ПЛАЗМЕННЫЙ ИСТОЧНИК

Полезная модель относится к плазменной технике, в частности, к устройствам для генерирования низкотемпературной (нетермальной, недеструктивной) плазмы с использованием внешних электромагнитных полей сверхвысокой частоты и может быть использована для проведения низкотемпературных плазмохимических процессов, а также для плазменной обработки поверхности различных теплочувствительных материалов, в том числе биологических тканей.
Известно «Газоразрядное устройство для обработки плазмой при атмосферном давлении поверхности биосовместимых полимеров», содержащее электродную систему из острийного катода и плоского анода с протоком газа в разрядном промежутке, модифицируемый полимер, высоковольтный источник питания и систему нагнетания газа, отличающееся тем, что острийный катод представляет собой стальной стержень диаметром 1,5-2 мм с радиусом закругления вершины острия 25 мкм и нагружен на регулируемое балластное сопротивление, а плоский анод выполнен в виде стального круга диаметром 3-24 см и установлен перпендикулярно острийному катоду, причем центр симметрии анода расположен на расстоянии 30-100 мм от вершины острия острийного катода, катод и анод размещены в среде аргона, прокачиваемого продольно либо перпендикулярно катоду, при этом модифицируемый полимер толщиной 10-100 мкм выполнен в форме круга или прямоугольника, и удерживается на аноде заточенным краем торцевого среза стальной накидной шайбы, электрически соединенной с анодом. Патент РФ на изобретение №2751547 МПК: Н05Н 1/24, д. публ. 14.07.2021 г.
Известен «Плазменный источник излучения», состоящий из источника питания, двух коаксиальных электродов, устройства для напуска газа в область сжатия плазмы, вспомогательного и рабочего газов, причем вспомогательный газ имеет большую молярную массу, чем рабочий газ, и отличающийся тем, что содержит систему регулировки напуска рабочего газа, состоящую из устройства временной задержки инициации разряда и устройства накачки и контроля давления газа под клапаном устройства для напуска рабочего газа,при этом плазменный источник излучения выполнен с возможностью инициации разряда между электродами во вспомогательном газе; а с помощью системы регулировки напуска рабочего газа формируется неравномерное распределение рабочего газа, напущенного через устройство для напуска, в межэлектродном промежутке устройства.
Патент РФ на изобретение №270865, МПК: Н05Н 1/24, д. публ. 14.01.2020 г.
1
Известен «Плазменный источник (1), содержащий ионизационную камеру (2) со впускным патрубком (3) для ввода газа, ионизирующий электрод (4) внутри ионизационной камеры (2) и микроволновый генератор (8), отличающийся тем, что ионизирующий электрод (4), расположенный внутри ионизационной камеры (2), выполнен в виде разомкнутого конца внутреннего проводника (5) жесткой коаксиальной линии, которая проходит сквозь прямоугольный волновод (6) посередине его широких стенок, перпендикулярно к ним, а внешний проводник (7) коаксиальной линии снабжен разрывом, равным высоте узкой стенки волновода (6), который делит его на два патрубка (7а) и (7б), неразрывно сочлененных с волноводом (6), по которому проходит от микроволнового генератора (8) электромагнитная волна основного типа колебаний Ню, при этом на внешнем конце одного из патрубков (7а) расположена ионизационная камера (2), имеющая выходное отверстие (9), выполненное в наконечнике (10), снабженный внутренней полостью, образующей ионизационную камеру (2), которая вместе с выходным отверстием (9) наконечника (10), обеспечивает выполнение условий холостого хода на разомкнутом конце внутреннего проводника (5) жесткой коаксиальной линии, наконец на внешнем конце второго патрубка (76) закреплен узел короткого замыкания (11), который выполнен в виде подвижного цангового сочленения с внутренним проводником (5), кроме того, на конце ионизирующего электрода (4)) на всю его толщину, и вдоль оси внутреннего проводника (5), выполнены сквозные радиальные пропилы (12), при этом длина пропилов по оси равна четверти длины волны микроволнового генератора (8), а суммарная длина ионизирующего электрода (4) и внутреннего проводника (5) жесткой коаксиальной линии кратна нечетному числу четвертей длин волн микроволнового генератора (8). Патент РФ на ПМ №207628, МПК: Н05Н 1/24, д. публ.08.11.2021 г. Наиболее близким аналогом к предлагаемому в качестве полезной модели устройству является «СВЧ-плазмотрон», содержащий источник СВЧ-излучения, полый прямоугольный металлический волновод, в котором распространяется электромагнитная энергия с длиной волны основного типа колебаний Ню, связанные с ним два отрезка круглого запредельного волновода, расположенные перпендикулярно с двух сторон в центре широких стенок прямоугольного волновода, диэлектрическую разрядную камеру, а также газоформирователь с двумя соплами, выполненный в торце одной из частей запредельного волновода и обеспечивающий вихревой ввод потока плазмообразующего газа в разрядную камеру, отличающийся тем, что диэлектрическая разрядная камера размещена в прямоугольном волноводе и выполнена в виде двух частей, расположенных по горизонтальной оси прямоугольного волновода, причем наружная поверхность каждой части диэлектрической разрядной камеры ограничена двумя симметрично расположенными от центральной оси разрядной камеры полуцилидрическими поверхностями и прямоугольными поверхностями, также расположенными друг против друга и образованными двумя частями узких стенок волновода, которые срезают цилиндрическую поверхность разрядной камеры по двум хордам, при этом наружный диаметр каждой полуцилиндрической части d разрядной камеры равен внутреннему размеру широкой стенки волновода в, а расстояние L между хордами каждой из двух полуцилидрических частей разрядной камеры равно внутреннему размеру а узкой стенки прямоугольного волновода, кроме того, на наружной поверхности узких стенок прямоугольного волновода, на границе среза цилиндрической поверхности разрядной камеры по двум хордам, а именно в местах контакта узких стенок с расположенной внутри волновода разрядной камерой, выполнены симметрично расположенные друг против друга два сопла для дополнительного ввода струй газа, обеспечивающих охлаждение диэлектрических стенок разрядной камеры. Патент РФ на ПМ №183873, МПК: Н05Н 1/16, д. публ.08.10.2018 г.
К недостатку описанного устройства относится использование электродного разряда, что неизбежно приводит к разогреву материала электродов, вследствие чего дополнительно возрастает температура плазменной струи, и продукты эрозии электродов могут загрязнять ионный состав плазмы.
Техническим результатом полезной модели является снижение загрязнения полученной низкотемпературной плазменной струи, продуктами эрозии электродов за счет размещения разрядной камеры поперек прямоугольного волновода перпендикулярно его оси и параллельно его широким стенкам и подключения короткозамкнутого отрезка волновода к выходу прямоугольного волновода таким образом, что ось разрядной камеры отстоит от короткозамкнутого конца волновода на расстоянии, кратном нечетному числу четвертей длины волны в волноводе.
Вышеуказанный технический результат достигается за счет того, что «Плазменный источник» содержит СВЧ-генератор, полый прямоугольный металлический волновод, в котором распространяется электромагнитная энергия с длиной волны основного типа колебаний Ню. А также разрядную камеру, выполненную в виде полой диэлектрической трубки и размещенную в прямоугольном волноводе. При этом разрядная камера размещена поперек прямоугольного волновода перпендикулярно его оси и параллельно его широким стенкам и проходит сквозь отверстия, выполненные в его узких стенках. Причем к выходу прямоугольного волновода подключен короткозамкнутый отрезок волновода таким образом, что ось разрядной камеры отстоит от короткозамкнутого конца волновода на расстоянии, кратном нечетному числу четвертей длины волны в волноводе. Кроме того, высота узкой стенки прямоугольного волновода в месте расположения разрядной камеры равна величине внешнего диаметра разрядной камеры.
«Плазменный источник» поясняется чертежом-схемой на Фиг. 1.
Фиг. 1 - «Плазменный источник» (схема общего вида)
Плазменный источник, согласно Фиг. 1, содержит СВЧ-генератор 1, соединенный с прямоугольным волноводом 2, по которому распространяется электромагнитная волна основного типа колебаний Ню, содержащим разрядную камеру 3, выполненную в виде полой диэлектрической трубки, проходящей поперек прямоугольного волновода 2 параллельно его широким стенкам, сквозь отверстия, выполненные в его узких стенках. В разрядной камере 3 протекает поток рабочего газа 4 при давлении, близком к атмосферному. К выходу волновода 2 подключен короткозамкнутый отрезок волновода 5, таким образом, что ось разрядной камеры 3 отстоит от короткозамкнутого конца волновода 5 на расстоянии, кратном нечетному числу четвертей длин волны в волноводе 2.
Устройство работает следующим образом: при включении СВЧ-генератора 1, в волноводном тракте, состоящем из прямоугольного волновода 2 и короткозамкнутого отрезка волновода 5, возникает стоячая электромагнитная волна, в пучности которой располагается разрядная камера 3. При этом поперечное переменное электрическое поле стоячей волны воздействует на заряженные частицы потока подаваемого в разрядную камеру 3 рабочего газа 4 и возбуждает в разрядной камере 3 плазменный СВЧ-разряд 6. Поскольку поперечное движение заряженных частиц ограничено диэлектрическими стенками разрядной камеры 3, СВЧ-энергия электромагнитной волны вкладывается, в основном, в легкие электроны, в результате чего существенно более тяжелые ионы и нейтральные частицы рабочего газа остаются относительно холодными. Для облегчения режима работы СВЧ-генератора 1 и исключения необходимости использования дорогостоящих устройств его защиты от отраженных и стоячих волн, к выходу волновода 2, вместо короткозамкнутого отрезка волновода 5, может быть подключена согласованная волноводная нагрузка, в которой будет поглощаться та часть электромагнитной энергии СВЧ-генератора 1, которая не была израсходована на поддержание плазменного СВЧ-разряда 6. Предложенный в качестве полезной модели «Плазменный источник» благодаря своей конструкции позволяет получить низкотемпературную плазму, не загрязненную продуктами эрозии электродов.