CS219830B1

CS219830B1 - Method of igniting and keeping up the electrodeless discharge in flowing molecular gas by pressure higher than 1 kpa and device for executing the same method

Info

Publication number: CS219830B1
Application number: CS544881A
Authority: CS
Inventors: Petr Taras; Jindrich Musil; Ladislav Bardos
Original assignee: Petr Taras; Jindrich Musil; Ladislav Bardos
Priority date: 1981-07-16
Filing date: 1981-07-16
Publication date: 1983-03-25

Description

Vynález se týká způsobu zapálení a udržení bezelektrodového výboje v proudícím molekulárním plynu při tlaku vyšším něž 1 kPa a zařízení pro provádění tohoto způsobu. Potřeba této stabilizace vyniká v případech, kdy je zapotřebí absorbovat v proudícím molekulárním plynu vysoký měrný výkon potřebný pro dosažení vysokých hustot a teplot plazmatu a kdy je nežádoucí interakce plazmatu se stěnou výbojového prostoru.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a method for igniting and maintaining an electrode discharge in a flowing molecular gas at a pressure greater than 1 kPa and to apparatus for carrying out the method. The need for this stabilization is exemplified when it is necessary to absorb in the flowing molecular gas the high specific power required to achieve high plasma densities and temperatures and where the interaction of the plasma with the discharge chamber wall is undesirable.

Dosud známé a užívané způsoby zapálení a udržení bezelektrodového vysokofrekvenčního výboje — např. mikrovlnného — v proudícím molekulárním plynu za vyššího tlaku využívají buď náhrady molekulárního plynu argonem, tj. atomárním plynem, nebo zapalovacího drátku, jehož sublimací nebo explozí ve výboji se však výbojový prostor nežádoucím způsobem znečišťu je. K odtržení plazmatu od stěny výbojového prostoru se dosud používá tzv. vířivé stabilizace, při níž je molekulární plyn ve výbojovém prostoru uváděn do rotačního pohybu, jehož osa je paralelní se směrem postupného pohybu molekulárního plynu. Zařízení pro dosažení tohoto rotačního pohybu molekulárního plynu je velmi jednoduché; například je upraven vstup molekulárního plynu do výbojového prostoru tangenciálně.Hitherto known and used methods of igniting and maintaining an electrode-free high-frequency discharge - e.g. microwave - in a flowing molecular gas at higher pressure utilize either molecular gas replacement with argon, i.e. atomic gas, or ignition wire, but sublimation or explosion the way they pollute them. So-called swirl stabilization has been used to detach the plasma from the discharge chamber wall, in which the molecular gas in the discharge chamber is rotated, whose axis is parallel to the direction of the progressive movement of the molecular gas. The device for achieving this rotational movement of the molecular gas is very simple; for example, the entry of the molecular gas into the discharge space is provided tangentially.

Vpředu uvedené nedostatky, zejména vysoká spotřeba snadno izolovatelného plynu a/nebo znečištění výbojového prostoru, jsou do značné míry odstraněny vynálezem. Jeho podstatou je především způsob zapálení a udržení bezelektrodového výboje v proudícím molekulárním plynu při tlaku vyšším než 1 kPa, podle něhož se do prostoru vyplněného proudícím molekulárním plynem přivádí snadno ionizovatelný plyn, např. argon, při vyšším tlaku, než je tlak proudícího molekulárního plynu, tenkým kanálem do střední části proudového kanálu molekulárního plynu.The foregoing drawbacks, in particular the high consumption of readily insulated gas and / or the contamination of the discharge space, are largely overcome by the invention. It is primarily based on a method of igniting and maintaining an electrode-free discharge in a flowing molecular gas at a pressure greater than 1 kPa, according to which an easily ionizable gas, such as argon, is introduced into a space filled with flowing molecular gas at a higher pressure than the flowing molecular gas. through a thin channel into the central portion of the molecular gas flow channel.

Dále je podstatou vynálezu zařízení pro provádění způsobu zapálení a udržení bezelektrodového výboje v proudícím molekulárním plynu při tlaku vyšším než 1 kPa, které je vytvořeno z výbojového prostoru například ve tvaru trubice opatřené u svého prvního uzavřeného konce napouštěcím přívodem molekulárního plynu ze zásobníku, ve svém druhém uzavřeném konci čerpacím výstupem pro připojení čerpacího zařízení a obklopené vysokofrekvenčním elementem pro generování bezelektrodového plazmatického výboje. Podle vynálezu je v prvním uzavřeném konci trubice upraveno těsnění, jímž je provlečena osově posuvná trubice ·· ·· * ^r ^! ·, ·ί··ϊζ?ρ»^.·'τ· pro přívod snadno ionizovatelného plynu, např. argonu.The invention further relates to a device for carrying out a method of igniting and maintaining an electrode discharge in a flowing molecular gas at a pressure greater than 1 kPa, which is formed from a discharge space, for example in the form of a tube. a closed end by a pumping outlet for connecting a pumping device and surrounded by a high-frequency element for generating an electrode-free plasma discharge. According to the invention in a first closed end of the tube, a seal, which is threaded through the axially sliding tube ·· ·· ^r ^*! ·, · Ί · τ ρ »pro pro pro.. · Pro · · pro · · pro pro pro pro pro · pro pro · · pro · pro pro pro pro pro pro pro pro pro pro pro pro pro pro pro

Hlavními výhodami způsobu a zařízení podle vynálezu jsou především nízká spotřeba snadno ionizovatelného plynu, např. inertního, jako je argon, přičemž dávkování tohoto plynu může být tak malé, že podstatně neovlivní složení vlastního plazmatu, a dále odstranění jakéhokoliv znečištění výbojového prostoru, které vznikalo při sublimaci nebo explozi zapalovacího drátku ve výboji.The main advantages of the method and apparatus according to the invention are, in particular, the low consumption of an easily ionizable gas, e.g. inert, such as argon, and the dosage of this gas may be so small that it does not substantially affect the composition of the plasma itself. sublimation or explosion of the ignition wire in the discharge.

Podstata předmětu vynálezu je dále objasněna pomocí výkresu, na němž je znázorněn příklad zařízení pro provádění způsobu zapálení a udržení bezelektrodového výboje v proudícím molekulárním plynu při vyšším než 1 kPa. Zařízení je vytvořeno z výbojového prostoru, např. ve tvaru trubice 1 provlečené vysokofrekvenčním elementem 2 pro generování bezelektrodového plazmatického výboje 7 v požadovaném molekulárním plynu 8, přiváděném ze zásobníku do trubice 1 napouštěcím přívodem 3 a odčerpávaným čerpacím výstupem 4, který je připojen k čerpacímu zařízení. V prvním uzavřeném konci 10 trubice 1 je upraveno těsnění 11, jímž je provlečena osově posuvná trubice 5 pro připojení přívodu k zásobníku snadno ionizovatelného plynu 9, např. argonu.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention is further elucidated by means of a drawing showing an example of a device for carrying out a method of igniting and maintaining an electrode discharge in a flowing molecular gas at greater than 1 kPa. The device is formed from a discharge space, for example in the form of a tube 1 passing through a radio frequency element 2 for generating an electrode-free plasma discharge 7 in the desired molecular gas 8, fed from the reservoir to the tube 1 through an inlet 3 and pumped pumping outlet 4 connected to the pumping device . A seal 11 is provided in the first closed end 10 of the tube 1, through which an axially displaceable tube 5 is passed to connect an inlet to a container of an easily ionizable gas 9, eg argon.

Tento snadno ionizovatelný plyn 9 je z trubice 1 rovněž odčerpáván čerpacím výstupem 4, takže se takto uvnitř trubice 1 vytváří tenký kanál 6 snadno ionizovatelného plynu 9 uvnitř bezelektrodového plazmaticikého výboje 7 v proudovém kanálu molekulárního plynu 8.This easily ionizable gas 9 is also pumped from the tube 1 through the pumping outlet 4, so that a thin channel 6 of the easily ionizable gas 9 is formed inside the tube 1 within the electrode-free plasma discharge 7 in the molecular gas flow channel 8.

Činnost zařízení pro provádění způsobu zapálení a udržení bezelektrodového výboje v proudícím molekulárním plynu při tlaku vyšším než 1 kPa je popsána takto: do výbojové trubice 1 provlečené vysokofrekvenčním elementem 2 pro generování bezelektrodového plazmatického výboje 7 je napouštěn ze zásobníku napouštěcím přívodem 3 požadovaný molekulární plyn 8 nebo směs molekulárních plynů při tlaku vyšší než 1 kPa a zároveň je přiváděn posuvnou trubicí 5 při tlaku vyšším, než je tlak molekulárního plynu 8 snadno ionizovatelný plyn 9, který v bezelektrodovém plazmatickém výboji 7 vytvoří tenký kanál 6, jehož délka závisí na tom, do jaké míry je trubice 5, jíž se přivádí snadno ionizovatelný plyn — např. argon — zasunuta do výbojové trubice 1. Přitom přívod snadno ionizovatelného plynu 9 je buď kontinuální, nebo po určitých dávkách, takže vynález umožňuje udržovat výboj v širokém rozsahu průtoků molekulárního plynu a aplikovaných vysokofrekvenčních výkonů.The operation of the apparatus for carrying out a method of igniting and maintaining an electrode discharge in a flowing molecular gas at a pressure of more than 1 kPa is described as follows: the mixture of molecular gases at a pressure of more than 1 kPa and at the same time is fed by a sliding tube 5 at a pressure higher than the pressure of the molecular gas 8 an easily ionizable gas 9 which forms a thin channel 6 in the electrodeless plasma discharge 7 For example, the tube 5 through which the easily ionizable gas (e.g. argon) is supplied is inserted into the discharge tube 1. The supply of the easily ionizable gas 9 is either continuous or in portions, so that the invention allows the discharge to be kept wide the range of molecular gas flows and the applied RF power.

Přívod molekulárního plynu 8 nebo směsi molekulárních plynů do výbojové trubice 1 může být bud v axiálním směru za podmínek laminárního proudění, nebo v tangenciálním směru pro vysoké průtoky. V některých případech lze udržovat snadno ionizovatelný plyn ve formě tenkého kanálu i ve velké vzdálenosti ústí posuvné trubice 5 od výboje, což se projeví v účinnosti přenosu vysokofrekvenční energie do plazmatu molekulárního plynu 8 nebo jeho směsi.The supply of the molecular gas 8 or the mixture of molecular gases to the discharge tube 1 may be either in the axial direction under laminar flow conditions or in the tangential direction for high flow rates. In some cases, the easily ionizable gas can be maintained in the form of a thin channel even at a long distance from the mouth of the sliding tube 5 from the discharge, which translates into efficient transmission of high-frequency energy to the plasma of the molecular gas 8 or mixture thereof.

Claims

SUBJECT

A method for igniting and maintaining an electrode discharge in a flowing molecular gas at a pressure greater than 1 kPa, characterized in that an easily ionizable gas, e.g. argon, is introduced into the space filled with the flowing molecular gas at a higher pressure than the flowing molecular gas pressure , for example, to the central portion of the molecular gas stream.

2. Apparatus for carrying out the method according to item 1 formed from a discharge space, e.g.

SUMMARY OF THE INVENTION A first closed end by a molecular gas inlet from a reservoir, at its second closed end by a pumping outlet for connecting a pumping device surrounded by a high-frequency electrode-free plasma discharge element, characterized in that a seal is provided in the first closed end (10) of the tube (1) (11), through which an axially displaceable tube (5) is passed through to supply an easily ionizable gas (9), for example argon.