒素に転換するため、触媒をシステムに組み込むことができる。プラズマ発生器はまた、プリオン蛋白質の非活性化のために使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明のマイクロ波プラズマ発生器の概略斜視図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態の長手方向断面図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態の長手方向断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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