ИМПУЛЬСНЫЙ ГЕНЕРАТОР ПЕРЕОХЛАЖДЕННОЙ ПЛАЗМЫ

Область применения предлагаемого импульсного генератора переохлажденной плазмы - научные исследования, прикладная физика, медицина в частности для бактерицидной обработки.
Известен импульсный генератор, состоящий из высоковольтного блока питания, который заряжает накопительный конденсатор, при достижении максимального напряжения на котором происходит пробой водного промежутка между электродами подключенными к накопительному конденсатору. (Тянгинский А.Ю. Электроимпульсные методы формирования нанокластерного серебра в жидкой среде / Тянгинский А.Ю., Трепов Д.А., Церулев М.В., Слепцов В.В. // Нано- и микросистемная техника. - 2008. 11. - С.13).
Недостатком этого генератора является наличие утечки заряда с накопительной емкости через омическое сопротивление водного промежутка между высоковольтными электродами, что приводит к необходимости охлаждения жидкости и компенсации утечки заряда путем применением более мощного блока питания, невозможность вывода плазменного потока за пределы генератора.
Известен также генератор для создания плазменного потока, состоящий из металлического корпуса, металлического заостренного электрода, сопла для подачи плазмообразуещего вещества, источника питания. Напряжение от источника питания подается на металлический корпус и металлический заостренный электрод, между которыми подается напряжение от высоковольтного источника питания (Патент RU №2455798 МПК Н05Н 1/00).
Недостатком этого генератора является незащищенность от межэлектродного пробоя в отсутствии воды в межэлектродном пространстве. Медленное нарастание фронта высоковольтного импульса от источника питания на высоковольтных электродах, что приводит к разогреву воды в межэлектродном промежутке.
Технический результат в предлагаемом импульсном генераторе переохлажденной плазмы заключается в увеличении размеров плазменного потока, КПД.
Обеспечивается технический результат тем, что с целью осуществления пробоя водного промежутка между высоковольтными электродами для образованием плазменного факела и увеличения его размера воздух из воздушного промежутка коммутатора подается под давлением в смеситель воды и воздуха, который подает водовоздушный поток в межэлектродное пространство, соотношение между значением межэлектродного расстояния (L) и диаметра выходного сопла (d) находится в следующем диапазоне:
.
Устройство импульсного генератора переохлажденной плазмы показано на Фиг.1. Импульсный генератор переохлажденной плазмы состоит из: высоковольтного трансформатора 1, накопительных конденсатора 2, коммутатора 3, высоковольтных электродов 4, изолятора 5, водного промежутка 6, смесителя воды и воздуха 7. Высоковольтный трансформатор 1 подключается к накопительному конденсатору 2, который последовательно соединен с коммутатором 3. Коммутатор 3 соединен воздухопроводом со смесителем воды и воздуха 7. Последовательно соединенные конденсаторы 2, коммутатор 3 соединены омическим сопротивлением водного промежутка 6.
Принцип действия импульсного генератора переохлажденной плазмы заключается в следующем: высоковольтный трансформатор 1 заряжает накопительный конденсатор 2, напряжение на котором растет одновременно с напряжением на коммутатор 3. Напряжения на накопительном конденсаторе 2 и коммутаторе 3 равны, но противоположны по знаку, что приводит к отсутствию напряжения на водном промежутке 6. При достижении критического напряжения на коммутаторе 3, происходит пробой воздушного промежутка коммутатора 3, в результате чего высоковольтный конденсатор 2 подключается параллельно к высоковольтным электродам 4, что приводит к пробою водного промежутка 6. Накопительный конденсатор 2 разряжается через водный промежуток 6. Вследствие этого разряд на коммутаторе 3 и между высоковольтными электродами 4 прекращается, омическое сопротивление коммутатора 3 восстанавливается, накопительный конденсатор 2 и коммутатор 3 оказываются подключенными параллельно через сопротивление водного промежутка 6 и выше описанный процесс повторяется. При пробое воздушного промежутка коммутатора 3 происходит эффективная ионизация воздуха, который через воздухопровод подается на смеситель воды и воздуха 7, и смешивается с водой водного промежутка 6 между высоковольтными электродами 4. Соотношение между значением межэлектродного расстояния (L) и диаметра выходного сопла (d) находится в следующем диапазоне:
Совокупность данных факторов уменьшает критическое напряжение, обеспечивает стабильность пробоя водного промежутка 6, увеличивает КПД генератора переохлажденной плазмы и размеры плазменного потока.
Скорость нарастания напряжения на водном промежутке 6, при пробое коммутатора 3, определяется, только паразитными индуктивностями соединений и элементов импульсного генератора переохлажденной плазмы для осуществления разряда в воде, что позволяет уменьшить время нарастания напряжения при пробое водного промежутка 6.
Проведенные в Петрозаводском государственном университете исследования испытания импульсного генератора переохлажденной плазмы доказывают его эффективность.
Предлагаемый импульсный генератор переохлажденной плазмы характеризуется высокой скоростью нарастания импульса напряжения в отсутствии напряжения в остальное время на выходе генератора, увеличенным КПД и длинной плазменного потока.