CZ2016790A3 - Způsob vytváření plazmatu v plazmové trysce za atmosférického tlaku a regulace intenzit E a H elektromagnetického pole a přenosu a regulace toku činného výkonu z vysokofrekvenčního zdroje do plazmatu plazmové trysky a zařízení k jeho provádění - Google Patents

Abstract

Jedná se o způsob regulace intenzit E a H elektromagnetického pole a regulace toku činného výkonu z vysokofrekvenčního zdroje periodického signálu 3-300 MHz do plazmatu, za stavu minimální velikosti odraženého výkonu, plazmové trysky protékané pracovním médiem, kde měrná hustota toku činného výkonu se spotřebovává na procesy a reakce. Přenos vysokofrekvenční elektromagnetické energie je vytvářen a regulován prostřednictvím prostorově uspořádané soustavy rezonančního obvodu s rozprostřenými parametry za přítomnosti plazmatu, jejíž tvarovací prostor nebo jeho část se nachází uvnitř prostoru geometricky vymezeného úplnou soustavou rezonančního obvodu s rozprostřenými parametry. Přenos vysokofrekvenční elektromagnetické energie je rovněž regulován prostřednictvím prvku regulace prostorového rozložení elektromagnetického pole, kdy se docílí stavu minimální velikosti odraženého výkonu zpět do vysokofrekvenčního zdroje a také formování rozložení složek elektromagnetického pole v každé části objemu plazmatu. Zařízení k provádění způsobu zahrnuje rezonanční obvod (15) s rozprostřenými parametry se zpomalující strukturou (19) elektromagnetických vln a rezonanční soustavou (14) a rezonátorem, jež je tvořen krytem stínění (6) prostoru (x) geometricky vymezeného soustavou rezonančního obvodu (15). Dále zahrnuje nejméně jeden tvarovací prostor (16) uvnitř prostoru (x), kde tvarovací prostor (16) zasahuje do výbojového prostoru (17) protékaného pracovním médiem, a dále zahrnuje plazma (10). Rezonanční obvod (15) je opatřen alespoň jedním prvkem (18) regulace prostorového rozložení elektromagnetického pole a hustoty toku činného výkonu, který je uspořádán na plazmové trysce (1).

Description

Způsob vytváření plazmatu v plazmové trysce za atmosférického tlaku a regulace intenzit E a H elektromagnetického pole a přenosu a regulace toku činného výkonu z vysokofrekvenčního zdroje do plazmatu plazmové trysky a zařízení k jeho provádění.

Oblast techniky a stručný popis vynálezu

Vynález se týká způsobu regulace intenzit E a H elektromagnetického pole a přenosu a regulace toku činného výkonu z nejméně jednoho vysokofrekvenčního zdroje nebo směšovače periodického signálu 3-300 MHz do plazmatu, za stavu minimální velikosti odraženého výkonu zpět do vysokofrekvenčního zdroje, nejméně jedné plazmové trysky, kde se měrná hustota toku činného výkonu přeměňuje/spotřebovává na požadované fyzikální a chemické procesy, a dále způsobu vytváření plazmatu za atmosférického tlaku v této plazmové trysce vzájemným působením vysokofrekvenčního elektromagnetického pole vytvářeného prvky rezonančního obvodu s rozprostřenými parametry umístěného na těle plazmové trysky.

Vynález se též týká zařízení pro regulaci intenzit E a H elektromagnetického pole a pro přenos a regulaci toku činného výkonu z nejméně jednoho vysokofrekvenčního zdroje nebo směšovače periodického signálu 3-300 MHz do plazmatu, za stavu minimální velikosti odraženého výkonu zpět do vysokofrekvenčního zdroje, nejméně jedné plazmové trysky, a dále zařízení pro vytváření plazmatu za atmosférického tlaku obsahující nejméně jednu plazmovou trysku tvořenou dutým tělesem a protékané pracovním médiem, na jejímž těle je umístěn rezonanční obvod s rozprostřenými parametry pro dosažení minimální velikosti odraženého výkonu zpět do vysokofrekvenčního zdroje a pro vytváření plazmatu, přičemž generované plazma je prostorovou součástí tohoto rezonančního obvodu.

Dosavadní stav techniky

Ve vědním a technickém oboru fyziky plazmatu byly zavedeny, pro snadnější orientaci a popis, určité konvence a to jak u popisu vlastností technicky vytvářeného plazmatu, tak i jeho rozdělení do určitých skupin dle způsobu jeho vytváření nebo dle konstrukčního řešení vlastního plazmového zdroje, který jej vytváří. Podle způsobu i

• * · ·♦ · ·· ·· · ·« · · ··· • · · · · · ··· ····· · · · ·· · • · · · · · ··· · ··· ···· ··· ·♦ technického získání plazmatu lze rozlišit plazma výbojové (identický odborný termín - výboj), plazma laserové aj. Výbojové plazma je vzhledem ke způsobu technického získávání (elektromagnetickým polem s frekvencí řádově 0 Hz - 10¹¹ Hz) velmi variabilní jak svými vlastnostmi, tak i technickým řešením vlastního plazmového zdroje. Další charakterizace formálního dělení plazmatu může být založena např. z hlediska podmínek tlaku pracovního plynu, z kterého je vytvářeno plazma. V daném případě dochází k rozdělení plazmatu na nízkotlaké (tj. vytvářené za tlaku nižšího, než je tlak atmosférický) a vysokotlaké (tj. vytvářené za tlaku vyššího nebo stejného, jako je tlak atmosférický). Z hlediska frekvence použitého elektrického zdroje napájení můžeme výbojové plazma dělit na plazma stejnosměrné, nízkofrekvenční a vysokofrekvenční (které lze dále rozdělit na radiofrekvenční a mikrovlnné). Dále, např. z hlediska vlastností plazmatu charakterizovaných rozdělením teplot jednotlivých částic/komponent v plazmatu, rozlišujeme plazma izotermické (všechny částice/komponenty plazmatu mají přibližně stejnou teplotu - plazma je blízké termodynamické rovnováze) a plazma neizotermické, kde částice/komponenty plazmatu mají výrazně rozdílnou teplotu (teplota volných elektronů je až o několik řádů vyšší, než teplota iontů a ta je zase vyšší než teplota neutrálních částic/komponent v plazmatu - pro plazma v tomto případě neplatí termodynamická rovnováha).

Některá typologická rozdělení plazmatu byla vytvořena historicky při studiu stejnosměrného výboje (např. koróna, doutnavý výboj, oblouk) a jsou spojena zcela přesně s určitou závislostí volt-ampérové charakteristiky výboje. Tato typologická rozdělení se často používají i pro výboje získávané plazmovými zdroji se střídavým elektromagnetickým polem, kde však mají podobnost pouze vizuální a jen někdy mohou mít podobnou volt-ampérovou charakteristiku výboje. V daných případech buzení plazmatu (výboje) střídavým elektromagnetickým polem je používán přívlastek - nízkofrekvenční nebo vysokofrekvenční (radiofrekvenční, mikrovlnný).

Z hlediska způsobu vytváření vysokofrekvenčních výbojů jsou obecně známy dvě základní modifikace způsobu přenosu toku činného výkonu (definovaného reálnou částí komplexního Poyntingova vektoru) z vysokofrekvenčního zdroje do plazmatu za stavu impedančního přizpůsobení trasy vedení a zdroje plazmatu (termín „za stavu impedančního přizpůsobení“ platí pouze pro harmonický signál z vysokofrekvenčního zdroje; v dalším textu bude, pro účely patentové přihlášky, • · · používán pro obecný periodický signál, tj. obsahující i neharmonický signál, vhodnější termín „za stavu o minimální velikosti odraženého výkonu zpět do vysokofrekvenčního zdroje“).

První z nich využívá, ke generování vysokofrekvenčního výboje za atmosférického tlaku nebo tlaku vyššího, vysoké intenzity elektrického pole (při minoritní velikosti intenzity magnetického pole), která se pohybuje v plazmovém sloupci obvykle v řádu 10⁴ V/m a více ve vzduchu nebo v dusíku a v řádu 10³ V/m a více v argonu (u katodové plošky v těsné blízkosti povrchu elektrody intenzita elektrického pole může dosahovat hodnot až 5.10⁵ V/m pro vzduch nebo dusík), vytvářeným nejméně jednou vysokoňapěťovou vysokofrekvenční elektrodou s charakteristickou elektrickou kapacitou vůči okolí (tzv. jednopólový výboj - např. Truneček V.: The Highfrequency Corona, The Torch Discharge and The Torch Are, FOLIA Mathematica-Physica, 6, 2, University J.Ev.Purkyně Brno (CZ), 1965, p.1-29 nebo J. Janca, Czech J. Phys. B 17 (1967), p.761 nebo J.Janča, M. Klíma, P. Slavíček, L. Zajíčková: On the Hollow Electrode HF Plasma Pencil, In Proceedings of ICPIG XIV. Warszaw (Poland), 1999, 177-178 nebo patent EP 1077021 z r. 2005) nebo vytvářeným nejméně jednou vysokoňapěťovou vysokofrekvenční elektrodou s charakteristickou kapacitou vůči nejméně jedné uzemněné elektrodě, tj. elektricky a vysokofrekvenčně připojené ke vztažné elektrodě referenčního elektrického potenciálu (tzv. dvojpólový výboj - např. Truneček V.: The Highfrequency Corona, The Torch Discharge and The Torch Are, FOLIA Mathematica-Physica, 6, 2, University J.Ev.Purkyně Brno (CZ), 1965, 1-29). V literatuře se tento typ plazmatu obvykle nazývá tzv. „kapacitně buzené plazma“. V případě, kdy alespoň jedna z elektrod je oddělena od výbojového prostoru dielektrickým materiálem hovoříme o tzv. „bariérovém“ typu výboje (např. patent EP2009029 z r. 2012).

V dostupné odborné literatuře je pro tento typ generování vysokofrekvenčního plazmatu vytvářen model prostorového rozložení elektromagnetického pole pouze pro jeho elektrickou složku (tj. pro intenzitu elektrického pole; magnetické pole se v modelech zanedbává). Rovněž tak není obvykle bráno do úvahy magnetické pole při sestavování náhradního elektrického schématu vlastního výboje za atmosférického tlaku (pro nízkotlaký typ výboje jej někteří autoři do náhradního schématu výboje již zahrnují - např. P. Chabert, N.Braithwaite: Physics of RadioFrequency Plasmas, Cambridge University Press, 2011, p.385, ISBN 978-0-521

76300-4). Výjimku tvoří publikace K. Gadonna, O. Leroy, P. Leprincel, L. L. Alves, C. Boisse-Laporte: Study of Gas Heating by a Microwave Plasma Torch, Journal of Modern Physics, 2012, 3, 1603-1615 popisující mikrovlnný typ jednopólového výboje (harmonický signál o frekvenci 2,45 GHz) za atmosférického tlaku a vytvoření modelu prostorového rozložení měrné hustoty toku činného výkonu (tj. časově středních hodnot hustoty toku výkonu na jednotku plochy, tj. hodnot reálné části komplexního Poyntingova vektoru) kolem budící elektrody, jejího bezprostředního okolí a plazmatu.

Druhý obecně známý způsob generování výboje je založený na vysokofrekvenčním elektromagnetickém poli s majoritní velikostí intenzity magnetického pole - obvykle v řádovém rozmezí 10³ - 10⁴ A/m (při minoritní velikosti intenzity elektrického pole, která se pohybuje obvykle jen v řádu 10² V/m), které je nejčastěji vytvářeno cívkou ve tvaru solenoidu, jejíž osou prochází výbojový prostor oddělený od cívky dielektrickou stěnou, jímž protéká pracovní plyn (nejčastěji argon, ale mohou to být i jiné plyny nebo jejich směsi, popř. příměsi aktivních látek). V literatuře se tento typ plazmatu obvykle nazývá tzv. „induktivně buzené plazma“ (ICP - inductively coupling plasma) a často se používá, zvláště za atmosférického tlaku, jako plazmový zdroj pro chemickou spektrální analýzu.

Z literatury jsou známy pro nízkotlaké ICP výboje další možné geometrie cívky jako např. planární cívka apod., které se navíc mohou kombinovat s druhou, uzemněnou (tj. elektricky a vysokofrekvenčně připojenou ke vztažnému referenčnímu elektrickému potenciálu), planární elektrodou nízkotlakého reaktoru (tzv. kombinovaný typ buzení plazmatu - např. /. M. El-Fayoumi, I. R. Jones, Μ. M. Turner: J. Phys. D: Appl. Phys. 31 (1998) 3082-3094). Pro uvedené geometrie cívky (solenoid, planární cívka) jsou známy dva typické režimy/módy vytváření plazmatu tzv. E-mód a H-mód (např. pro ICP se solenoidem: J T Gudmundsson and M A Lieberman: Plasma Sources Sci. Technol. 6 (1997) 540-550 a pro planární cívku: /. M. El-Fayoumi, I. fí. Jones, Μ. M. Turner: J. Phys. D: Appl. Phys. 31 (1998) 30823094). E-mód souvisí s vytvářením plazmatu za nízkých výkonů, kdy proud cívkou dosahuje řádově jen 10° A a plazma je vytvářeno elektromagnetickým polem s velikostí intenzity magnetického pole řádově jen 10² A/m, přičemž intenzita elektrického pole je srovnatelná - řádově rovněž 10² V/m. Plazma je vdaném případě charakterizováno koncentrací volných elektronů řádově 10¹⁶/m³. Oproti tomu • · ·

H-mód vzniká za vyšších výkonů z vysokofrekvenčního zdroje, kdy proud cívkou dosahuje obvykle více než 10 A (obvykle řádově 10¹ -10³ A), přičemž intenzita magnetického pole (řádově 10³ - 10⁴ A/m) výrazně převyšuje velikost intenzity elektrického pole (řádově stále 10² V/m) a plazma je charakterizováno skokově se měnící koncentrací elektronů na řádově až 10¹⁸-10¹⁹ /m³. V publikaci je rovněž uvedený příklad typického náhradního schématu elektrického obvodu impedančního přizpůsobovacího členu včetně zjednodušeného náhradního schématu plazmatu, a to pro oba módy.

Jiní autoři (P.Chabert, N.Braithwaite: Physics of fíadio-Frequency Plasmas, Cambridge University Press, 2011, p.385, ISBN 978-0-521-76300-4) uvádějí přechodovou oblast mezi E-módem a H-módem pro nízkotlaké plazma v rozmezí proudu cívkou 1-3 A.

Při zapalování výboje za podmínek H-módu, vždy nejprve vzniká E-mód, který velmi rychle přechází do H-módu a to jak za nízkých tlaků (např. Y. Miyoshi, Z. Lj. Petrovic', and T. Makabe: IEEE TRANSACTIONS ON PLASMA SCIENCE, VOL. 30, NO. 1, 2002, 130-131), tak i za tlaku atmosférického (např. M. Abdur fíazzak, Kenji Kondo, Yoshihiko Uesugi, Noriyasu Ohno, and Shuichi Takamura: JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, VOLUME 95, NUMBER2, 2004, 427-433).

V publikaci (S. Xue, P. Proulx, Μ. I. Boulos: J. Phys. D: Appl. Phys. 34 (2001) 1897-1906) je uveden model elektromagnetického pole u typického ICP výboje za atmosférického tlaku v argonu (zařízení komerční výroby - model PL-50, Tekna Plasma Systems lne.). Plazma je vytvářeno solenoidem o 3 závitech (průměr cívky 66 mm), přičemž cívkou protéká vysokofrekvenční proud o velikosti 161 A (vysokofrekvenční zdroj - harmonický signál o frekvenci 3 MHz, 5 kW). Jako příklad charakterizace parametrů elektromagnetického pole uvnitř prostoru solenoidu včetně plazmatu byla z publikace vybrána data pro vodivost plazmatu 100 S/m. Maximální hodnota amplitudy magnetického pole dosahuje pro dané podmínky cca 4.10³ A/m a maximální hodnota amplitudy elektrického pole jen 1.10³ V/m. Autoři nemodelovali elektromagnetické pole vně plazmatu v okolí závitů cívky a pokládají jimi vytvářené plazma za izotermické (tj. teplota neutrálního plynu ve výboji je shodná s teplotou volných elektronů - maximum více než 9000 K).

Oproti tomu v publikaci (/-/. Bahouh, S. Rebiai, D. Rochette, D. Vicher, M. Dudeck: Physica Skripta, T161, Royal Swedish Academy of Science, 2014, 1-4) je uveden model prostorového rozložení elektrického pole u ICP výboje v argonu (10 l/min) za atmosférického tlaku včetně prostoru kolem závitů cívky (vysokofrekvenční zdroj - harmonický signál o frekvenci 64 MHz, 3 kW). Ukazuje se, že za daných podmínek v těsné blízkosti závitů cívky (7 závitů o průměru 40 mm) dosahuje intenzita elektrického pole maxima z celého prostoru ohraničeného cívkou a to stále jen cca 3,5.10² V/m. Maximální koncentrace elektronů v plazmatu zde dosahuje 3,5.10¹⁹ /m³a plazma je izotermické (tj. teplota neutrálního plynu je shodná s teplotou volných elektronů - maximum více než 8000 K).

Z odborné literatury (např. M.A. Lieberman, A.J. Lichtenberg: Principles of Plasma Discharges and Materials Processing, John Willey & Sons, New York, 1994, p. 572, ISBN 0-471-00577-0 nebo P.Chabert, N.Braithwaite: Physics of RadioFrequency Plasmas, Cambridge University Press, 2011, p.385, ISBN 978-0-52176300-4) je pro nízkotlaké výboje znám způsob vytváření plazmatu pomocí antény (různé tvary) umístěné v homogenním magnetickém poli, tzv. helicon discharge, která je napájena z radiofrekvenčního zdroje (harmonický signál o frekvenci 1-50 MHz, výkon 0,5-5 kW). Při tomto typu výboje je ve výbojovém prostoru za nízkého tlaku vybuzena elektromagnetická vlna, která vytváří plazma v tzv. W-módu (ozn. pochází z termínu „wave“ - vlna). Tento W-mód je charakterizován, oproti H-módu, mírně nižší nebo srovnatelnou intenzitou magnetického pole (řádově obvykle 10³ až 1,5.10⁴ A/m), ale při srovnatelné nebo vyšší koncentraci volných elektronů - řádově až 10¹⁹/m³.

Z literatury (např. M.A. Lieberman, A.J. Lichtenberg: Principles of Plasma Discharges and Materials Processing, John Willey & Sons, New York, 1994, 404410, ISBN 0-471-00577-0) je pro nízkotlaké výboje také znám způsob vytváření plazmatu pomocí tzv. šroubovicového rezonátoru (tzv. helical resonator discharge). Šroubovicový rezonátor je tvořen solenoidem, který je obklopen čtvercovým nebo válcovým vodivým stíněním, přičemž jeden konec spirály je spojen se stíněním a druhý konec je ponechán otevřený. Na spodní část cívky (obvykle první závit nad místem spojení s vodivým stíněním) je připojen koaxiální kabel od vysokofrekvenčního zdroje (harmonický signál o frekvenci 3-30 MHz, výkon do 5 kW, výstupní impedance 50 Ω), přičemž místem napojení lze ladit přizpůsobení impedance obvodu. Vzhledem k tomu, že solenoid umístěný v rezonátoru tvoří tzv.

• ·

zpomalující strukturu, výška solenoidu pro čtvrt vinnou rezonanci by měla splňovat rezonanční podmínku pro vlnovou délku zpomalené elektromagnetické vlny na solenoidu. Koncentrace volných elektronů v tomto případě dosahuje obvykle řádově 10¹⁸ /m³. Rozdíl oproti induktivním výbojům je ten, že rozměry solenoidu (solenoid obsahuje větší počet závitů) ve směru šíření elektromagnetické vlny jsou již svou velikostí srovnatelné s velikostí vlnové délky na solenoidu zpomalené elektromagnetické vlny a v okolí solenoidu umístěného v rezonátoru vzniká již dostatečně vysoká hodnota intenzity elektrické složky elektromagnetického pole. Autoři výše uvedené knihy jej řadí již k výbojům buzeným převážně kapacitně. Tento typ výboje je doposud jen velmi zřídka studován a používán.

Šroubovicový rezonátor je také dobře znám z odborné literatury z oblasti filtrů v elektrických obvodech, kde se používají pro harmonický signál od frekvencí desítek MHz do více než 1 GHz a mohou mít různá uspořádání (např. patent CZ 269246 z r.1990 nebo J.Daneš a kol.: Amatérská radiotechnika a elektronika, díl č.4, Naše vojsko, 1989, str. 34-36, ISBN 80-206-0082-5 aj.). Cívka ve tvaru solenoidu zde rovněž působí jako zpomalující struktura šíření elektromagnetické vlny rezonátorem.

Využití cívky tvaru solenoidu jako zpomalující struktury šíření elektromagnetické vlny prostorem je využíváno také i v jiných případech jako např. ve vynálezu CZ 168447 (1977), kde je jí využíváno jako mikrovlnné zpožďovací struktury k efektivnějšímu ohřevu plazmatu vTokamaku (za nízkých tlaků), nebo např. tvoří podstatu funkce zařízení Permaktron (elektronka). Jiné typy zpomalujících struktur jsou známé např. ze zařízení Karcinotron, rovinný a válcový Magnetron aj. V těchto případech zpomalená elektromagnetická vlna neinteraguje s plazmatem, ale s elektronovým svazkem za vakua (elektronky). Teorie ke zpomalujícím strukturám a šíření elektromagnetické vlny kolem těchto struktur ve vlnovodu je uvedena např. v knize autorů V. Tysl a V.Růžička: Teoretické základy mikrovlnné techniky, SNTL Praha 1989, ISBN 80-03-00141-2 nebo l4.B.Jle6edee: TexHUKa u npuQopbi CBR,

1.T0M, MocKea 1970. Zpomalující struktury umožňují zkoncentrovat energii vysokofrekvenční elektromagnetické vlny v objemu prostoru o rozměrech až stovky násobků menších, než je délka vlny ve volném prostoru. Tyto zpomalující struktury jsou běžně vytvářeny pouze v jednom směru šíření elektromagnetické vlny, kterou přetvářejí na tzv. polyharmonickou elektromagnetickou vlnu (tj. elektromagnetickou vlnu s prostorovými harmonickými). Periodicita okrajových podmínek na periodické zpomalující struktuře, vede k deformaci původně harmonického rozložení elektromagnetického pole (obvykle v podélném směru) a tedy ke vzniku prostorových harmonických vln. Pro dílčí postupnou nebo zpětnou prostorově harmonickou vlnu platí, že se zvyšujícím se číslem prostorových harmonických se snižuje fázová rychlost a současně se zkracuje vlnová délka při zachování původní frekvence elektromagnetické vlny. Skupinová (grupová) rychlost elektromagnetické vlny je ve zpomalující struktuře shodná pro všechny dílčí prostorové harmonické. Fázová rychlost dílčích prostorových harmonických může být vůči skupinové (grupové) rychlosti ve směru souhlasném nebo nesouhlasném, v případě nesouhlasného směru se jedná o zpětné elektromagnetické vlny.

V knize autora A. F. Harwey: Microwave Engineering, Royal Radar Establishment, ACADEMIC PRESS LONDON and NEW YORK, 1963 jsou navíc uvedeny příklady a teorie k vícekrátně periodickým zpomalujícím strukturám.

' V publikaci autorů K).H. rfaefibHuxoe, Rty. Ěčdíříč+Íígí, Ř.Á. Ď+Íěuíčgíá: Cá gřííůí gřěíáě ^ůčí ňčiíňíěu,, (Du3UKa eoriHoebix npoyeccoe u paduomexHW-iecKue cucmeMbi, T. 16, Ns 1, 2013, 6267 a K). H. rfaenbHUKoe, A. K). MupouuHU^eHxo, H. A. AKacfrbeea: Hempaduu,uoHHoe npuMeHeHue 3aMedn^K)LU,ux cucmeM, IKypHan paduoafieKmpoHUKU, N° 6, 2013, 9) jsou detailně popsány, jak z hlediska teoretického, tak také praktického použití, různé varianty zpomalujících struktur typu plošných spirál, periodických struktur typu meandr nebo solenoid a jejich vazebná propojení, tzv. vazebně spojené zpomalující struktury (paralelní nebo koaxiální uspořádání, „zrcadlová“ uspořádání, popř. zapojení ve fázi nebo proti fázi), které umožňují dosáhnout výrazně vyššího zpomalení elektromagnetické vlny, než by bylo dosaženo pouze samostatnými oddělenými zpomalujícími strukturami. Zapojení vazebně spojených zpomalujících struktur ve fázi nebo protifázi umožňuje mj. regulaci rozložení intenzit složek E a H elektromagnetického pole v prostoru ohraničeném vazebně spojenými zpomalujícími strukturami a v prostoru vně těchto zpomalujících struktur, kde v jedné části prostoru velmi výrazně převyšuje šíření tzv. E-vln nad tzv. H-vlnami a v druhé části prostoru naopak, podle toho, zda se jedná o zapojení ve fázi nebo protifázi. Výhodou těchto uspořádání, jak uvádějí autoři, je možnost využití zpomalujících struktur kromě mikrovln i v radiofrekvenční oblasti o frekvenci harmonického signálu v řádu desítek MHz, kde zpomalení elektromagnetické vlny je pro některé typy a zapojení vazebně spojených zpomalujících struktur dokonce výraznější (např. pro vazebně spojené plošné spirální • · · cívky nebo solenoidy). Tato skutečnost vyplývá z naměřených disperzních charakteristik dané vazebně spojené zpomalující struktury (anomální disperze, velmi výrazná strmost křivky). U jiných typů vazebně spojených zpomalujících struktur, jako např. pro cívky ve tvaru meandru, může být disperze elektromagnetické vlny na dané struktuře jen velmi nepatrná. Jak autoři uvádějí, výběrem vhodného typu vazebně spojené zpomalující struktury, lze řídit strmost disperzní charakteristiky soustavy a tím dosáhnout efektu podstatně vyššího zpomalení elektromagnetické vlny např. pro nižší frekvence harmonického signálu (od desítek MHz) nebo naopak umožňuje dosáhnout prakticky konstantního zpomalení elektromagnetické vlny pro velmi široké spektrum frekvencí. Vzhledem k tomu, že elektromagnetické vlny ve zpomalujících strukturách jsou lokalizovány do těsné blízkosti povrchu vodičů periodické struktury, nedochází k samovolnému vyzařování elektromagnetických vln. Podle autorů lze zpomalující strukturu přimět k prostorově lokalizovanému vyzařování tím, že se do blízkosti povrchu vodičů zpomalující struktury umístí materiál/prostředí s vyšší permitivitou tak, aby mezi ním a povrchem vodičů zpomalující struktury zůstala malá mezera.

Regulací disperzní charakteristiky včetně přechodu mezi normální a anomální disperzí zpomalující struktury nebo vazebně spojených zpomalujících struktur vhodným geometrickým nebo prostorovým uspořádáním cívek se zabývají v publikaci autoři Enu3apoe A.A. a KapaeaLUKUHa B.H., KoHcmpyKmueHO_mexHono2UHecKue oco6eHHOcmu ycmpoucme Ha 3aMedfmtOLHUx cucmeMax c aHOMajibHOů ducnepcueů, T_Comm, 9, 2013, 77-81.

Výše uvedených efektů zpomalující struktury na relativně nízkých frekvencích harmonického signálu v řádu desítek až stovek MHz se využívá v řadě aplikací zařízení se zpomalující strukturou jako např. při elektromagnetickém ohřevu materiálů (např. patenty A.c. CCCP 1648502 A1 nebo A.c. CCCP 1774526 A1), v medicíně (fyzioterapie aj.), v senzorech a detekčních zařízeních vlastností povrchů a materiálů (vodivost, materiálové poruchy, určování tloušťky dielektrických materiálů aj. - viz např. patenty US006675645B1, US 2007/0088527A1, US006522222B1).

V další publikaci již výše uvedeného autora HJ.H. rhenbHUKoe (ΓeHepau,ua amMoctpepHOU nna3Mbi c noMoiybio 3aMedfiniOiueu cucmeMbi, SJIEKTPOTEXHHKA, Nq10, 2016, 20-26) je popsán návrh plazmové trysky pro práci za atmosférického tlaku, kde plazma by bylo generováno zpomalující strukturou ve • · · formě solenoidu (jedná se o model, nikoliv funkční zařízení). Plazmová tryska je tvořena válcovým rezonátorem, v jehož ose je umístěna tvarovaná dielektrická tyč, na níž je navinuta zpomalující struktura solenoidu (uvedena rovněž možná varianta s vazebně spojeným dvojitým solenoidem s navzájem opačně orientovaným vinutím). V prostoru mezi závity solenoidu a vodivým pláštěm vnitřní strany válcového rezonátoru protéká pracovní plyn. Zpomalující struktura solenoidu je na jedné straně připojena ke koaxiálnímu kabelu přívodu vysokofrekvenční energie a na druhém konci je otevřená, přičemž celou svou délkou je uvnitř válcového rezonátoru. Výboj má vznikat v prostoru mezi závity zpomalující struktury solenoidu a pláštěm stínění válcového rezonátoru. Vnitřní strana pláště válcového rezonátoru může být pokryta dielektrikem pro stabilnější hoření plazmatu. V publikaci je uveden konkrétní příklad geometrického uspořádání plazmové trysky a parametrů zpomalující struktury solenoidu (délka zpomalující struktury 100 mm, průměr vinutí solenoidu 8 mm, krok

- vinutí 5mm, tj. 20 závitů, vnitřní průměr válcového rezonátoru 10 mrn atd.../), přičemž autor pro tyto hodnoty udává zpomalení elektromagnetické vlny 18-krát a maximální vhodnou frekvenci harmonického signálu vysokofrekvenčního elektromagnetického pole, která je pro danou soustavu 150 MHz nebo nižší (jako příklad uvedeno 27 MHz). Dále je uveden příklad výhodného řešení pro tuto geometrickou konfiguraci s využitím čtvrt vinné rezonance zpomalující struktury vůči zpomalené elektromagnetické vlně, kde rezonanční frekvence budícího harmonického signálu vysokofrekvenčního elektromagnetického pole je pro daný případ 42 MHz. Výše uvedený návrh řešení plazmové trysky se zpomalující strukturou má však několik zásadních nedostatků.

V prvé řadě, všechny prováděné výpočty a konstrukční model zpomalující struktury ve válcovém rezonátoru tvořícím plazmovou trysku byly vytvořeny pouze pro stav před zapálením plazmatu a pouze pro harmonický signál z vysokofrekvenčního zdroje. Stav po zapálení plazmatu, kdy se výrazně mění parametry prostředí (μ, ε, σ), impedance obvodu jako celku a současně i funkce a vlastnosti té části závitů zpomalující struktury solenoidu, které se stávají elektrodami a jsou v přímém doteku s plazmatem (tj. prostředím charakterizovaným různou vodivostí v různých částech výbojového prostoru podle hodnoty lokální koncentrace nosičů náboje, dále odlišnou permitivitou a permeabilitou od původního prostoru, svou vlastní indukčností a kapacitou, nelineárním chováním apod.) není brán do úvahy a to ani z hlediska impedančního přizpůsobení přenosu vysokofrekvenční • · · • · · ·

energie do plazmatu (tj. minimální velikosti odraženého výkonu zpět do vysokofrekvenčního zdroje), ani z hlediska vlastní funkce zpomalující struktury nebo z pohledu šíření elektromagnetických vln v rezonátoru z části vyplněného plazmatem (tj. prostorového rozložení okamžitých hodnot intenzit E a H elektromagnetického pole v daném prostoru). Omezení pouze na harmonický signál z vysokofrekvenčního zdroje neumožňuje dosáhnout všech možností regulace prostorového rozložení složek intenzit E a H elektromagnetického pole v prostoru zpomalující struktury.

Dalším nedostatkem v publikaci navrženého řešení konstrukce plazmové trysky je skutečnost, že zařízení neobsahuje žádný regulační prvek impedančního přizpůsobení trasy vedení od vysokofrekvenčního generátoru do plazmatu pro dosažení minimální velikosti odraženého výkonu zpět do vysokofrekvenčního zdroje a to ani na plazmové trysce, ani ve vlastní trase vedení před plazmovou tryskou, neboť impedance plazmatu za atmosférického tlaku je výrazně odlišná;od impedance výstupu vysokofrekvenčního zdroje (standard 50 Ω). Možnost regulace impedančního přizpůsobení (minimalizace velikosti odraženého výkonu zpět do vysokofrekvenčního zdroje) je rovněž potřebná pro různé podmínky hoření výboje v plazmové trysce, volbu pracovního plynu nebo příměsí a také pro plazmové úpravy povrchu různých materiálů (kov vs. dielektrikum), které mohou výrazně ovlivnit hodnotu impedance výboje, příp. celého elektrického obvodu. Navržené řešení v uvedené publikaci nezohledňuje tento požadavek, který je důležitý z praktického pohledu aplikace zařízení.

V publikaci navržené řešení plazmové trysky se zpomalující strukturou využívá k hoření plazmatu pouze výbojový prostor mezi vnějším povrchem kovových závitů zpomalující struktury a vnitřní kovovou stěnou válcového rezonátoru (který může být i s dielektrikem). S touto skutečností jsou spojeny další dva podstatné nedostatky. Za prvé, výboj hořící v úzkém prostoru mezi kovovými závity na vysokém napětí a kovovou stěnou uzemněného pláště stínění válcového rezonátoru (tj. spojeného se vztažným referenčním elektrickým potenciálem), vytváří převážně jen příčné elektromagnetické pole vzhledem ke směru proudění pracovního plynu, což bude mít za důsledek vznik intenzivního výboje pouze v tomto prostoru a nikoliv vně ústí plazmové trysky, jak by bylo žádoucí pro požadované aplikace zařízení pro účinné povrchové úpravy. Za druhé, při přímém dotyku plazmatu s materiálem elektrod, vzniká nebezpečí kontaminace složení plazmatu příměsí atomů použitého kovu (u • * vysokofrekvenčních výbojů za atmosférického tlaku obvykle vzniká na vysokonapěťové kovové elektrodě katodová ploška s velmi vysokou intenzitou elektrického pole u povrchu kovu způsobující výrazný ohřev kovového materiálu elektrody a částečnou kontaminaci plazmatu atomy kovu - pro navržený tenký vodič závitů zpomalující struktury solenoidu tento efekt bude ještě více zvýrazněn).

Další nevýhodou je skutečnost, že se jedná pouze o lokální plazmový zdroj (průměr trysky cca 10 mm), kterým nelze upravovat větší plochy materiálu, což je požadavek pro průmyslové aplikace rovněž velmi žádoucí.

Exaktní teorií interakce elektromagnetické vlny s různou fázovou rychlostí (tj. její šíření, útlum/absopce nebo zesílení) s bezsrážkovým plazmatem a její odezvy v oscilacích plazmatu se zabývá např. l/I.B.TuMO(peee: KonneKmueHbie aeneHun e nna3Me, fleKLiuu, HoeocuóupcKuů socydapcmeeHHbiu yHueepcumem, 2014, V běžně dostupné literatuře však nejsou uváděna podobná teoretická řešení pro srážkové ptazma (tjr např. pro výboje za atmosférického tlaku). . ,

Kapacitně buzené výboje (tj. výboje vytvářené při vysoké intenzitě elektrického pole s minoritní velikostí intenzity magnetického pole) a induktivně buzené výboje (tj. výboje vytvářené při vysoké intenzitě magnetického pole s minoritní velikostí intenzity elektrického pole) mají, za jinak podobných pracovních podmínek a geometrie výbojového prostoru, odlišné vlastnosti dané způsobem vytváření výboje - zvláště rozložení energií jednotlivých komponent plazmatu a koncentrace volných nosičů náboje v plazmatu - a tedy i odlišné praktické využití.

Oba způsoby vytváření plazmatu využívají pro harmonický signál o frekvencích 3-300 MHz obvykle shodné schéma uspořádání trasy vedení vysokofrekvenční elektromagnetické energie z vysokofrekvenčního zdroje do komory s plazmatem. Vysokofrekvenční zdroje komerční výroby mají standardizován výstup do 50 Ω. Plazma však má obvykle velmi výrazně jinou impedanci (některé typy vysokofrekvenčních výbojů za atmosférického tlaku mají impedanci řádově až 10³10⁴ Ω). Z tohoto důvodu, pro impedanční přizpůsobení celé trasy vedení mezi vysokofrekvenčním zdrojem a plazmatem (tj. pro dosažení minimální velikosti odraženého výkonu zpět do vysokofrekvenčního zdroje), je zapotřebí do této trasy vedení vřadit impedanční přizpůsobovací člen (tj. prvek pro dosažení minimální velikosti odraženého výkonu zpět do vysokofrekvenčního zdroje). Tento impedanční přizpůsobovací člen je tvořen laditelným rezonančním obvodem o různém

uspořádání dle potřeby transformace na impedanci konkrétního vysokofrekvenčního výboje a typu buzení plazmatu. Tento impedanční přizpůsobovací člen je vždy externí vzhledem k výbojovému prostoru, kde je vytvářeno plazma, a tedy nepodílí se svými prvky rezonančního obvodu přímo na generování plazmatu. Rovněž v daných případech (až na výjimku vytváření plazmatu pomocí tzv. šroubovicového rezonátoru za nízkých tlaků) se vždy jedná o obvody se soustředěnými parametry. Pouze ve výjimečných případech je součástí těchto obvodů se soustředěnými parametry prvek s parametry rozprostřenými, obvykle se jedná pouze o vedení např. koaxiální kabel odpovídající délky, tj. prvek nepodílející se na generování plazmatu, ale pouze přivádějící vysokofrekvenční elektromagnetickou energii od vysokofrekvenčního zdroje k impedančnímu přizpůsobovacímu členu, někdy také z jeho výstupu k elektrodám. Zcela jiná situace může nastat u mikrovlnných typů výbojů (300 MHz 300 GHz), kde trasa vedení, např. vlnovod, je vedením s rozprostřenými parametry a může se přímo tohoto vedení použít jako prvku k vytváření bezelektrodového mikrovlnného plazmatu (obvykle za nízkých tlaků).

V přihlášce vynálezu PV 2012-935 je popsán způsob vytváření plazmatu za atmosférického tlaku ve štěrbinové trysce, při kterém se na proud pracovního plynu protékajícího štěrbinovou tryskou působí vysokofrekvenčním elektromagnetickým polem (tj. o frekvenci harmonického signálu 3-300 MHz) vytvářeným a tvarovaným nejméně jednou vysokonapěťovou vysokofrekvenční elektrodou dielektricky oddělenou od dutiny štěrbiny a nejméně jednou uzemněnou elektrodou (tj. elektricky a vysokofrekvenčně připojenou ke vztažné elektrodě referenčního elektrického potenciálu). Štěrbinová plazmová tryska vytváří vysokofrekvenční výboj za atmosférického tlaku uvnitř štěrbiny, kterou protéká atomární plyn argon buď čistý, nebo obohacený alespoň jednou přídavnou látkou (plyn, aerosol, prachové částice, sypké látky), a to při různé geometrii dutiny trysky. Samotný princip inicializace a následného generování výboje uvnitř štěrbinové trysky je založen na využití zpětnovazebného chování plazmatu po vzniku primárního výboje, čehož se dosáhne předionizací prostředí na ústí štěrbinové trysky vysokonapěťovým zapalovačem výboje krátkodobě vytvářejícím jiskry nebo oblouk. Za přispění statistického rozložení prostorového elektrického náboje a elektromagnetického pole vytvářeného mezi nejméně jednou vysokonapěťovou a jednou uzemněnou elektrodou (tj. elektricky a vysokofrekvenčně připojenou ke vztažné elektrodě referenčního elektrického • · · potenciálu) se v dutém prostoru štěrbiny rozšíří primární lokální výboj z místa svého vzniku do celé délky štěrbiny a to v závislosti na dodávaném výkonu a dalších podmínkách. Výboj takto vytvořený v celé délce štěrbiny je pak následně ze štěrbiny do vnějšího prostředí unášen proudem argonu. Výboj vně štěrbiny je ještě krátce (na dráze cca 10-15 mm) aktivně generován (váže se na charakteristickou elektrickou kapacitu okolí) a dále postupně dohasíná. Vysokofrekvenční plazma je v tomto případě plazmové trysky standardním příkladem kapacitně buzených výbojů (tj. výbojů vytvářených při vysoké intenzitě elektrického pole s minoritní velikostí intenzity magnetického pole). V příkladech uvedených v patentové přihlášce bylo plazma generováno na frekvenci harmonického signálu 13,56 MHz. V tomto konkrétním případě impedanční přizpůsobovací člen (tj. prvek pro dosažení minimální velikosti odraženého výkonu zpět do vysokofrekvenčního zdroje), ke kterému jsou připojeny obě elektrody, je tvořen π- článkem s laditelnou kapacitou na vstupu, pevnou kapacitou na výstupu a laditelnou indukčností. K vysokonapěťovému výstupu cívky je páskovým vedením připojena vysokonapěťová vysokofrekvenční elektroda plazmové trysky. Druhá, uzemněná elektroda (tj. elektricky a vysokofrekvenčně připojená k vztažnému referenčnímu elektrickému potenciálu) plazmové trysky je připojena na uzemněnou kostru stínění (tj. ke vztažnému referenčnímu elektrickému potenciálu) impedančního přizpůsobovacího členu. Tento impedanční přizpůsobovací člen je vždy externí vzhledem k výbojovému prostoru, kde je vytvářeno plazma, a tedy nepodílí se svými dílčími prvky (tj. cívkami a kondenzátory) přímo na generování plazmatu (nejsou elektrodami).

V odborné literatuře z hlediska diagnostiky a/nebo modelování elektromagnetického pole, v případě plazmových trysek za atmosférického tlaku nebo ICP výbojů, lze jen obtížně nalézt komplexní přístup při vytváření souhrnného modelu elektromagnetického pole z hlediska současného prostorového rozložení elektrické a magnetické složky elektromagnetického pole a hustoty toku činného výkonu z RF generátoru nebo impedančního přizpůsobovacího členu přes systém budících elektrod, resp. budící cívky, do plazmatu. Pouze sporadicky lze nalézt publikace, kde je vytvořen model prostorového rozložení měrné hustoty toku činného výkonu, ale pouze v plazmatu (např. K. Niemi and M. Krámer: Helicon mode formation and rádio frequency power deposition in a helicon-produced plasma, PHYSICS OF PLASMAS 15, 073503, 2008). Určitou výjimku tvoří již dříve

zmiňovaná publikace (K. Gadonna, O. Leroy, P. Leprincel, L. L. Alves, C. BoisseLaporte: Study of Gas Heating by a Microwave Plasma Torch, Joumal of Modem Physics, 2012, 3, 1603-1615) popisující mikrovlnný typ jednopólového výboje (harmonický signál o frekvenci 2,45 GHz) za atmosférického tlaku a vytvoření jeho elektromagnetického modelu, kde je sice již zahrnuta do modelu prostorového rozložení měrné hustoty toku činného výkonu i budící elektroda a její okolí (část plazmové trysky), ale nikoliv samotný rezonanční obvod. Doposud není známo, že by hustota toku činného výkonu nebo dokonce okamžitá hodnota hustoty toku výkonu směřující do různých částí plazmatu byla v plazmové trysce cíleně prostorově regulována za účelem dosažení požadovaných fyzikálních a chemických procesů v plazmatu.

Cílem vynálezu je zlepšit známé řešení, zejména z hlediska možnosti opracování větších ploch substrátu jediným kompaktním zařízením menších rozměrů, které je schopné zajistit vysokou účinnost a plošnou homogenitu plazmatu a současně vytvořit možnost cílené lokální regulace požadovaných fyzikálních a chemických procesů v plazmatu uvnitř a/nebo vně plazmové trysky vedoucí ke vzniku nebo modifikaci látek v pevném, kapalném nebo plynném stavu.

Dalším cílem vynálezu je odstranění dosavadních nedostatků současných způsobů vytváření plazmatu v plazmových tryskách z hlediska principiálního ohraničení jednotlivých typů výbojů při přenosu a regulaci toku činného výkonu z vysokofrekvenčního zdroje harmonického signálu 3-300 MHz do plazmatu, za stavu impedančního přizpůsobení (minimální velikosti odraženého výkonu zpět do vysokofrekvenčního zdroje), jak u kapacitně buzených výbojů (tj. výbojů vytvářených při vysoké intenzitě elektrického pole s minoritní velikostí intenzity magnetického pole), tak i u induktivně buzených výbojů (tj. výbojů vytvářených při vysoké intenzitě magnetického pole s minoritní velikostí intenzity elektrického pole), daných existencí vždy minoritních hodnot u druhé ze složek intenzit vysokofrekvenčního elektromagnetického pole a nemožností cílené lokální regulace hustoty toku činného výkonu do plazmatu a s tím spojené dosažení požadovaných fyzikálních a chemických procesů v plazmatu uvnitř a/nebo vně plazmové trysky.

» · *.

* » t ··« • · « * · · ’ · • · · ·· • · · · · T *· • ·· »·« » ·····«· ·

Podstata vynálezu

Cíle vynálezu je dosaženo a výše uvedené nedostatky jsou odstraněny způsobem regulace intenzit E a H elektromagnetického pole a přenosu a regulace toku činného výkonu z nejméně jednoho vysokofrekvenčního zdroje a/nebo směšovače periodického signálu 3-300 MHz do plazmatu, za stavu minimální velikosti odraženého výkonu zpět do vysokofrekvenčního zdroje, nejméně jedné plazmové trysky protékané pracovním médiem, kde se měrná hustota toku činného výkonu přeměňuje/spotřebovává na požadované fyzikální a chemické procesy a reakce, přičemž dochází v plazmatu uvnitř a/nebo vně plazmové trysky ke vzniku nebo modifikaci látek v pevném, kapalném nebo plynném stavu, jehož podstata spočívá v tom, že přenos vysokofrekvenční elektromagnetické energie je vytvářen a regulován prostřednictvím prostorově uspořádané soustavy rezonančního obvodu s rozprostřenými parametry za přítomnosti plazmatu, jejíž tvarovací prostor nebo jeho část se nachází uvnitř prostoru geometricky vymezeného úplnou soustavou rezonančního obvodu s rozprostřenými parametry, přičemž přenos vysokofrekvenční elektromagnetické energie je rovněž regulován prostřednictvím prvku regulace prostorového rozložení elektromagnetického pole, kdy jejich regulací se docílí stavu minimální velikosti odraženého výkonu zpět do vysokofrekvenčního zdroje a také formování rozložení složek elektromagnetického pole popsané elektrickými a magnetickými intenzitami E a H a toku hustoty činného výkonu v každé části objemu plazmatu.

Pro vykonání nutné práce na udržení a/nebo změny parametrů plazmatu a probíhajících procesů v plazmatu je výhodné, je-li přenos vysokofrekvenční elektromagnetické energie vytvářen a regulován prostřednictvím prostorově uspořádané soustavy rezonančního obvodu s rozprostřenými parametry za přítomnosti plazmatu a dále regulován prostřednictvím prvku regulace prostorového rozložení elektromagnetického pole, kdy jejich regulací se docílí minimální velikosti odraženého výkonu zpět do vysokofrekvenčního zdroje a také formování rozložení složek elektromagnetického pole popsané elektrickými a magnetickými intenzitami E a H a z toho vyplývající tok hustoty činného výkonu v každé části objemu plazmatu.

Pro efektivnější přenos vysokofrekvenční elektromagnetické energie do plazmatu a docílení zvýšení prostorového rozlišení formování rozložení složek elektromagnetického pole popsané elektrickými a magnetickými intenzitami E a H a z

A ·	9 ··	r
• ·	• · · ·	• ·
• · *	• ·
• ·· · ·	• · ·* • »
·· ·	··· ····	··

toho vyplývající regulace toku hustoty činného výkonu v každé části objemu plazmatu je výhodné, když se prostřednictvím nejméně jedné zpomalující struktury elektromagnetických vln, reguluje doba interakce vysokofrekvenční elektromagnetických vln s plazmatem. Toho je dosaženo prostorovou zpomalující strukturou, jež vytváří v různých místech tvarovacího prostoru proměnné zpomalení elektromagnetických vln, pro docílení regulace přenosu činného výkonu v každé části plazmatu. Čím vyššího zpomalení fázové rychlosti elektromagnetické vlny bude dosaženo, tím se vytvoří větší koncentrace vysokofrekvenční energie v tvarovacím prostoru nebo jeho části vymezeného zpomalující strukturou a v jejím blízkém okolí.

Dalšího zvýraznění regulačních účinků zpomalující struktury a koncentrace vysokofrekvenční energie v prostoru vymezeném zpomalující strukturou a jeho blízkém okolí lze s výhodou dosáhnout použitím periodického neharmonického signálu o frekvenci 3-300 MHz z vysokofrekvenčního zdroje nebo smíšeného harmonického signálu ze směšovače signálu ve frekvenčním pásmu 3-300 MHz, jehož pomocí a současně pomocí pevně dané nebo proměnné disperzní charakteristiky zpomalující struktury lze dosáhnout výraznějšího prostorového efektu zpomalující struktury při regulaci a formování složek elektromagnetického pole popsané elektrickými a magnetickými intenzitami E a H, než při použití pouze harmonického signálu z vysokofrekvenčního zdroje, a z toho rovněž vyplývající prostorově přesnější regulaci toku hustoty činného výkonu v každé části objemu plazmatu.

Tohoto účinku lze dosáhnout souběžně dvojím způsobem:

a) regulací změn fázové a grupové rychlosti jednotlivých harmonických periodického signálu v celé šíři jeho frekvenčního spektra

b) vznikem systému polyharmonických elektromagnetických vln, kdy na periodické zpomalující struktuře pro jednotlivé harmonické periodického signálu v celé šíři jeho frekvenčního spektra se vytvoří základní a vyšší prostorové harmonické.

Pro regulaci proměnné disperzní charakteristiky zpomalující struktury se použije nejméně jeden prvek regulace prostorového rozložení elektromagnetického pole. Disperzní charakteristika může být normální (pokles fázové rychlosti s rostoucí frekvencí - grupová rychlost bude vždy nižší než fázová rychlost) nebo anomální (růst fázové rychlosti s rostoucí frekvencí - grupová rychlost bude vždy vyšší než fázová rychlost), přičemž lze mezi oběma typy disperzních charakteristik přecházet prvky regulace prostorového rozložení elektromagnetického pole. Prvky regulace prostorového rozložení elektromagnetického pole lze regulovat i průběh disperzní charakteristiky a její strmost. Čím strmější bude disperzní charakteristika zpomalující struktury, tím výraznější budou rozdíly ve fázových a grupových rychlostech mezi jednotlivými harmonickými periodického signálu v celé šíři jeho frekvenčního spektra. Obdobně lze uvažovat procesy pro případ systému polyharmonických elektromagnetických vln, kdy na periodické zpomalující struktuře pro jednotlivé harmonické periodického signálu v celé šíři jeho frekvenčního spektra se vytvoří základní a vyšší prostorové harmonické. Uvedenými procesy na zpomalující struktuře se vytvoří větší koncentrace vysokofrekvenční energie v prostoru vymezeném zpomalující strukturou a jeho blízkém okolí.

U výše popsaných procesů je nutné si uvědomit, kdy hovoříme o zpomalení fázové rychlosti původní elektromagnetické vlny. To platí pouze pro elektromagnetickou vlnu jedné frekvence. Oproti tomu např. pro periodický neharmonický signál získáváme celou šíři jeho frekvenčního spektra (tj. rozvojem do nekonečné řady), které se na disperzní zpomalující struktuře zpomalují proměnným způsobem (tj. různě) a následně se skládají, tedy není možné následně hovořit o fázové rychlosti původní vlny, ale jen o fázových rychlostech jednotlivých harmonických. Navíc, prosté lineární skládání vln (superpozice), předpokládá lineární prostředí. V případě nelineárního prostředí (např. pro prvky regulace prostorového rozložení elektromagnetického pole s magnetickými materiály), již nelze aplikovat prosté lineární skládání jednotlivých dílčích elektromagnetických vln a tedy výsledné elektromagnetické pole popsané elektrickými a magnetickými intenzitami E a H bude mít složitější průběh. Obdobně lze uvažovat i pro případ systému polyharmonických elektromagnetických vln.

Z tohoto důvodu lze obecně, pro periodický signál, očekávat rozdílné fázové rychlosti harmonických složek periodického signálu v celé šíři jeho frekvenčního spektra a vznik rozdílných fázových rychlostí dílčích prostorových harmonických systému polyharmonických elektromagnetických vln, a tím vytvoření podmínek nelineárního prostředí, popř. fyzikálních nestabilit v prostředí, jež vedou ke vzniku lokálních (distribuovaných) rezonančních oblastí v prostoru uspořádané soustavy rezonančního obvodu s rozprostřenými parametry za přítomnosti plazmatu.

Pro účely patentové přihlášky termín systém lokálních/distribuovaných rezonančních oblastí obsahuje zobecněné rezonanční jevy - a to na základě elektromagnetické rezonance frekvenční (mezi elektrickými prvky nebo částmi prvků rezonančního obvodu s rozprostřenými parametry včetně plazmatu), a elektromagnetické rezonance parametrické (jevy vznikající na periodické zpomalující struktuře) a dále obsahuje jevy založené na elektromagnetické vazbě způsobující intenzívní interakci mezi dílčí zpomalenou elektromagnetickou vlnou a pohybujícími se volnými elektrony v plazmatu, které mají rychlost blízkou fázové rychlosti dílčí zpomalené elektromagnetické vlny.

Systém lokálních/distribuovaných rezonančních oblastí prostorově uspořádané soustavy rezonančního obvodu s rozprostřenými parametry za přítomnosti plazmatu lze použít pro dosažení prostorové regulace a zvýšení toku hustoty činného výkonu vstupujícího do nejméně jedné části plazmatu a/nebo vytvářeného v nejméně jedné části objemu plazmatu. Systém lokálních/distribuovaných rezonančních oblastí vzniká na prvcích nebo jejich částech soustavy rezonančního obvodu s rozprostřenými parametry a v objemu plazmatu při vytvoření podmínek rozdílných fázových rychlostí jednotlivých harmonických periodického signálu v celé šíři jeho frekvenčního spektra (frekvenční rezonance) a/nebo rozdílných fázových rychlostí prostorových harmonických vzniklých na prostorové periodické zpomalovací struktuře pro jednotlivé harmonické periodického signálu v celé šíři jeho frekvenčního spektra (parametrická rezonance).

Systém lokálních/distribuovaných rezonančních oblastí je také možné s výhodou použít pro dosažení regulace průběhu a/nebo změn procesů a reakcí v plazmatu tím, že v lokálních a/nebo prostorově distribuovaných oblastech plazmatu změní vlastní oscilace plazmatu.

Oscilace v plazmatu (elektromagnetického pole a volných nosičů náboje, které toto elektromagnetické pole vytváří) jsou určeny tenzorem dielektrické konstanty plazmatu a z ní vyplývajících disperzních relací. Pro zjednodušený případ plazmatu (izotropní, bez vnějšího magnetického pole, chladné) mohou existovat dva základní typy oscilací dané odlišnými disperzními relacemi - jedné z nich odpovídají elektromagnetické vlny polarizované v kolmém směru jejich šíření (tzv. elektromagnetické vlastní oscilace plazmatu) a druhé disperzní relaci odpovídají vlny potenciálních elektrických oscilací, ve kterých elektrické pole má směr podél vlnového vektoru a nevzniká magnetické pole (oscilace mají charakter stojatého vlnění). V druhém případě může být plazma charakterizováno tzv. plazmovou frekvencí odpovídající potenciálovým vlastním oscilacím plazmatu, která je charakterizována přímou úměrou ke druhé odmocnině koncentrace volných elektronů v plazmatu.

Protože reálně vytvářené výbojové plazma, např. v plazmové trysce, však není izotropní a vyskytují se v něm oblasti s různou koncentrací volných elektronů (např. kontinuální změna jejich koncentrace ve stěnové vrstvě v blízkosti povrchu pevných materiálů až téměř na nulovou hodnotu nebo výrazné změny jejich koncentrace v prostoru plazmatu při tzv. kanálkovém režimu hoření výboje aj.), lze, vhodně zvolenou frekvencí vnějšího elektromagnetického pole a/nebo vhodně zvolenou fázovou rychlostí elektromagnetických vln, případně kombinací obou procesů, dosáhnout přenosu energie mezi vnějším elektromagnetickým polem a oscilacemi volných elektronů v plazmatu. Toho může být dosaženo např. dostatečně intenzívní vazbou elektrického pole mezi dílčí zpomalenou elektromagnetickou vlnou a pohybujícími se volnými elektrony v plazmatu, které mají rychlost blízkou fázové rychlosti a stejný směr šíření. V daném případě tyto „rezonanční elektrony“ budou po dostatečně dlouhou dobu pod vlivem elektrického pole dílčí zpomalené elektromagnetické vlny a tím může dojít k efektivní výměně energie. Zesílení vlastních oscilací plazmatu (nebo zesílení vnější elektromagnetické vlny) bude dosaženo, pokud fázová rychlost dílčí zpomalené elektromagnetické vlny bude mírně nižší, než rychlost „rezonančních elektronů“, které předávají část své kinetické energie elektromagnetické vlně. A naopak, pro urychlení „rezonančních elektronů“ je zapotřebí, aby měly nepatrně nižší rychlost, než je fázová rychlost dílčí zpomalené elektromagnetické vlny. V daném případě dochází k útlumu vlastních oscilací plazmatu (nebo útlumu vnější elektromagnetické vlny). Je nutné podotknout, že výsledný průběh procesů přenosu energie mezi „rezonančními elektrony“ a elektromagnetickou vlnou, a jejich efektivita, závisí od rozdílu sumárního množství „rezonančních elektronů“ s větší nebo menší rychlostí (v dané lokální části plazmatu), než je fázová rychlost dílčí zpomalené elektromagnetické vlny.

Cíle vynálezu je taktéž dosaženo způsobem vytváření plazmatu za atmosférického tlaku v nejméně jedné plazmové trysce tvořené dutým tělesem obecné geometrie, protékané pracovním médiem a připojené k nejméně jednomu

vysokofrekvenčnímu zdroji a/nebo směšovači periodického signálu 3-300 MHz, jehož podstata spočívá vtom, že před zapálením plazmatu se pomocí prostorově uspořádané soustavy rezonančního obvodu s rozprostřenými parametry a prvkem regulace prostorového rozložení elektromagnetického pole a hustoty toku činného výkonu ve tvarovacím prostoru vytváří prostorové rozložení elektromagnetického pole určené intenzitami elektrického pole E a magnetického pole H, kdy alespoň v jedné části nejméně jednoho výbojového prostoru dochází při nízké hustotě toku činného výkonu k vytvoření lokální vysoké hustoty energie elektromagnetického pole, jež má za důsledek zapálení plazmatu v nejméně jednom výbojovém prostoru protékaném pracovním médiem a následnou změnu prostorového rozložení elektromagnetického pole jak ve tvarovacím prostoru, tak v nejméně jednom výbojovém prostoru při maximální hustotě toku činného výkonu směřujícího do plazmatu při minimální velikosti odraženého výkonu zpět do vysokofrekvenčního zdroje, načež působením prvku regulace prostorového rozložení elektromagnetického pole a/nebo zpomalující struktury elektromagnetických vln se reguluje plazma v každé části jeho objemu a to uvnitř i vně plazmové trysky, čímž se docílí žádaný průběh a regulace fyzikálních a chemických procesů a reakcí a parametrů plazmatu.

Pro snadnější zapálení plazmatu v nejméně jednom výbojovém prostoru je možné s výhodou použít vyšší zpomalení fázové a grupové rychlosti periodického signálu v celé šíři jeho frekvenčního spektra na prostorové zpomalující struktuře s pevnou nebo s proměnnou disperzní charakteristikou, čímž se vytvoří zesílené lokální zvýšení hustoty energie elektromagnetického pole v tvarovacím prostoru, jež má za důsledek zapálení plazmatu v nejméně jednom výbojovém prostoru protékaném pracovním médiem.

Pro reakce v plazmatu je výhodné, když do pracovního média a/nebo do lokální části proudu vysokofrekvenčního plazmatu se uvnitř a/nebo vně nejméně jednoho výbojového prostoru vnáší alespoň jedna přídavná látka, v podobě látky plynné nebo aerosolu nebo prachu nebo jemných sypkých částic nebo pevného materiálu.

Pro snadnou ionizaci plynu v plazmatu, pro získání jeho vyšší vodivosti a nižší teploty neutrálního plynu (vyšší neizotermičnosti plazmatu) je výhodné, protéká-li výbojovým prostorem atomární plyn nebo atomární plyn s přídavnou látkou.

Cíle je taktéž dosaženo zařízením k provádění způsobu, jehož podstata spočívá v tom, že rezonanční obvod s rozprostřenými parametry zahrnuje nejméně jednu zpomalující strukturu elektromagnetické vlny a nejméně jednu rezonanční strukturu/soustavu a rezonátor, jež je tvořen krytem stínění prostoru (x) geometricky vymezeného soustavou rezonančního obvodu, přičemž dále zahrnuje nejméně jeden tvarovací prostor uvniitř prostoru (x), přičemž tvarovací prostor celý nebo svou částí prostoru zasahuje do nejméně jednoho výbojového prostoru protékaného pracovním médiem, a dále zahrnuje plazma, přičemž rezonanční obvod je opatřen alespoň jedním prvkem regulace prostorového rozložení elektromagnetického pole a hustoty toku činného výkonu, který je uspořádán na nejméně jedné plazmové trysce.

Výhodné konstrukční řešení zařízení k provádění způsobu podle výše uvedeného odstavce je dále založeno na tom, že zpomalující struktura elektromagnetické vlny se nachází uvnitř rezonátoru a je tvořena cívkou nebo systémem cívek a/nebo regulačními prvky, přičemž mohou být zpomalující struktura a rezonanční struktura sobě identické. Pro další zvýraznění regulačních účinků zpomalující struktury je výhodné, když prostorová zpomalující struktura obsahuje soustavu nejméně dvou zpomalujících struktur, které budou vazebně spojené do paralelního nebo koaxiální uspořádání nebo do „zrcadlového“ uspořádání při zapojení ve fázi nebo proti fázi, čímž umožní dosáhnout výrazně vyššího zpomalení elektromagnetické vlny, než by bylo dosaženo pouze samostatnými oddělenými zpomalujícími strukturami.

Pro přesně lokalizovanou a efektivní regulaci procesů v plazmatu a jeho účinků na úpravy materiálů je výhodné, když tvarovací prostor zasahuje svou částí do prostoru vně plazmové trysky, do míst, kde působí plazma na úpravy materiálů.

Rovněž z obdobných důvodů je výhodné, když tvarovací prostor zasahuje svou částí do prostoru s přídavnými zařízeními, čímž může být regulováno dávkování přídavných látek do pracovního média a/nebo do plazmatu a jejich následné reakce v plazmatu.

Cíle je taktéž dosaženo výhodným konstrukčním řešením zařízení k vytváření plazmatu za atmosférického tlaku v nejméně jedné plazmové trysce tvořené dutým tělesem, které je založeno na tom, že rezonanční obvod s rozprostřenými parametry pro dosažení minimální velikosti odraženého výkonu zpět do vysokofrekvenčního

• · · • * zdroje je umístěn na dutém tělese plazmové trysky a je tvořen soustavou zahrnující rezonanční strukturu identickou zpomalovací struktuře elektromagnetické vlny, které jsou tvořeny rezonanční cívkou nebo systémem cívek o laditelné indukčnosti Li ve vzájemné indukční vazbě Mi, s vlastní laditelnou mezizávitovou kapacitou Cmi, laditelnou kapacitou svodu Csi a ztrátovým odporem Ri, dále dvojicí vysokonapěťové vysokofrekvenční elektrody a nízkonapěťové vysokofrekvenční elektrody, přičemž alespoň jedna část vinutí, závitu/poloviny závitu vinutí nebo odbočky z vinutí rezonanční cívky tvoří vysokonapěťovou vysokofrekvenční elektrodu a/nebo nízkonapěťovou vysokofrekvenční elektrodu oddělené od výbojového prostoru dielektrickou stěnou, dále zahrnující rezonátor tvořený krytem stínění spojený do jednoho bodu s referenčním elektrickým potenciálem („zem“) plazmové trysky a dále sestava zahrnuje prvek regulace prostorového rozložení elektromagnetického pole v prostoru (x), tvarovací prostor a vlastní plazma charakterizované vlastní indukčnosti Lpi, elektrickou kapacitou Cpi a ztrátovým odporem Rpi. Navržené řešení má výhodu vtom, že výrazně zjednodušuje konstrukční řešení plazmové trysky a zmenšuje celkové rozměry i hmotnost zařízení tím, že ke generování plazmatu využívá přímo prvky rezonančního obvodu pro dosažení minimální velikosti odraženého výkonu zpět do vysokofrekvenčního zdroje a není tedy zapotřebí samostatný externí přizpůsobovací prvek pro omezení odraženého výkonu zpět do vysokofrekvenčního zdroje a k němu připojená oddělená plazmová tryska.

Rezonanční cívka podle předchozího odstavce je prostorovou cívkou nebo planární cívkou nebo jejich kombinací nebo je tvořena vícero cívkami o alespoň jednom závitu vinutí, které jsou řazeny sériově nebo paralelně nebo v sériové a paralelní kombinaci a vykazují společnou indukční vazbu Mi. Závity vinutí rezonanční cívky jsou pevné nebo flexibilní, tvořené pásem nebo pleteným lankem nebo je tvoři vodivá vrstva nanesená na dielektrický nosič, přičemž závity jsou orientovány vůči výbojovému prostoru naplocho nebo nakolmo nebo se dají natáčet.

Velmi důležitou roli pro dosažení cíle má prostorové uspořádání elektrod generujících plazma a způsob jejich zapojení v elektrickém obvodu. Výhodné řešení uspořádání elektrod vychází z toho, že nejméně jedna elektroda z nejméně jedné dvojice vysokonapěťové vysokofrekvenční elektrody a nízkonapěťové vysokofrekvenční elektrody je tvořena alespoň jednou částí vinutí, závitu nebo

poloviny závitu vinutí nebo odbočky z vinutí rezonanční cívky a je součástí její vysokonapěťové části, přičemž obecně je vysokonapěťová vysokofrekvenční elektroda na vyšším a nízkonapěťová vysokofrekvenční elektroda je na nižším potenciálu nebo mají potenciál stejný a jsou rozmístěny v blízkosti dielektrické stěny výbojového prostoru a mají orientaci vodiče naplocho nebo nakolmo nebo pod úhlem vůči výbojovému prostoru, přičemž mohou být uspořádány pouze z jedné strany výbojového prostoru a to za sebou paralelně nebo pod úhlem vzhledem ke směru proudění pracovního plynu výbojovým prostorem nebo mohou být libovolně uspořádány naproti sobě přes výbojový prostor nebo v obou kombinacích. Navržené řešení má výhodu v tom, že zjednodušuje konstrukční řešení plazmové trysky tím, že ke generování plazmatu využívá přímo závity nebo jejich části rezonanční cívky (resp. zpomalující struktury) a není nutné použití speciálně vkládaných samostatných elektrod. Hlavní výhodou je však skutečnost, že navržené řešení umožňuje spojit tvarování elektromagnetického pole vtvarovacím a výbojovém prostoru současně s generováním plazmatu.

Jedno z konkrétních řešení geometrického uspořádání elektrod podle předchozího odstavce představuje použití pouze jedné dvojice vysokonapěťové vysokofrekvenční elektrody a nízkonapěťové vysokofrekvenční elektrody, které jsou na stejném elektrickém potenciálu a současně jsou uspořádány přes výbojový prostor. V daném případě musí být tato dvojice elektrod oproti sobě navzájem posunuta ve směru proudění pracovního plynu výbojovým prostorem, aby byla splněna podmínka jejich vhodného prostorové uspořádání pro zajištění směru šíření/tvarování plazmatu při jeho vzniku a udržení jeho stability při jeho trvalém hoření a pohybu (tj. dynamice proudění).

Jiné z konkrétních speciálních případů řešení geometrického uspořádání elektrod je založeno na tom, že nejméně jedna dvojice vysokonapěťové vysokofrekvenční elektrody a nízkonapěťové vysokofrekvenční elektrody je tvořena nejméně dvěma po sobě jdoucími závity, nebo polovinami závitů, nebo jejich částmi, jež tvoří vinutí rezonanční cívky, a/nebo je tvořena dvěma různými částmi systému vinutí rezonanční cívky s výrazně odlišným elektrickým potenciálem. Výhoda navrženého řešení je vtom, že po sobě jdoucí závity vinutí rezonanční cívky mají odlišný elektrický potenciál a tím poskytují vhodné prostorové uspořádání elektrod pro zajištění směru šíření/tvarování plazmatu při jeho vzniku a udržení jeho stability • · při jeho trvalém hoření a pohybu (dynamice proudění). Současně umožňují zpomalení elektromagnetické vlny v tvarovacím a výbojovém prostoru pro docílení regulace přenosu činného výkonu v každé části plazmatu a tím z efektivnit procesy v plazmatu (např. zvýšení absorpce vysokofrekvenční elektromagnetické energie v jednotce objemu, zvýšení koncentrace nabitých částic v jednotce objemu, dosažení vyšší kinetické energie/teploty volných elektronů mající za důsledek zvýraznění neizotermičnosti plazmatu aj.). Při použití nejméně dvou různých částí systému vinutí rezonanční cívky s výrazně odlišným elektrickým potenciálem je dosahováno ještě vyšší stability plazmatu a současně lze pro dosažení regulace elektromagnetického pole v tvarovacím a výbojovém prostoru (a tedy následně procesů v plazmatu) využít rovněž fázového posuvu u jednotlivých fyzikálních veličin charakterizujících elektromagnetické pole a jevy v prostředí, který vzniká v důsledku časového zpoždění šířící se elektromagnetické vlny mezi vzdálenými částmi závitů systému vinutí rezonanční cívky.— ^_

Další z konkrétních speciálních případů řešení geometrického uspořádání elektrod je založeno na tom, že nízkonapěťová vysokofrekvenční elektroda je uzemněná (tj. elektricky a vysokofrekvenčně připojena ke vztažné elektrodě referenčního elektrického potenciálu) a je tvořena pevným nebo flexibilním vodičem nebo vodiči orientovaných pod úhlem vůči výbojovému prostoru nebo je nízkonapěťová vysokofrekvenční elektroda tvořena nejméně jedním kruhovým vodičem nebo je tvořena alespoň jedním dílcem uzemněného krytu (spojeného se vztažným elektrickým potenciálem) stínění plazmové trysky, přičemž dílec krytu stínění má pevnou nebo proměnnou vzdálenost a/nebo sklon vůči výbojovému prostoru. Tato řešení jsou blíže ke klasickému známému chápání generování plazmatu mezi vysokofrekvenční vysokonapěťovou elektrodou a uzemněnou (připojenou ke vztažnému elektrickému potenciálu), nicméně v tomto elektrodou případě je souvislost pouze zdánlivá, neboť se jedná o generování plazmatu pomocí systému celého rezonančního obvodu umístěného na plazmové trysce.

Jiný konkrétní speciální případ řešení geometrického uspořádání elektrod je založen na tom, že vysokonapěťová vysokofrekvenční elektroda nebo nízkonapěťová vysokofrekvenční elektroda jsou uloženy-uspořádány celé nebo alespoň svou částí uvnitř výbojového prostoru a jsou v kontaktu s plazmatem. Výhodou tohoto řešení je možnost rozprašování materiálu elektrod v kontaktu s plazmatem za účelem • · · depozice kovových nanovrstev na povrchu materiálů nebo ve spojení s cílem získat speciální produkty plazmochemických procesů.

Přenos vysokofrekvenční elektromagnetické energie je rovněž regulován prostřednictvím prvku regulace prostorového rozložení elektromagnetického pole, kdy jejich regulací se docílí stavu minimální velikosti odraženého výkonu zpět do vysokofrekvenčního zdroje a také formování rozložení složek elektromagnetického pole popsané elektrickými a magnetickými intenzitami E a H a toku hustoty činného výkonu v každé části objemu plazmatu. Tento prvek regulace prostorového rozložení elektromagnetického pole v prostoru (x) může být s výhodou tvořen vlastním pevným nastavením prostorové geometrie a uspořádáním závitů nebo částí závitů vinutí rezonanční cívky vůči nejméně jednomu tvarovacímu prostoru a výbojovému prostoru. Způsob pevného nastavení určuje následné parametry elektromagnetického pole a parametry plazmatu a je tedy nejjednodušším typem regulačního prvku.

Pro případ, kdy se požaduje regulovat geometrii rezonanční cívky nebo geometrii nejméně jednoho jejího závitu vinutí a/nebo poloviny závitu vinutí nebo jejich částí a tím dosáhnout regulace elektromagnetického pole a parametrů plazmatu, je prvek regulace prostorového rozložení elektromagnetického pole v prostoru (x) tvořen nejméně jedním prvkem (f) pro naklápění nebo natáčení všech nebo vybraného počtu vodičů tvořících jednotlivé závity vinutí a/nebo poloviny závitu vinutí nebo jejich částí a/nebo prvkem (f) pro jednosměrně nebo obousměrně prohýbání všech nebo vybraného počtu vodičů tvořících jednotlivé závity vinutí a/nebo poloviny zavitu vinutí nebo jejich částí a/nebo prvkem (f) pro změnu vzdálenosti mezi vodiči všech nebo vybraného počtu jednotlivých závitů vinutí a/nebo poloviny závitu vinutí nebo jejich částí. Pro změnu vzájemné induktivní a kapacitní vazby na plazma je prvek regulace prostorového rozložení elektromagnetického pole v prostoru (x) tvořen nejméně jedním prvkem (k) regulace vzdálenosti mezi alespoň jedním závitem vinutí rezonanční cívky a/nebo poloviny závitu vinutí rezonanční cívky nebo částí rezonanční cívky a nejméně jedním výbojovým prostorem.

Další možné výhodné provedení prvku regulace prostorového rozložení elektromagnetického pole v prostoru (x) a jeho funkce je založeno na tom, že je tvořen nejméně jedním prvkem (g) regulace vzájemné indukční vazby mezi cívkami tvořícími rezonanční cívku, přičemž zahrnuje dva odlišné prvky (ga) a (gb), které jsou • · ·

na sobě závislé nebo nezávislé, přičemž prvek (ga) určuje vzájemnou polohu cívek, zatímco prvek (gb) je tvořen magnetickým obvodem společným elektrickým cívkám tvořícími rezonanční cívku, jehož jednotlivé části a/nebo magnetický obvod jako celek mění svou prostorovou polohu vůči těmto cívkám.

Prvek (g) regulace vzájemné indukční vazby může být dále tvořen nejméně jednou částí rezonanční cívky, která je zasouvatelná a/nebo se natáčí závity vinutí do nejméně jednoho z prostorů (xa, xb, xc), přičemž alespoň jeden závit a/nebo polovina závitu a/nebo jejich část je povrchově upravena nejméně jednou vrstvou materiálu o odlišné permeabilitě, než má vinutí rezonanční cívky a/nebo o odlišné permitivitě, než-li má prostředí prostorů (xa, xb, xc).

Prvek regulace prostorového rozložení elektromagnetického pole v prostoru (x) může být také tvořen alespoň jednou částí dílce krytu stínění nebo celým krytem, které jsou suvně uspořádány vůči závitům vinutí, polovině závitů vinutí nebo jen částí rezonanční cívky a/nebo od nejméně jedné vysokonapěťové vysokofrekvenční elektrody, nízkonapěťové vysokofrekvenční elektrody a/nebo od výbojového prostoru. Prvek regulace prostorového rozložení elektromagnetického pole v prostoru (x) může dále být rovněž vložen nebo zasouván nebo natáčen v prostoru (xa) mezi závity vinutí rezonanční cívky a uzemněný kryt stínění (spojený se vztažným elektrickým potenciálem), nebo v prostoru (xb) vymezeném závity vinutí rezonanční cívky, nebo v prostoru (xc) mezi alespoň jednu dvojici sousedících závitů nebo poloviny závitů nebo jejich částí vinutí rezonanční cívky, přičemž prvek regulace vykazuje periodický nebo aperiodický tvar podle matematických funkcí nebo je formován podle geometrického uspořádání rezonanční cívky nebo ostatních prvků rezonančního obvodu s rozprostřenými parametry.

Prvek regulace prostorového rozložení elektromagnetického pole v prostoru (x) může být také tvořen kovem nebo systémem zahrnujícím vrstvy nebo prostorově ohraničené části vrstev kovu a/nebo materiálu o vysoké permeabilitě a/nebo vysoké permitivitě nebo prvek tvoří materiál o vysoké permitivitě a/nebo permeabilitě, nebo je tvořen tenkou vrstvou materiálu nebo jen materiálem o vysoké permitivitě a/nebo permeabilitě o různé tloušťce měnící se dle libovolné matematické funkce, nebo je tvořen tenkou vrstvou materiálu nebo jen materiálem o prostorově různé hodnotě permitivity a/nebo permeability, které se mohou měnit na ploše nebo v objemu prvku obecně dle libovolné matematické funkce.

Prvek regulace prostorového rozložení elektromagnetického pole v prostoru (x) může rovněž obsahovat kovový materiál o rozdílném elektrickém potenciálu vůči jednotlivým prvkům rezonančního obvodu s rozprostřenými parametry. Potom prostorové umístění prvku regulace uvnitř prostoru (x) umožňuje měnit prostorového rozložení elektromagnetického pole ve tvarovacím i výbojovém prostoru.

Pro regulaci vířivých proudů na povrchu krytu stínění připojeného ke vztažnému elektrickému potenciálu a/nebo na povrchu kovových částí prvků regulace prostorového rozložení elektromagnetického pole prvek regulace prostorového rozložení elektromagnetického pole v prostoru (x) zahrnuje nejméně jeden další prvek (h), přičemž prvek (h) je tvořen otvory a/nebo štěrbinami a/nebo drážkami nebo výstupky geometrie a prostorového rozložení, podle libovolné matematické funkce, přičemž prvek (h) je proměnné geometrie a proměnného prostorového rozložení. Dále s výhodou prvek (h) zahrnuje nejméně jeden prvek (ha) a/nebo (hb), přičemž prvek (ha) je tvořen nebo obsahuje alespoň jeden materiál/vrstvu s odlišnou permeabilitou a prvek (hb) je tvořen vodivým povlakem s odlišnou vodivostí vůči prvku regulace. Regulace vířivých proudů zpětně reguluje prostorové rozložení elektromagnetického pole ve tvarovacím a výbojovém prostoru a následně ovlivňuje procesy v plazmatu (např. kinetickou energii volných elektronů a následně s nimi spojené srážkové procesy v plazmatu, koncentraci volných nosičů náboje v jednotce objemu, velikost absorpce vysokofrekvenční elektromagnetické energie v jednotce objemu aj.).

Dále prvek regulace prostorového rozložení elektromagnetického pole, v prostoru (x) může být zpomalující strukturou elektromagnetické vlny a to ve smyslu, kdy je použit materiál o vysoké permitivitě a/nebo permeabilitě nebo ve smyslu prostorové periodické vodivé struktury jako např. rezonanční cívky, krytu stínění (stěn rezonátoru) apod. Ze samotné podstaty principu zpomalující struktury je zřejmé, že zpomalující struktura reguluje prostorového rozložení elektromagnetického pole v prostoru (x).

Pro ruční nebo robotizované použití plazmové trysky může být s výhodou k alespoň jedné plazmové trysce přiřazena rukojeť nebo odpovídající mechanický prvek určený k mechanickému připojení komory a nosného prvku robotického mechanizmu.

Řešení podle tohoto vynálezu umožňuje docílit v plazmatu požadované fyzikální a chemické procesy a reakce a prostorově je regulovat, čímž je docíleno jejich efektivnějšího průběhu a následně i efektivnějších účinků plazmatu při syntéze nebo modifikaci látek v pevném, kapalném nebo plynném stavu. Zvýšená efektivita účinků plazmatu, např. na povrch materiálů, je využitelná zvláště při povrchových úpravách v průmyslu před nanášením povlaků nebo při jejich modifikaci. Zvýšená možnost prostorové regulace procesů v plazmatu a jejich „prostorová přesnost“ se zobrazí do kvality plazmochemických depozic různých typů nanomateriálů a tenkých funkčních vrstev. Zvýšená možnost prostorové regulace procesů v plazmatu spojená s regulací hustoty toku činného výkonu do nastavitelného objemu potřebné lokální části plazmatu se zobrazí do nových možností syntéz chemických sloučenin nebo nanočástic a nanomateriálů apod. a také do vyšší efektivity (fyzikálních, chemických) procesů na povrchu plazmatem upravovaných materiálů.

Vynález rovněž umožňuje docílit snadného vytváření plazmatu v plazmové trysce za atmosférického tlaku a dosáhnout vtvarovacím prostoru a výbojovém prostoru současné vysoké intenzity elektrického E i magnetického pole H, srovnatelné s hodnotami, jež vytváří dosavadní plazmová zařízení pouze pro jednu ze složek elektromagnetického pole. Tato výhoda se zobrazí do změn vlastností plazmatu (koncentrace nabitých částic, rozložení teplot jednotlivých komponent plazmatu apod.) a možnosti jejich snadné regulace v širších rozmezích, než je tomu obvyklé u známých plazmových zařízení. Plazma vytvářené plazmovou tryskou podle vynálezu je výrazně neizotermické.

Objasnění výkresů

Stav techniky a vynález bude objasněn pomocí výkresů, kde obr. 1 znázorňuje náhradní schéma reálné cívky pro obvody se soustředěnými parametry, obr. 2 znázorňuje rezonanční cívku v provedení jako prostorovou cívku včetně elektrod, obr. 3 znázorňuje rezonanční cívku v provedení jako prostorovou kombinaci planárních cívek včetně elektrod, obr. 4 znázorňuje rezonanční cívku v provedení jako kombinace prostorové a planární cívky včetně elektrod, obr. 5a znázorňuje příklad nejjednoduššího prostorového uspořádání rezonanční cívky, kdy všechny závity vinutí jsou elektrodami, obr. 5b znázorňuje příklad prostorového uspořádání rezonanční cívky a elektrod, kdy závity vinutí jsou elektrodami pouze ve spodní vysokonapěťové části geometrie cívky, obr. 5c znázorňuje pohled v řezu tělem ·· · ·· · · ·· · ... · ·· ··· .···· · ··...

• · ·...

... . ....... ··· ·’ plazmové trysky jako příklad možného prostorového uspořádání prvků rezonančního obvodu s rozprostřenými parametry, kde je použita rezonanční cívka z obr. 5b, obr. 6 znázorňuje pohled v řezu tělem plazmové trysky jako příklad možného prostorového uspořádání prvků rezonančního obvodu s rozprostřenými parametry, kde je použita rezonanční cívka v provedení z obr. 2 a na obr. 7 je znázorněno příkladné uspořádání plazmových trysek uvnitř rezonátoru spolu s prostorovým uspořádáním prvků rezonančního obvodu s rozprostřenými parametry a prvků regulace prostorového rozložení elektromagnetického pole a přídavných zařízení pro dávkování přídavných látek.

Příklady uskutečnění vynálezu

Vynález bude blíže popsán na principech a několika příkladech zařízení pro realizaci způsobu regulace intenzit E a H elektromagnetického pole a přenosu a regulace toku činného výkonu z vysokofrekvenčního zdroje periodického signálu 3300 MHz do plazmatu, za stavu minimální velikosti odraženého výkonu zpět do vysokofrekvenčního zdroje nejméně jedné plazmové trysky 1, tvořené dutým tělesem 24 obecné geometrie a protékané pracovním médiem, a rovněž způsobu vytváření plazmatu za atmosférického tlaku v nejméně jedné plazmové trysce 1 tvořené dutým tělesem 24 obecné geometrie, protékané pracovním médiem a připojené k vysokofrekvenčnímu zdroji periodického signálu 3-300 MHz.

Princip a podstata vynálezu jsou založeny na konkrétní aplikaci rovnice výkonové rovnováhy elektromagnetického pole (někdy označovaná jako Poyntingova věta) za využití procesů v rezonančním obvodu 15 s rozprostřenými parametry a procesů v plazmatu 10 plazmové trysky 1_, jež jsou nedílnou, prostorovou součástí tohoto rezonančního obvodu 15.

Hustota energie (okamžitá i střední) v magnetickém a elektrickém poli je určena pouze intenzitami E elektrického a H magnetického pole a materiálovými parametry ε permitivity a μ permeability (obecně tenzorové veličiny). Okamžitá hustota toku výkonu je dána Poyntingovým vektorem ( Π = Ε χ H ). Hustota toku činného výkonu je reálná část komplexního Poyntingova vektoru (tj. časově střední hodnota hustoty toku výkonu na jednotku plochy). Do rezonančního obvodu 15 s rozprostřenými parametry na plazmové trysce 1 se přenáší, za stavu minimální

velikosti odraženého výkonu zpět do vysokofrekvenčního zdroje, z vysokofrekvenčního zdroje tok činného výkonu. Plazma 10 je prostředí s volně se pohybujícími náboji, které reagují na elektromagnetické pole a sami jej vytvářejí. V plazmatu 10 dochází, převážně prostřednictvím nabitých částic a jejich dalším interakcím, k distribuci a spotřebovávání (absorpci) činného výkonu přenášeného elektromagnetickým polem. To vede k udržení a/nebo ke změně parametrů plazmatu

10. Činné ztráty samozřejmě vznikají rovněž v materiálu jednotlivých konstrukčních komponent plazmové trysky 1 a rezonančního obvodu 1 s rozprostřenými parametry.

Složky intenzit E elektrického a H magnetického pole a z nich vyplývající okamžitou hustotu toku výkonu Π v každém místě prostoru, resp. hustotu toku činného výkonu, lze cíleně regulovat nebo směrovat pomocí různých „nehomogenit prostředí“ charakterizovaných permitivitou ε, permeabilitou μ a vodivostí σ (obecně tenzorové veličiny). Toho je dosahováno použitím materiálů o různých parametrech a geometrii a jejich prostorovým uspořádáním v prostoru (x) geometricky vymezeného soustavou rezonančního obvodu 15 s rozprostřenými parametry.

Pokud rezonanční obvod 15 s rozprostřenými parametry obsahuje nejméně jednu tzv. zpomalující strukturu 19, dochází ke snížení fázové rychlosti šíření vysokofrekvenčních elektromagnetických vln ve vybraném směru prostoru. To umožňuje zkoncentrovat energii vysokofrekvenčních elektromagnetických vln v objemu prostoru o rozměrech až stovky násobků menších, než je délka vlny ve volném prostoru. Současně tím může být prodloužena doba interakce vysokofrekvenčních elektromagnetických vln s plazmatem 10, pokud se plazma 10 nachází v prostoru vymezeném zpomalující strukturou 19, což ve spojení se zkoncentrováním vysokofrekvenční energie v malém objemu tvarovacího prostoru vede k efektivnějšímu přenosu vysokofrekvenční elektromagnetické energie do plazmatu 10, přičemž se současně docílí podstatného zvýšení prostorového rozlišení regulace formování složek elektromagnetického pole popsané elektrickými a magnetickými intenzitami E a H a z toho vyplývající regulace toku hustoty činného výkonu v každé části objemu plazmatu 10.

Zpomalující struktura 19 může být tvořena buď to materiálem s vysokou permitivitou a/nebo vysokou permeabilitou, anebo prostorově periodickou zpomalující strukturou 19, anebo jejich kombinací.

·· · · · · · · « · · · · * ·· · · · · · • · · • · · · 4······ 4Pokud se jedná o materiál s vysokou permitivitou a/nebo vysokou permeabilitou, zpomalení vysokofrekvenční elektromagnetické vlny je dáno pouze materiálovými parametry ea μ prostředí a je nepřímo úměrné hodnotě ^ε_Γμ_Γ.

Pokud se jedná o prostorově periodickou zpomalující strukturu 19, vytváří se v rezonátoru pro harmonický signál z vysokofrekvenčního zdroje tzv. polyharmonická elektromagnetická vlna (tj. elektromagnetická vlna s prostorovými harmonickými). Byť teorie zpomalujících struktur 19 a šíření elektromagnetické vlny s prostorovými harmonickými v rezonátoru s periodickou strukturou byla vytvořena pro mikrovlny (300 MHz - 300 GHz), kde je funkční pouze pro takové hodnoty frekvence (závisí od konkrétní geometrie zpomalujících struktur 19 a rezonátoru), při nichž se elektromagnetická vlna šíří v těsné blízkosti povrchu zpomalujících struktur 19 (tzv. povrchová vlna) a nikoliv převážně prostorem rezonátoru, je přenositelná i pro vysokofrekvenční pásmo 3-300 MHz. Následně tedy v těchto případech platí pro dílčí postupnou nebo zpětnou prostorově harmonickou vlnu, že se zvyšujícím se číslem prostorových harmonických se snižuje fázová rychlost a současně se zkracuje vlnová délka při zachování původní frekvence elektromagnetické vlny. Snížení fázové rychlosti dílčí prostorově harmonické vlny může dosahovat pro některé varianty uspořádání prvků rezonančního obvodu 15 s rozprostřenými parametry až např. řádově 10²-10³ nebo výše u základní prostorové harmonické (u vyšších harmonických násobně výše) a tedy odpovídající zkrácení vlnové délky rovněž řádově až 10²-10³ nebo více (pro běžně používanou průmyslovou frekvenci 13,56 MHz, které odpovídá vlnová délka cca 22 m, by to odpovídajícím způsobem znamenalo zkrácení vlnové délky pod 220-22 mm). Snížení fázové rychlosti elektromagnetické vlny je závislé na prostorové geometrii konkrétní zpomalovací struktury 19 a odvíjí se rovněž od rozměrů vlastní plazmové trysky 1. Jako příklad lze uvést velmi zjednodušený případ, kdy zpomalující struktura 19, umístěná v prostoru vyplněným vzduchem, má např. jednoduchý tvar solenoidu (nebo zploštělého solenoidu) s konstantním stoupáním závitů (konstantním krokem vzdálenosti závitů), kde lze orientačně provést odhad snížení fázové rychlosti elektromagnetické vlny jako

Vf = c/n = c. d/l kde Vf je fázová rychlost šířící se elektromagnetické vlny ve směru osy solenoidu (pro základní prostorovou harmonickou vlnu), c je rychlost šíření elektromagnetické vlny ve vakuu (tj. rychlost šíření elektromagnetické vlny podél závitů solenoidu), n je koeficient zpomalení, dje vzdálenost závitů, / je délka vodiče jednoho závitu.

V případě periodického signálu z vysokofrekvenčního zdroje, který není harmonický (např. periodický signál ve tvaru obdélníku nebo jiných tvarů), lze na základě Fourierovy transformace provést rozklad periodického signálu na základní a vyšší harmonické. V tom případě pro každou odpovídající frekvenci základní a vyšší harmonické probíhají identické procesy na zpomalující struktuře, jako v případě přímého harmonického signálu z vysokofrekvenčního zdroje o dané frekvenci. Na jedné straně vzroste složitost výsledného působení zpomalující struktury (uplatní se zde rovněž disperzní charakteristika zpomalující struktury), na straně druhé bude dosaženo násobně výraznějšího prostorového efektu zpomalující struktury při regulaci a formování složek elektromagnetického pole popsané elektrickými a magnetickými intenzitami E a H, než při použití pouze harmonického signálu z vysokofrekvenčního zdroje, a z toho vyplývající také prostorově přesnější regulace toku hustoty činného výkonu v každé části objemu plazmatu 10, neboť při současném rozložení celkového výkonu u periodického signálu v celé šíři jeho frekvenčního spektra proběhne jeho distribuce do jim odpovídajících polyharmonických elektromagnetických vln, které následně interagují s volnými nosiči náboje v plazmatu 10 a tím předávají potřebný činný výkon pro průběh a/nebo změny procesů a reakcí v každé části plazmatu 10.

Podle tohoto vynálezu se řeší způsob regulace intenzit E a H elektromagnetického pole a přenosu a regulace toku činného výkonu z nejméně jednoho vysokofrekvenčního zdroje nebo směšovače periodického signálu 3-300 MHz do plazmatu 10 plazmové trysky 1 za stavu minimální velikosti odraženého výkonu zpět do vysokofrekvenčního zdroje tím, že rezonanční obvod 15 s rozprostřenými parametry je přímo umístěn na dutém tělese 24 plazmové trysky 1 a je tvořen velmi variabilní soustavou prvků obsahující různým způsobem uspořádanou reálnou cívku nebo systém cívek 13, systém variabilních vysokonapěťových vysokofrekvečních elektrod 7 a nízkonapěťových vysokofrekvečních elektrod 8, přičemž alespoň jedna část vinutí, závitu/poloviny

A · ··· ·* ·· · ·· · · ·· * C · * · ····· t ♦ · J* * · ·· ♦ ·* • · *· · · ··« · ·*· ···· <*· ·· závitu vinutí nebo odbočky z vinutí rezonanční cívky 13 je nejméně jednou z vysokonapěťové vysokofrekveční elektrody 7 a nízkonapěťové vysokofrekveční elektrody 8, dále obsahující kryt stínění 6 spojený do jednoho bodu s referenčním potenciálem („zem“) plazmové trysky 1 a nejméně jeden prvek 18 regulace prostorového rozložení elektromagnetického pole v prostoru (x), v tvarovacím prostoru 16 nebo ve výbojovém prostoru 17 a v případě stavu hoření plazmatu 10 obsahující také vlastní plazma 10. Rezonanční obvod 15 s rozprostřenými parametry dále zahrnuje všechny další procesy spojené s elektromagnetickými jevy v látkách různých skupenství jako např. s vířivými proudy ve vodivých částech soustavy a plazmatu 10, polarizací v dielektrických materiálech nebo magnetizací ve fero-/ferimagnetických materiálech použitých na konstrukci jednotlivých konstrukčních prvků plazmové trysky nebo jednotlivých prvků soustavy rezonančního obvodu 15 s rozprostřenými parametry apod. Z tohoto důvodu prostorová změna libovolného z prvků variabilní soustavy rezonančního obvodu 15 s rozprostřenými parametry s sebou nese prostorovou změnu intenzity elektrického pole E a intenzity magnetického pole H a/nebo změnu měrné hustoty toku činného výkonu v lokální oblasti nebo v celém objemu nejméně jednoho tvarovacího prostoru 16 včetně plazmatu 10 a jeho bezprostředního okolí. Pokud je tato změna cílená, jedná se o regulaci.

Vynález rovněž řeší způsob vytváření plazmatu 10 za atmosférického tlaku v nejméně jedné plazmové trysce 1 tvořené dutým tělesem 24 obecné geometrie, protékané pracovním médiem a připojené k nejméně jednomu vysokofrekvenčnímu zdroji nebo směšovači periodického signálu 3-300 MHz tím, že aplikuje výše uvedený rezonanční obvod 15 s rozprostřenými parametry nejen na regulaci parametrů plazmatu, ale také na jeho aktivní vytváření.

Na obr. 1 je znázorněno náhradní schéma reálné cívky pro obvody se soustředěnými parametry. V obvodech s rozprostřenými parametry toto schéma reprezentuje pouze přiblížení pro určitou malou část závitu vodiče cívky, přičemž celek je následně dán sumou všech těchto částí (pokud cívka neobsahuje nelineární prvky/materiály, kde princip superpozice již neplatí). Vzhledem ktomu, že některé použité prvky 18 regulace prostorového rozložení elektromagnetického pole obsahují nelineární prvky (např. fero-/feri- magnetické materiály), nebude zde u některých v úvahu připadajících případech platit princip superpozice. Z těchto důvodů ve výkresech nejsou zakresleny náhradní schémata jednotlivých uspořádání elektrických obvodů, ale popis variací řešení podle tohoto vynálezu je uváděn na příkladech možných konstrukčních variant a vzájemného uspořádání jednotlivých konstrukčních prvků. V těchto případech obvodu s rozprostřenými parametry a s nelineárními prvky je zapotřebí obvody řešit pouze numerickým výpočtem na základě Maxwellových rovnic. Přesto bylo nutné, pro účely snadnějšího popisu řešení podle tohoto vynálezu, v některých případech použít odborné termíny z oblasti obvodů se soustředěnými parametry pro přiblížení popisu prvků soustavy rezonančního obvodu 15 rozprostřenými parametry (např. formulace vlastní indukčnosti Li rezonanční cívky 13 vč. svodové Csi nebo mezizávitové Cmi kapacity apod.).

Na následujících příkladech je uvedena variabilita rezonanční cívky 13 nebo systému cívek 13. Jak je patrné z obr. 2 nebo obr. 5, lze jako rezonanční cívku 13 použít prostorovou cívku. Je možné také použít planární cívku viz. obr. 3, která může vytvářet v dalších vzájemných kombinacích prostorovou strukturu. Jako planární cívka může být rovněž použita spirální struktura cívky nebo meandrická struktura cívky (není zobrazeno). Také lze použít rezonanční cívku 13, která bude kombinací obou výše zmiňovaných provedení rezonančních cívek 13, jak je patrné z obr. 4. Nebo lze rezonanční cívku 13 vytvořit pomocí vícero cívek o alespoň jednom závitu vinutí viz. obr. 2 a obr. 3, které jsou řazeny sériově a mají společnou indukční vazbu. Takový systém rezonačních cívek 13 však v některých kombinacích může být řazen i paralelně nebo v sériové a paralelní kombinaci (tj. paralelní nebo koaxiální uspořádání, „zrcadlová“ uspořádání, popř. zapojení ve fázi nebo protifázi apod.). Tím může být dosaženo vzájemně vazebně propojených rezonančních, resp. zpomalujících struktur, která umožňují dosáhnout výrazně vyššího zpomalení elektromagnetické vlny a také přesnější regulace rozložení intenzit složek E a H elektromagnetického pole ve tvarovacím prostoru 16. Závity vinutí rezonanční cívky 13 jsou pevné nebo jsou tvořeny flexibilním vodičem tvaru pásku nebo pleteného vodivého lana obecného tvaru, jež jsou orientovány vůči výbojovému prostoru 17 naplocho nebo nakolmo, jak je patrné z obr. 5b,c nebo se dají natáčet do libovolné polohy, jak je zobrazeno na obr. 7 nebo jsou vytvořeny jako vodivá vrstva obecné geometrie na dielektrickém nosiči obecného tvaru.

• · ·

Varianty uspořádání systému vinutí obsahující vysokonapěťovou vysokofrekvenční elektrodu 7 a nízkonapěťovou vysokofrekvenční elektrodu 8 jsou uvedeny na následujících příkladech.

Jedno z příkladných provedení systému vinutí, jak je zobrazeno např. na obr. 7, obsahuje nejméně jednu elektrodu, zahrnující nejméně jednu dvojici vysokonapěťové vysokofrekvenční elektrody 7 a nízkonapěťové vysokofrekvenční elektrody 8, přičemž tyto elektrody jsou tvořeny alespoň jednou částí vinutí, závitu nebo poloviny závitu vinutí nebo odbočky z vinutí rezonanční cívky 13 a je součástí její vysokonapěťové části, přičemž obecně je vysokonapěťová vysokofrekvenční elektroda 7 na na vyšším potenciálu a nízkonapěťová vysokofrekvenční elektroda 8 je na nižším potenciálu nebo tyto elektrody mají potenciál stejný a jsou rozmístěny v blízkosti dielektrické desky 9 výbojového prostoru 17 tak, že mají orientaci vodiče naplocho nebo nakolmo nebo pod úhlem od 0° do 90° vůči výbojovému prostoru 17. Vysokonapěťová vysokofrekvenční elektroda 7 a nízkonapěťová vysokofrekvenční elektroda 8 mohou být také uspořádány pouze z jedné strany výbojového prostoru 17 a to za sebou paralelně nebo pod-úhlem od 0° do 90° vzhledem ke směru proudění pracovního plynu výbojovým prostorem 17. Vysokonapěťová vysokofrekvenční elektroda 7 a nízkonapěťová vysokofrekvenční elektroda 8 mohou být také libovolně uspořádány naproti sobě přes výbojový prostor 17 nebo v obou výše uvedených kombinacích. Je rovněž možné použití pouze jedné elektrody, již tvoří dvojice vysokonapěťové vysokofrekvenční elektrody a nízkonapěťové vysokofrekvenční elektrody 8, které by byly na stejném potenciálu a současně by zasahovaly přes výbojový prostor 17- Za těchto podmínek jsou tyto elektrody 7 a 8 oproti sobě navzájem posunuty ve směru proudění pracovního plynu výbojovým prostorem 17 tak, aby byla splněna podmínka jejich vhodného prostorové uspořádání pro zajištění směru šíření/tvarování plazmatu 10 při jeho vzniku a udržení jeho stability při jeho trvalém hoření a pohybu (dynamice proudění). Z tohoto důvodu není možné použít např. pouze jeden kruhový závit, jehož poloviny závitu vinutí by byly přímo naproti sobě přes výbojový prostor 17.

Další z příkladých provedení systému vinutí obsahuje nejméně jednu elektrodu, jež zahrnuje nejméně jednu dvojici vysokonapěťové vysokofrekvenční elektrody 7 a nízkonapěťové vysokofrekvenční elektrody 8, přičemž tuto dvojicí elektrod mohou tvořit nejméně dva po sobě jdoucí závity rezonanční cívky 13 nebo poloviny závitů rezonanční cívky 13 nebo části vinutí rezonanční cívky 13, jak je zobrazeno např. na obr. 5b.

Dále může být elektroda systému vinutí tvořena dvěma různými částmi systému vinutí rezonanční cívky 13 s výrazně odlišným potenciálem, jak je zobrazeno na obr. 2, nebo např. pokračováním konců rezonanční cívky 13 nebo odbočky ze závitů rezonanční cívky 13, kde tyto konce mohou tvořit vodiče přímé nebo vodiče do kruhu uzavřené.

Další výhodnou variantou systému vinutí je uspořádání, kdy nízkonapěťová vysokofrekvenční elektroda 8 na nižším potenciálu je připojená ke vztažnému elektrickému potenciálu („zem“)) a má tvar pevného nebo flexibilního vodiče nebo je provedena jako systém-svazek vodičů orientovaných pod úhlem od 0° do 90° vzhledem ke směru proudění pracovního plynu výbojovým prostorem 17 nebo vůči samotnému výbojovému prostoru 17. Také může být nízkonapěťová vysokofrekvenční elektroda 8 tvarována do uzavřeného kruhu v provedení nejméně jedním vodičem nebo je tvořena alespoň jedním dílcem části krytu 6 stínění spojeného se vztažným elektrickým potenciálem („zem“) plazmové trysky 1, který je uchycen napevno nebo může měnit svou vzdálenost a/nebo sklon od výbojového prostoru 17, jak je zobrazeno na obr. 5c.

Pro případ aplikace procesu rozprašování materiálu elektrody v plazmatu 10 je výhodné použít uspořádání, kdy vysokonapěťová vysokofrekvenční elektroda 7 na vyšším potenciálu nebo nízkonapěťová vysokofrekvenční elektroda 8 na nižším potenciálu jsou vloženy celé nebo alespoň svou částí uvnitř výbojového prostoru 17 a jsou v doteku s plazmatem 10.

U prvků 18 regulace prostorového rozložení elektromagnetického pole existuje rovněž velmi vysoká variabilita jejich provedení, jejichž příklady jsou zobrazeny na obr. 7.

Prvky 18 regulace prostorového rozložení elektromagnetického pole mohou být tvořeny, např. vlastním nastavením prostorové geometrie a uspořádáním závitů nebo částí závitů vinutí rezonanční cívky 13 vůči nejméně jednomu tvarovacímu prostoru 16 a výbojovému prostoru 17 charakterizovaných vlastními indukčnostmi Li, vlastními mezizávitovými kapacitami Cmi a vlastními svodovými kapacitami Csi. Potom tento konkrétní prvek 18 regulace prostorového rozložení elektromagnetického pole v prostoru x může být tvořen nejméně jedním prvkem f regulace geometrie rezonanční cívky 13, který reguluje geometrii celé rezonanční cívky 13 nebo geometrii nejméně jednoho jejího závitu vinutí a/nebo poloviny závitu vinutí nebo jejich částí. Samotná regulace spočívá vtom, že prvek f regulace geometrie rezonanční cívky 13 naklápí nebo natáčí všechny nebo vybraný počet páskových vodičů tvořících jednotlivé závity vinutí a/nebo poloviny závitu vinutí nebo jejich částí rezonanční cívky 13. Nebo prvek_f regulace geometrie rezonanční cívky 13 jednosměrně nebo obousměrně prohýbá všechny nebo vybraný počet vodičů tvořících jednotlivé závity vinutí a/nebo poloviny závitu vinutí nebo jejich částí rezonanční cívky 13 Nebo prvek f regulace geometrie rezonanční cívky 13 mění vzdálenost mezi vodiči všech nebo vybraného počtu jednotlivých závitů vinutí a/nebo poloviny závitu vinutí nebo jejich částí rezonanční cívky 13.

Dále může být prvek regulace 18 tvořen nejméně jedním dalším prvkem k regulace vzdálenosti vinutí. Tímto prvkem k se reguluje vzdálenost mezi alespoň jedním závitem vinutí rezonanční cívky 13 a/nebo polovinou závitu vinutí rezonanční cívky 13 nebo částí rezonanční cívky 13 a nejméně jedním výbojovým prostorem 17. Takto prováděná regulace vzdálenosti vinutí mění vzájemnou induktivní a kapacitní vazbu na plazma.

Taktéž může být prvek regulace 18 tvořen nejméně jedním regulačním prvkem g pro regulaci vzájemné indukční vazby mezi cívkami popisovanými výše tvořícími rezonanční cívku 13. Tento regulační prvek g může obsahovat dva odlišně konstruované regulační prvky qa a gb, které mohou být na sobě závislé nebo nezávislé, kde regulační prvek qa mění vzájemnou polohu těchto cívek zatímco regulační prvek gb je tvořen magnetickým obvodem společným, ve vzájemné indukční vazbě, nejméně dvěma cívkám tvořícím rezonanční cívku 13, přičemž jednotlivé části regulačního prvku gb a/nebo magnetický obvod regulačního prvku gb jako celek mění svou prostorovou polohu vůči těmto cívkám. Regulační prvek g je tvořen nejméně jednou z cívek rezonanční cívky 13. Rezonanční cívka 13 se zasouvá a/nebo natáčí svými závity vinutí, jejich omezeným počtem nebo pouze částmi závitů vinutí do nejméně jednoho z prostoru xa, prostoru xb a prosotoru xc.

Jedním z výhodných řešení je, aby povrch závitů vinutí rezonanční cívky 13 a/nebo polovin závitů vinutí rezonanční cívky 13 a/nebo jejich části byly opatřeny nejméně jednou vrstvou nebo systémem vrstev materiálů o odlišné permeabilitě, než je materiál vodiče vinutí rezonanční cívky 13 a/nebo nejméně jednou vrstvou nebo systémem vrstev materiálů o odlišné permitivitě, než-li je prostředí prostorů (xa, xb, xc) nebo jejich vzájemnou kombinací.

Prvky 18 regulace mohou být tvořeny cíleným použitím materiálů s různou hodnotou permeability u pevného krytu stínění 6 spojeného se vztažným elektrickým potenciálem („zem“) a/nebo u vybraných prvků 18 regulace a/nebo cíleným použitím materiálů s různou hodnotou permitivity u konstrukčních prvků plazmové trysky 1 a/nebo u vybraných prvků 18 regulace (např. vyplnění jimi prostoru (xc) mezi závity nebo jen části tohoto prostoru mezi vysokonapěťovými vysokofrekvenčními elektrodami 7 nebo nízkonapěťovou vysokofrekvenční elektrodou 8 apod.).

Dále prvek 18 regulace v prostoru x může být tvořen alespoň jednou částí dílce krytu 6 stínění nebo celým krytem 5, které mění svou vzdálenost vůči závitům vinutí rezonanční cívky 13, polovin závitů vinutí rezonanční cívky 13, nebo jen některých jejich částí rezonanční cívky 13 a/nebo mění svou vzdálenost vůči nejméně jedné elektrodě z nejméně jedné dvojice vysokonapěťové vysokofrekvenční elektrody 7 a nízkonapěťové vysokofrekvenční elektrody 8 a/nebo mění svou vzdálenost vůči výbojovému prostoru 17.

Prvek 18 regulace prostorového rozložení elektromagnetického pole v prostoru x může být tvořen různými druhy materiálů o různé geometrii, vodivosti, permitivitě a/nebo permeabilitě použitého materiálu. Prvek 18 regulace se vkládá, zasouvá nebo natáčí do/v prostoru xa mezi závity vinutí rezonanční cívky 13 a kryt 6 stínění (spojeného se vztažným elektrickým potenciálem). Prvek regulace 18 lze také vládat, zasouvat nebo natáčet do/v prostoru xb vymezeném závity vinutí rezonanční cívky 13. Prvek 18 regulace lze takéž vkládat, zasouvat nebo natáčet do/v prostoru xc mezi alespoň jednu dvojici sousedících závitů rezonanční cívky 13 nebo poloviny závitů rezonanční cívky 13 nebo jejich částí vinutí rezonanční cívky 13, přičemž prvek regulace 18 může mít obecný tvar nebo vhodně zvolený tvar podle geometrického uspořádání rezonanční cívky 13 nebo ostatních prvků rezonančního obvodu s rozprostřenými parametry 15, např. rovinný, válcový, tyčový, hřebenový aj.

Prvek 18 regulace může být taktéž tvořen systémem zahrnujícím vrstvy nebo prostorově ohraničené části vrstev kovu a/nebo materiálu o vysoké permitivitě a/nebo permeabilitě nebo jen materiálem o vysoké permitivitě a/nebo permeabilitě, nebo je prvek regulace 18 tvořen vrstvou materiálu nebo jen materiálem o vysoké permitivitě • · a/nebo permeabilitě o různé tloušťce, nebo je prvek regulace 18 tvořen vrstvou materiálu nebo jen materiálem o prostorově různé hodnotě permitivity a/nebo permeability, které se mohou měnit na ploše nebo v objemu prvku 18 obecně dle libovolné matematické funkce.

Prvek 18 regulace v prostoru x_obsahuje kovový materiál, který může být na uzemněném potenciálu (spojený se vztažným elektrickým potenciálem) nebo na plovoucím potenciálu nebo na potenciálu některého ze závitů rezonanční cívky 13 nebo obecně na potenciálu odlišném od jednotlivých prvků rezonančního obvodu 15 s rozprostřenými parametry.

Dále mohou být prvky 18 regulace tvořeny pomocí prvků h regulace vířivých proudů, charakterizovaných indukčnostmi Lvi a ztrátovými odpory Rvi, v uzemněném krytu stínění 6 (spojeném se vztažným elektrickým potenciálem) a v prvcích 18 regulace prostorového rozložení elektromagnetického pole v tvarovacím prostoru 16. Prvek h regulace vířivých proudů je tvořen otvory a/nebo mezerami (štěrbinami) a/nebo drážkámi/výstupky obecné geometrie a prostorového rozložení způsobující přerušení souvislé plochy povrchu krytu 6 stínění a/nebo povrchu kovových částí prvků 18 regulace prostorového rozložení elektromagnetického pole v prostoru x.

Prvek h regulace vířivých proudů může měnit svou geometrii, tj. tvar a/nebo rozměry a/nebo velikost plochy a/nebo vzájemnou vzdálenost jednotlivých elementů z nichž je prvek h sestrojen.

Prvek h regulace vířivých proudů může dále obsahovat nejméně jeden prvek ha regulace výřivých prodů, přičemž je tvořen nebo obsahuje alespoň jeden materiál/vrstvu s odlišnou permeabilitou od permeability materiálu těchto prvků a/nebo vrstvy na prvcích 18 regulace.

Prvek h regulace vířivých proudů může dále obsahovat nejméně jeden prvek hb, regulace vířivých proudů, přičemž je tvořen vodivým povlakem s vodivostí odlišnou od vodivosti materiálu těchto prvků a/nebo vrstvy na těchto prvcích. Prvek_h regulace výřivých proudů je uspořádán na povrchu krytu 6 stínění a/nebo je uspořádán na povrchu kovových částí prvků 18 regulace prostorového rozložení elektromagnetického pole v prostoru x, « · ·

K zařízení pro vytváření plazmatu za atmosférického tlaku může být přiřazena rukojeť 3 nebo odpovídající držák pro ruční nebo robotizované použití plazmové trysky 1.

Plazmové trysky 1 podle vynálezu lze rovněž různým způsobem sdružovat, jak je zobrazeno na obr. 7 a získat tím multištěrbinové systémy nebo je kombinovat s přídavnými zařízeními na dávkování přídavných látek (plyny, aerosoly, aerosolové suspenze, prachové částice apod.) v různých uspořádáních. Potom tvarovací prostor 16 může zasahovat i do těchto přídavných zařízení a s výhodou regulovat procesy např. při transportu nebo selekci přídavných látek aj.

Níže jsou uvedeny předpokládané rozsahy elektrických parametrů vytváření plazmatu 10 podle vynálezu.

Předpokládané rozsahy frekvence budícího vysokofrekvenčního generátoru periodický signál 3-300 MHz, výkon dodávaný z vysokofrekvenčního zdroje - řádově 10¹-10⁴ W (za obvyklých podmínek 100-1000 W), rozsahy amplitudy vysokofrekvenčního napětí Urf na vysokonapěťové vysokofrekvenční elektrodě 7 řádově 10¹-10⁴ V (za obvyklých podmínek 1-5 kV) a vysokofrekvenčního proudu l_RF vstupujícího do plazmové trysky - řádově 10’¹-10² A (za obvyklých podmínek 1-10 A).

Níže jsou uvedeny předpokládané rozsahy parametrů plazmatu 10 dosahovaného podle vynálezu.

Celkový absorbovaný výkon v plazmatu se může pohybovat v rozmezí řádově 10¹10⁴ W/cm³, koncentrace volných elektronů v rozmezí řádově 10¹²-10¹⁵ částic/cm³. Měrná elektrická vodivost σ plazmatu bude obvykle menší než 100 S/m. Impedance výboje se může pohybovat v rozmezí řádově 10²-10⁴ Ω. Tepelné účinky plazmatu na povrch materiálů se mohou pohybovat za obvyklých laboratorních podmínek v rozmezí cca 30-1000 °C při zachování výrazně neizotermického charakteru výboje (různé vysoce energetické částice o teplotě řádově 2-10 tis. K).

Podle typu vytvářeného plazmatu, zvolených pracovních podmínek a konstrukce plazmové trysky 1, ale také podle prostorového rozložení výboje ve výbojovém prostoru 17 a vně ústí plazmové trysky budou dosahovány různé hodnoty z výše uvedených rozsahů fyzikálních veličin. V lokálních oblastech plazmatu se výše uvedené rozsahy hodnot mohou lišit od skutečných hodnot.

Příklad 1:

Příkladné uspořádání zařízení k provádění způsobu podle tohoto vynálezu je znázorněno na obr. 6. Zařízení je určeno k vytváření plazmatu 10 za atmosférického tlaku a obsahuje plazmovou trysku 1., kterou tvoří podélné duté těleso 24 s přívodem 4 pracovního plynu, jež je ukončeno výstupním otvorem 2 plazmatu 10. Duté těleso 24 zahrnuje rozdělovač a homogenizátor 11 pracovního plynu, který slouží pro rovnoměrné rozdělení pracovního plynu po celé délce dutiny dutého tělesa 24 do výbojového prostoru 17 ve tvaru štěrbiny, ve kterém se generuje plazma 10. Štěrbina, jako dutý prostor, je vytvořena mezi dvojicí paralelních dielektrických desek 9, na které navazují distanční pásy 32 z dielektrického materiálu. Délka štěrbiny má rozměry 20 až 500 mm a šířku obvykle 1 až 3 mm, čímž je definován rozestup mezi dielektrickými deskami 9 z dielektrického materiálu v místě výstupního otvoru 2.

Na dutém tělese 24 plazmové trysky 1_ je uspořádána rezonanční cívka 13 v prostorovém uspořádání závitů vinutí, jak je zobrazeno na obr. 2. V tomto konkrétním provedení podle tohoto vynálezu výbojový prostor 17 tvoří „jádro“ rezonanční cívky 13. Vlastní vodič rezonanční cívky 13 je tvořen flexibilním (pleteným) plochým Cu lanem o průřezu 2 mm² a vnějších rozměrech cca 5x1 mm. Celková délka vodiče rezonanční cívky 13 je volena s ohledem na její funkci a pohybuje se kolem hodnot 5 m - 5,5 m podle použité délky štěrbiny, přičemž rozestup mezi závity cívky byl v tomto konkrétním případě zvolen v rozmezí 3-5 mm. V tomto případě rezonanční cívka 13 obsahuje dvě části a to nízkonapěťovou část La, jež tvoří nízkonapěťová vysokofrekvenční cívka 7 a vysokoňapěťovou část Lb, jež tvoří vysokonapěťová vysokofrekvenční cívka 7, které jsou zapojeny v sérii a mají společnou induktivní vazbu.

Na nízkonapěťovou část La rezonanční cívky 13 je připojen koaxiální kabel 5 (50 Ω), jehož prostřednictvím je přiváděn nízkonapěťový vysokofrekvenční signál z generátoru. Nízkonapěťová část La je tvořena jedním závitem ve tvaru obdélníku, jehož rovina je rovnoběžná s rovinou dielektrických desek 9 tvořících výbojový prostor 17 ve tvaru štěrbiny, přičemž tento závit ve tvaru obdélníku obepíná duté těleso 24 plazmové trysky 1 prakticky po celém jejím vnějším obvodu. V nezobrazené části konstrukčního řešení je závit nízkonapěťové části La svými dvěma protilehlými bočními stranami obdélníku vnořen mezi dvojici paralelních dielektrických desek 9 po jejich vnějších bocích, mezi jím a výbojovým prostorem 17

plazmové trysky 1 je oddělující pás těsnění z dielektrického materiálu. Třetí strana obdélníkového závitu nízkonapěťové části La se u výstupního otvoru 2 plazmové trysky 1 rozdvojuje na dva paralelní vodiče, které jsou natočeny hranou plochého vodiče k dielektrickým deskám 9 z dielektrického materiálu (tj. plochou vodiče kolmo k dielektrickým deskám 9) a které tyto dielektrické desky 9 v doteku obemykají ve vzdálenosti cca 5 mm od výstupního otvoru 2 a tvoří tak nízkonapěťovou vysokofrekvenční elektrodu 8.

Vysokonapěťová část Lb rezonanční cívky 13 tvoří větší část rezonanční cívky 13 a má tvar plochého solenoidu, který je navinut na dvojici paralelních dielektrických desek 9 tak, že výbojový prostor 17 tvoří „jádro“ této části rezonanční cívky 13. Tím je současně „navinuta“ přes první část La. Druhá část Lb je navinuta plochou vodiče kolmo k dielektrickým deskám 9. Závity této druhé části Lb rezonanční cívky 13 jsou vzdáleny cca 5 mm od povrchu dielektrických desek 9. Tři poslední závity druhé části Lb rezonanční cívky 13 jsou vinuty přímo v doteku s dvojicí paralelních dielektrických desek 9 a tvoří systém vysokonapěťových vysokofrekvenčních elektrod 7, přičemž poslední závit vysokonapěťové vysokofrekvenční elektrody 7 je uzavřen do kruhu.

Pro průběh procesů v plazmatu a minimalizaci velikosti odraženého výkonu zpět do vysokofrekvenčního zdroje může být někdy výhodné, aby systém vysokonapěťových vysokofrekvenčních elektrod 7 a/nebo nízkonapěťová vysokofrekvenční elektroda 8 byly mírně vzdáleny od povrchu dielektrických desek 9 (do cca 1 mm, obvykle však v desetinách mm).

Vysokofrekvenční výboj tedy vzniká mezi vybranými částmi soustavy rezonanční cívky 13, vysokonapěťovou částí Lb (tj. systémem vysokonapěťových vysokofrekvenčních elektrod 7) a nízkonapěťovou částí La (tj. systémem nízkonapěťových vysokofrekvenčních elektrod 8), ale také mezi jednotlivými polovinami závitů vysokonapěťové částí Lb, které tvoří systém vysokonapěťových vysokofrekvenčních elektrod 7.

Plazmová tryska 1 dále obsahuje dvojici prvků 18 regulace prostorového rozložení elektromagnetického pole. Tyto prvky 18 regulace tvoří na sobě nezávislé vyměnitelné vodivé desky 22 určené pro ladění rezonančního obvodu s rozprostřenými parametry 15. Jako vodivé desky 22 jsou v tomto konkrétním provedení použity plechy hliníku o tloušťce 2 mm. Další výhodné řešení může být použití jiných kovů s odlišnou permeabilitou oproti hliníku jako např. slitiny Al, měď v · · • · · ·

apod. nebo může být opatřen vrstvou materiálu s vysokou relativní permeabilitou v rozsahu např. 10¹-10⁹. Vodivé desky 22 jsou uspořádány po jedné a to z každé strany rezonanční cívky 13. Desky 22 pro ladění rezonančního obvodu s rozprostřenými parametry 15 mohou být různé geometrie a pojíždí v drážkách vytvořených v nosnících 29 boční konstrukce stínění plazmové trysky £. Jsou fixovány (v daném konkrétním místě odpovídajícímu naladění rezonančního obvodu) utažením fixačního šroubu 23 s dielektrickou hlavicí, který současně (po jeho uvolnění) slouží jako rukojeť pro posun vodivých desek 22 pro ladění za provozu plazmové trysky £. Vodivé desky 22 pro ladění jsou po vyšroubování fixačního šroubu 23 z plazmové trysky £ vyjímatelné/vyměnitelné - lze je vysunout/zasunout skrze přední část plazmové trysky £ a to otvorem u ústí plazmové trysky £.

K plastovému dílu 25, jenž je určen pro fixaci dutého tělesa 24, jsou po obou bočních stranách plastového dílu 25 připevněny nosníky 29 boční konstrukce ze slitiny Al, na kterých je upevněn kryt 6 plazmové trysky £. Kryt 6 je zhotoven z plechu o tloušťce 2 mm, kde jako materiál byl použit Al nebo jeho slitiny Al. Kryt 6 je po obou stranách plazmové trysky £ opatřen sadu otvorů pro přirozený odvod horkého vzduchu ohřátého od výbojového prostoru 17 a vodiče rezonanční cívky £3.

Pro možnost ruční aplikace nebo robotizované aplikace plazmové trysky £ je do spodní zadní části plastového dílu 25 upevněna rukojeť 3, která je tvořena trubkou ze slitiny Al o průměru 30 mm ovinutou vhodným elastickým dielektrickým materiálem pro držení v rukou. Rukojetí 3 je veden jak koaxiální kabel 5 napájení od vysokofrekvenčního generátoru, tak přívod pracovního plynu 4.

Pro napájení plazmové trysky £ může být s výhodou použito např. vysokofrekvenčního generátoru na průmyslové frekvenci 13,56 MHz a může být v různých rozsazích výkonu - 0-300 W, 0-500 W, 0-600 W, 0-1000W apod. Na výstupu z vysokofrekvenčního generátoru (impedance 50 Ω) je vysokofrekvenční sinusový signál (charakterizovaný průběhem napětí Urf a proudu Irf), který je přenášen koaxiálním kabelem 5 na rezonanční cívku 13. Rezonanční obvod £5 s rozprostřenými parametry na plazmové trysce £ umožňuje přizpůsobit impedanci 50 Ω vysokofrekvenčního zdroje na impedanci výboje (řádově 10²-10⁴ Ω). Jednotlivé prvky rezonančního obvodu 15 s rozprostřenými parametry jsou konstrukčně přednastaveny na takové hodnoty, aby umožňovaly zapálení a hoření výboje v čistém argonu při optimálním přizpůsobení rezonančního obvodu 15 pro plazmovou • · · trysku 1 generující plazma 10 ve volném prostoru na vzduchu. V ostatních případech může dojít k mírnému rozladění rezonančního obvodu 15, které lze doladit prvky 18 regulace prostorového rozložení elektromagnetického pole.

Pro reálné podmínky hoření plazmatu 10 této varianty plazmové trysky 1 (pracovní médium - argon, výkon z vysokofrekvenčního generátoru na frekvenci např. 13,56 MHz harmonického signálu v rozmezí 200-600 W, vysokofrekvenční proud vstupující do plazmové trysky 1. z vysokofrekvenčního zdroje Irf ~ 4-10 A) a z následně provedeného numerického modelu prostorového rozložení elektromagnetického pole v plazmové trysce (za stavu minimální velikosti odraženého výkonu zpět do vysokofrekvenčního zdroje; zvolené modelové parametry plazmatu: měrná elektrická vodivost σ = 100 S/m, relativní permitivita ε_Γ = 1, relativní permeabilita μ_Γ = 1,) vycházejí okamžité hodnoty intenzity elektrického pole E mezi vysokonapěťovou vysokofrekvenční elektrodou 7 a nízkonapěťovou vysokofrekvenční elektrodou 8 a plazmatem 10 (tj. ve tvarovacím prostoru 16) řádově 10⁵-10⁶ V/m a u intenzity magnetického pole H řádově 10³-10⁴ A/m. Tyto hodnoty jsou srovnatelné s hodnotami, jež vytvářejí dosavadní plazmová zařízení pouze pro jednu ze složek elektromagnetického pole. Tento příklad podle tohoto vynálezu demonstruje možnost dosažení nového způsobu vytváření plazmatu 10 za současné vysoké intenzity elektrického i magnetického pole.

Současně, z provedeného numerického modelu prostorového rozložení okamžitých hodnot intenzit elektrického pole E a magnetického pole H a okamžitých hodnot Poyntingova vektoru Π u tohoto příkladu plazmové trysky pro stav před zapálením plazmatu a pro stav při jeho hoření vyplývá, že stav s hořícím plazmatem je charakterizován násobně vyšší hodnotou intenzity magnetického pole H v oblasti výbojového prostoru 17, než při stavu před zapálením plazmatu, ale násobně nižší hodnotou elektrického pole E , které má však zcela jiné prostorové rozložení. Maximum intenzity elektrického pole E není mezi vysokofrekvenčními elektrodami 7 a 8, jako je tomu u stavu před zapálením plazmatu, ale mezi těmito vysokofrekvenčními elektrodami a plazmatem 10. Tomu odpovídají také změny prostorového rozložení okamžitých hodnot Poyntingova vektoru Π, kdy pro stav plazmové trysky s hořícím plazmatem je velikost okamžitých hodnot Poyntingova vektoru Π v oblasti výbojového prostoru 17 až o řád vyšší, než pro stav před zapálením plazmatu, přičemž kolmá složka okamžitých hodnot Poyntingova vektoru

Π směřující do plazmatu, jež charakterizuje následné činné ztráty v plazmatu, je pro daný případ až o několik řádů vyšší a je v prostorově proměnná. Uvedený příklad demonstruje možnost dosažení nového způsobu vytváření plazmatu 10 v plazmové trysce 1 pomocí prostorově uspořádané soustavy rezonančního obvodu 15 s rozprostřenými parametry a prvků 18 regulace prostorového rozložení elektromagnetického pole ve tvarovacím prostoru 16 a výbojovém prostoru 17, čímž je dosaženo regulace hustoty toku činného výkonu v každé části objemu plazmatu

10.

Příklad 2:

Příkladné uspořádání zařízení k provádění způsobu podle tohoto vynálezu je znázorněno na obr. 5c. Plazmová tryska 1 - obr. 5c - obsahuje stejně jako v předchozím případě duté těleso 24, na němž je navinuta tentokrát pouze jedna rezonanční cívka 13, která má tvar prostorově eliptické šroubovice (solenoidu) tak, že duté těleso 24 opět prochází středem rezonanční cívky 13. Tato rezonanční cívka 13 může mít různá prostorová řešení, jak je zobrazeno na příkladech z obr.5a a obr.5b.

Varianta z obr. 5a představuje nejjednodušší prostorové uspořádání rezonanční cívky 13, kde vinutí všech závitů je na kolmo k výbojovému prostoru 17, přičemž vzájemná vzdálenost jednotlivých závitů vinutí rezonanční cívky 13 je konstantní. Další variantou může být, že rezonanční cívka 13 je s proměnnou roztečí jednotlivých závitů/polovin závitů mezi s sebou. Vlastní vodič rezonanční cívky 13 je tvořen např. flexibilním (pleteným) plochým Cu lanem o průřezu vodiče 2 mm² a vnějších rozměrech 5x1 mm. Na první (nízkonapěťový) závit rezonanční cívky 13 je koaxiálním kabelem 5 přiveden nízkonapěťový vysokofrekvenční signál z vysokofrekvenčního generátoru. Druhý vysokonapěťový konec rezonanční cívky 13 je tzv. „otevřený“ (tj. bez galvanického spojení s jiným elektrickým prvkem nebo vodičem). Za tohoto geometrického uspořádání rezonanční cívky 13 jsou použity jako elektrody všechny poloviny závitů vinutí této cívky.

Varianta z obr. 5b představuje jiné prostorové uspořádání rezonanční cívky 13, kde vinutí části závitů rezonanční cívky 13 je na kolmo k výbojovému prostoru 17, přičemž druhá část závitů rezonanční cívky 13 je navinuta naplocho. Poslední vysokonapěťový závit může být „otevřený“ nebo kruhový. Rezonanční cívka 13 opět • · může být s různou vzdáleností rozteče mezi jednotlivými závity/polovinami závitů cívky. Na rozdíl od předchozího příkladu, část závitů vinutí rezonanční cívky 13 (např. její nízkonapěťová část), je vzdálena od povrchu dielektrických desek 9 tvořících výbojový prostor 17 a netvoří elektrody.

Základní systém výše popsaných elektrod rezonanční cívky 13 může být v tomto případě variantně doplněn elektrodou spojenou se vztažným elektrickým potenciálem („zem“) ve formě naklápěcí Al-desky 36, která je v základní poloze vodorovně k výbojovému prostoru 17 a je součástí/pokračováním plechů krytu 6 stínění plazmové trysky (tj. vzdálená od výbojového prostoru). Tuto Aldesku/elektrodu 36 lze podle potřeby naklápět (pant) a fixovat v libovolné poloze směrem k výbojovému prostoru 17 až do druhé krajní polohy - kdy se hranou dotýká dielektrických desek 9 ohraničujících výbojový prostor 17, čímž získává funkci vysokonapěťové vysokofrekvenční elektrody 7 spojené se vztažným elektrickým potenciálem („zem“). Výboj potom tedy vzniká jak mezi jednotlivými polovinami závitů vinutí rezonanční cívky 13. tak i mezi posledním vysokonapěťovým závitem/polovinou závitu cívky 13 a Al-deskou/ elektrodou 36. Mezi systémem elektrod a Al-deskou/elektrodou 36 spojenou se vztažným elektrickým potenciálem („zem“) nebo s její volitelnou vzdáleností od výbojového prostoru 17 lze za provozu plazmové trysky 1 volně přecházet. Současně lze tuto Al-desku 36 dle potřeby fixovat v libovolné poloze směrem k výbojovému prostoru 17 a tím ladit rezonanční obvod 15 s rozprostřenými parametry, tj. měnit prostorové rozložení elektromagnetického pole v části tvarovacího prostoru 16 mezi naklopenou Al-deskou/elektrodou 36 a plazmatem 10 a současně mezi Al-deskou/elektrodou 36 a vysokonapěťovými vysokofrekvenčními elektrodami 7 rezonanční cívky 13, a tím ovlivňovat parametry plazmatu 10 ve výbojovém prostoru 17. Pro průběh procesů v plazmatu a minimalizaci velikosti odraženého výkonu zpět do vysokofrekvenčního zdroje může být někdy výhodné, aby Al-deska/elektroda 36 (tj. ve sklopeném stavu) zůstávala mírně vzdálená od povrchu dielektrických desek 9 (do cca 1 mm, obvykle však v desetinách mm).

Systém ladění rezonančního obvodu 15 s rozprostřenými parametry plazmové trysky 1 dále obsahuje po každé straně plazmové trysky 1 dvojici na sobě nezávislých vyměnitelných vodivých desek 22 ladění. Tuto dvojici ladicích desek 22 lze zasouvat pod sebe a tedy měnit nejen polohu ladicí desky 22 vůči rezonanční cívce 13 a sobě navzájem, ale také její plochu (v různých výškách). Na obou nosnících 29 boční konstrukce plazmové trysky 1 jsou umístěny dvě dvojice výškově a zčásti úhlově nastavitelných bočních lišt 35 s dvojicí drážek pro pojezd desek ladění 22, takže lze nastavovat ladicí desky 22 v 3D rozměru (výškově i naklopení pod úhlem). Kovové ladící desky 22 mohou být různé geometrie a jsou vodivě spojeny s nastavitelnými bočními lištami 35. Jsou fixovány (v daném konkrétním místě odpovídajícímu naladění rezonančního obvodu 15) utažením fixačního šroubu 23 s dielektrickou maticí, která současně (po jejím uvolnění) slouží jako rukojeť pro posun desek ladění 22 za provozu plazmové trysky 1.. Vzhledem k relativně malé tloušťce kovových ladících desek 22 (např. AL plech o tloušťce 2 mm) a jejich dostatečné pružnosti, lze jemné doladění rezonančního obvodu 15 provádět rovněž silnějším utažením/povolením dielektrické matice na fixačním šroubu 23, čímž lze regulovat jemný průhyb kovových ladících desek 22. Ladící desky 22 mohou být z různého materiálu nebo geometrie a jsou po vyšroubování fixačního šroubu 23 z plazmové trysky 1 vyjímatelné/vyměnitelné - lze je vysunout/zasunout skrze přední část plazmové trysky 1_.

Všechny výše uvedené konkrétní prvky 18 regulace prostorového rozložení elektromagnetického pole mohou být podle vynálezu různé geometrie, materiálů nebo povrchové úpravy a podílejí se dalšími způsoby na regulaci prostorového rozložení elektromagnetického pole a hustoty toku činného výkonu ve tvarovacím prostoru 16 a/nebo ve výbojovém prostoru 17 včetně plazmatu 10.

Příklad 3:

Další příkladné uspořádání zařízení k provádění způsobu podle tohoto vynálezu je uvedeno v dalším popisu konkrétního konstrukčního řešení zařízení. Plazmová tryska 1_ je konstruována shodně jak u předchozích zařízení, která jsou uváděna v „Příkladech 1 a 2“, pouze s tím rozdílem, že na dutém tělese 24 je z obou stran plazmové trysky 1 navinuta rezonanční cívka 13, která je popsána na obr. 3. tato rezonanční cívka 13 je prostorově uspořádaná do dvou rovinných (planárních) cívek, jenž jsou zapojeny sériově, a které jsou uspořádány vůči sobě pod úhlem od 0° až 180°. V nezobrazené konstrukční variantě lze tento úhel měnit a tím ovlivňovat vzájemnou vazbu, jednak mezi těmito rovinnými cívkami navzájem a jednak mezi • · ·« · · · ·· · · · · · « · · · · ··· těmito rovinnými cívkami a ostatními prvky rezonančního obvodu 15 s rozprostřenými parametry. Vlastní vodič rezonanční cívky 13 je tvořen flexibilním (pleteným) plochým Cu lanem o průřezu 2 mm² a vnějších rozměrech 5x1 mm. Rezonanční cívka 13 se skládá ze dvou částí nízkonapěťové části La a vysokonapěťové části Lb, které jsou zapojeny v sérii a mají společnou indukční vazbu. Nízkonapěťová část La je tvořena nízkonapěťovou vysokofrekvenční elektrodou 8, na kterou je připojen koaxiální kabel 5, jehož prostřednictvím je přiváděn nízkonapěťový vysokofrekvenční signál z generátoru. Obě části La a Lb jsou navinuty na dvojici paralelních dielektrických desek 9 tak, že výbojový prostor 17 je zasunut do prostoru mezi část nízkonapěťovou La a část vysokonapěťovou Lb rezonanční cívky 13 a to plochou vodiče kolmo k dielektrickým deskám 9. Závity obou částí jsou v horní části závitů vzdáleny cca 5 mm od povrchu dielektrických desek 9. Spodní část závitů tvoří vysokonapěťové vysokofrekvenční elektrody 7 a nízkonapěťové vysokofrekvenční elektrody 8 a jsou v doteku s dvojicí'paralelních dielektrických desek 9, ohraničujících výbojový prostor 17.

Jako elektrody jsou použity všechny závity vinutí obou částí La a Lb rezonanční cívky 13, ale vždy jen spodní stěnou rezonanční cívky 13. Vysokonapěťové vysokofrekvenční elektroda 7 a nízkonapěťová vysokofrekvenční elektroda 8 jsou uspořádány za sebou na každé z obou stran plazmové trysky 1., přičemž vždy_následující část závitu rezonanční cívky 13 tvořící elektrodu je vůči předchozí části závitu vysokofrekvenční vysokonapěťovou elektrodou 7 (tj. na vyšším elektrickém potenciálu), čímž se vytváří podélné elektromagnetické pole ve směru proudění pracovního plynu. Elektrický potenciál vysokofrekvenčních elektrod 7 a 8 roste s rostoucí řadou čísel označujících jednotlivé vysokofrekvenční elektrody (tj. s rostoucí řadou čísel 12., 3.....). Současně systém elektrod 7 a 8 po obou stranách plazmové trysky vytváří oproti sobě navzájem systém vysokonapěťových vysokofrekvenčních elektrod 7 (tj. cívka Lb) a nízkonapěťových vysokofrekvenčních elektrod 8 (tj. cívka La), které vytváří navzájem proti sobě ve tvarovacím prostoru 16 a výbojovém prostoru 17 příčné elektromagnetické pole (všechny elektrody umístěné naproti sobě jsou na odlišných potenciálech). Toto složené příčně-podélné (křížené) elektromagnetické pole umožňuje samozapalování plazmatu 10 bez nutnosti použití vnějšího zdroje předionizace pracovního média.

• « ··· ••v ··· · * 4 · ·· • ·· · · ·· · • ·· •·· · ·······

Takto uspořádaná plazmová tryska 1 umožňuje na jednom typu zařízení dosáhnout různých typů plazmatu 10 - homogenní „doutnavý“ výboj nebo prostorově „kanálkový“ typ výboje. U „kanálkového“ výboje, který je typický pro ostatní uvedené příklady plazmových trysek, dochází v tomto případě ke zvýšení jeho prostorové homogenity ve směru délky štěrbiny plazmové trysky 1..

Příklad 4:

Podobným příkladem konkrétního konstrukčního řešení zařízení podle vynálezu je plazmová tryska 1 o stejném konstrukčním řešení, jaké bylo popsáno v předchozích příkladech. V tomto provedení je na dutém tělese 24 z obou stran plazmové trysky 1 navinuta rezonanční cívka 13, která je popsána na obr. 4 a která je prostorově uspořádaná do jediné „složené prostorově-planární cívky“. Tato prostorová-planámí cívka je vinuta tak, že každý její závit posttipně přechází z jedné strany výbojového prostoru 17 (na obr. 4 označeno písmenem A) na druhou stranu výbojového prostoru 17 (na obr. 4 označeno písmenem B) a zpět, přičemž spodní část každé poloviny závitu rezonanční cívky 13 tvoří systém vysokofrekvenční vysokonapěťové elektrody 7 a vysokofrekvenční nízko napěťové elektrody 8 na odlišných potenciálech a s odlišnou roztečí vodiče vinutí oproti ostatním částem každé poloviny závitu rezonanční cívky 13. Horní část každé poloviny závitu rezonanční cívky 13 je vzdálena od výbojového prostoru 17 (není elektrodami). „Složená prostorově-planární cívka“ je vinuta tak, že každá polovina závitu je vinuta souhlasně se směrem průchodu elektrického proudu a tedy vytváří souhlasně orientované magnetické pole. Vlastní vodič rezonanční cívky 13 může být opět tvořen např. flexibilním (pleteným) plochým Cu lanem o průřezu vodiče 2 mm² a vnějších rozměrech 5x1 mm. Rezonanční cívka 13 je navinuta plochou vodiče kolmo k dielektrickým deskám 9. Systém vysokofrekvenčních elektrod 7 a 8 je uspořádán „cik-cak“ z obou stran výbojového prostoru 17 tak, že vysokofrekvenční vysokonapěťové elektrody 7 a vysokofrekvenční nízkonapěťové elektrody 8 lichých polovin závitů rezonanční cívky 13 jsou na jedné straně A plazmové trysky 13 a vysokofrekvenční vysokonapěťové elektrody 7 a vysokofrekvenční nízkonapěťové elektrody 8 následujících sudých polovin závitů jsou umístěny na opačné straně B plazmové trysky 13 a to výše vždy o ¹/2 vzdálenosti mezi vysokofrekvenčními elektrodami 7 a 8 sudých/lichých polovin závitů. Elektrický potenciál elektrod roste • ·· s rostoucí řadou čísel označujících jednotlivé vysokofrekvenční elektrody (tj. s rostoucí řadou čísel 1., 2., 3.,...), takže vetvarovacím prostoru 16 a výbojovém prostoru 17 vzniká, zvláště před zapálením plazmatu, na rozdíl od „Příkladu 3, přednostně podélné elektromagnetické pole vzhledem ke směru proudění pracovního plynu, které má však i složku příčnou, ale menší než v případě „Příkladu 3“.

Průmyslová využitelnost

Vynález je využitelný pro povrchové úpravy nebo předúpravy plazmatem, pro vytváření tenkých funkčních povlaků nebo pro jejich vytvrzování s následným dosažením vyšších užitných hodnot povrchové ochrany, dále např. pro realizaci plazmových reakcí a polyreakcí atd. prakticky ve všech průmyslových oblastech. Uplatní se také zvláště v oblastech využití nanotechnologií a nanomateriálů, např. při jejich syntéze nebo modifikaci. Nové řešení umožňuje velmi snadno a bezpečně použít plazmovou trysku s lineárním plazmatem nejen v průmyslových linkách, ale s výhodou také pro ruční aplikace jako nářadí nebo pro robotizované použití.

Claims (37)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob regulace intenzit E a H elektromagnetického pole a přenosu a regulace toku činného výkonu z nejméně jednoho vysokofrekvenčního zdroje a/nebo směšovače periodického signálu 3-300 MHz do plazmatu, za stavu minimální velikosti odraženého výkonu zpět do vysokofrekvenčního zdroje nejméně jedné plazmové trysky protékané pracovním médiem, kde se měrná hustota toku činného výkonu přeměňuje/spotřebovává na požadované fyzikální a chemické procesy a reakce, přičemž dochází v plazmatu uvnitř a/nebo vně plazmové trysky ke vzniku nebo modifikaci látek v pevném, kapalném nebo plynném stavu, vyznačující se tím, že přenos vysokofrekvenční elektromagnetické energie je vytvářen a regulován prostřednictvím prostorově uspořádané soustavy rezonančního obvodu s rozprostřenými parametry za přítomnosti plazmatu, jejíž tvarovací prostor nebo jeho část se nachází uvnitř prostoru geometricky vymezeného úplnou soustavou rezonančního obvodu s rozprostřenými parametry, přičemž přenos vysokofrekvenční elektromagnetické energie je rovněž regulován prostřednictvím prvku regulace prostorového rozložení elektromagnetického pole, kdy jejich regulací se docílí stavu minimální velikosti odraženého výkonu zpět do vysokofrekvenčního zdroje a také formování rozložení složek elektromagnetického pole popsaného elektrickými a magnetickými intenzitami E a H a toku hustoty činného výkonu v každé části objemu plazmatu.
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se pro řízenou regulaci prostorového rozložení elektromagnetického pole určeného elektromagnetickými vlnami vytvářenými ve tvarovacím prostoru a doby interakce vysokofrekvenčních elektromagnetických vln s plazmatem se použije prostorová zpomalující struktura, jež vytváří v různých místech tvarovacího prostoru proměnnou rychlost šíření elektromagnetických vln, pro docílení regulace přenosu činného výkonu v každé části plazmatu.
3. 3. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že pro vyšší prostorové rozlišení formování složek elektromagnetického pole popsaného elektrickými a magnetickými intenzitami E a H a toku hustoty činného výkonu v tvarovacím prostoru a v každé • · · z .....

   ................

   části objemu plazmatu se použije periodický neharmonický signál o frekvenci 3-300 MHz z vysokofrekvenčního zdroje nebo smíšený harmonický signál ze směšovače ve frekvenčním pásmu 3-300 MHz a prostorová zpomalující struktura s pevnou nebo s proměnnou disperzní charakteristikou, jenž vytváří a regulují změny fázové a grupové rychlosti jednotlivých harmonických periodického signálu v celé šíři jeho frekvenčního spektra.
4. 4. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že pro regulaci proměnné disperzní charakteristiky zpomalující struktury se použije nejméně jeden prvek regulace prostorového rozložení elektromagnetického pole.
5. 5. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že pro vyšší prostorové rozlišení formování složek a toku hustoty činného výkonu v tvarovacím prostoru a v každé části objemu plazmatu se použije prostorová zpomalovací struktura periodická, jenž vytvoří základní a vyšší prostorové harmonické pro jednotlivé harmonické periodického signálu v celé šíři jeho frekvenčního spektra.
6. 6. Způsob podle nároku 3 až 5, vyznačující se tím, že pro dosažení regulace a zvýšení toku hustoty činného výkonu vstupujícího do nejméně jedné části plazmatu a/nebo vytvářeného v nejméně jedné části objemu plazmatu se použije systém lokálních/distribuovaných rezonančních oblastí prostorově uspořádané soustavy rezonančního obvodu s rozprostřenými parametry za přítomnosti plazmatu.
7. 7. Způsob podle nároku 6, vyznačující se tím, že pro dosažení regulace průběhu a/nebo změn procesů a reakcí v plazmatu se použije systém lokálních/distribuovaných rezonančních oblastí, jenž mění vlastní oscilace plazmatu.
8. 8. Způsob vytváření plazmatu za atmosférického tlaku v nejméně jedné plazmové trysce tvořené dutým tělesem obecné geometrie, protékané pracovním médiem a připojené k nejméně jednomu vysokofrekvenčnímu zdroji a/nebo směšovači periodického signálu 3-300 MHz, podle nároku 1 až 7 vyznačující se tím, že před zapálením plazmatu se pomocí prostorově uspořádané soustavy rezonančního obvodu s rozprostřenými parametry a prvkem regulace prostorového rozložení elektromagnetického pole a hustoty toku činného výkonu ve tvarovacím prostoru vytváří prostorové rozložení elektromagnetického pole určené intenzitami elektrického pole E a magnetického pole H, kdy alespoň v jedné části nejméně jednoho výbojového prostoru dochází při nízké hustotě toku činného výkonu

   Z • · · ' ................

   k vytvoření lokální vysoké hustoty energie elektromagnetického pole, jež má za důsledek zapálení plazmatu v nejméně jednom výbojovém prostoru protékaném pracovním médiem a následnou změnu prostorového rozložení elektromagnetického pole jak ve tvarovacím prostoru, tak v nejméně jednom výbojovém prostoru při maximální hustotě toku činného výkonu směřujícího do plazmatu při minimální velikosti odraženého výkonu zpět do vysokofrekvenčního zdroje, načež působením prvku regulace prostorového rozložení elektromagnetického pole a/nebo zpomalující struktury elektromagnetických vln se reguluje plazma v každé části jeho objemu a to uvnitř i vně plazmové trysky, čímž se docílí žádaný průběh a regulace fyzikálních a chemických procesů a reakcí a parametrů plazmatu.
9. 9. Způsob podle nároku 8, vyznačující se tím, že vyšší zpomalení fázové a grupové rychlosti periodického signálu v celé šíři jeho frekvenčního spektra, na prostorové zpomalující struktuře s pevnou nebo s proměnnou disperzní charakteristikou, vytvoří zesílené lokální zvýšení hustoty energie elektromagnetického pole v tvarovacím prostoru, jež má za důsledek zapálení plazmatu v nejméně jednom výbojovém prostoru protékaném pracovním médiem.
10. 10. Způsob vytváření plazmatu za atmosférického tlaku v nejméně jedné plazmové trysce protékané pracovním médiem, podle nároku 8 , vyznačující se tím, že do pracovního média a/nebo do lokální části proudu vysokofrekvenčního plazmatu se uvnitř a/nebo vně nejméně jednoho výbojového prostoru vnáší alespoň jedna přídavná látka, v podobě látky plynné nebo aerosolu nebo prachu nebo jemných sypkých částic nebo pevného materiálu.
11. 11. Způsob vytváření plazmatu za atmosférického tlaku v nejméně jedné plazmové trysce protékané pracovním médiem, podle nároku 10, vyznačující se tím, že výbojovým prostorem protéká atomární plyn nebo atomární plyn s přídavnou látkou.
12. 12. Zařízení k provádění způsobu, podle nároku 1, vyznačující se tím, že rezonanční obvod (15) s rozprostřenými parametry zahrnuje nejméně jednu zpomalující strukturu (19) elektromagnetických vln a nejméně jednu rezonanční strukturu/soustavu (14) a rezonátor, jež je tvořen krytem stínění (6) prostoru (x) geometricky vymezeného soustavou rezonančního obvodu (15), přičemž dále zahrnuje nejméně jeden tvarovací prostor (16) uvnitř prostoru (x), přičemž tvarovací • · prostor (16) celý nebo svou částí prostoru zasahuje do nejméně jednoho výbojového prostoru (17) protékaného pracovním médiem, a dále zahrnuje plazma (10), přičemž rezonanční obvod (15) je opatřen alespoň jedním prvkem (18) regulace prostorového rozložení elektromagnetického pole a hustoty toku činného výkonu, který je uspořádán na nejméně jedné plazmové trysce (1).
13. 13. Zařízení k provádění způsobu, podle nároku 12, vyznačující se tím, že zpomalující struktura (19) elektromagnetické vlny se nachází uvnitř rezonátoru a je tvořena cívkou (13) nebo systémem cívek a/nebo regulačními prvky (18).
14. 14. Zařízení k provádění způsobu, podle nároku 12, vyznačující se tím, že zpomalující struktura (19) a rezonanční struktura (14) jsou sobě identické.
15. 15. Zařízení k provádění způsobu podle nároku 12 vyznačující se tím, že tvarovací prostor (16) zasahuje svou částí do prostoru vně plazmové trysky (1), do míst, kde působí plazma (10).
16. 16. Zařízení k provádění způsobu podle nároku 12, vyznačující se tím, že pro dávkování přídavných látek do pracovního média a/nebo do plazmatu (10) zasahuje tvarovací prostor (16) svou částí do prostoru s přídavnými zařízeními (26).
17. 17. Zařízení k provádění způsobu podle nároku 8 vyznačující se tím, že rezonanční obvod (15) s rozprostřenými parametry je umístěn na dutém tělese (24) plazmové trysky (1) a je tvořen soustavou zahrnující rezonanční strukturu (14) identickou zpomalovací struktuře (19) elektromagnetické vlny, které jsou tvořeny rezonanční cívkou (13) nebo systémem cívek o laditelné indukčnosti Li ve vzájemné indukční vazbě Mi, s vlastní laditelnou mezizávitovou kapacitou Cmi, laditelnou kapacitou svodu Csi a ztrátovým odporem Ri, dále dvojicí vysokonapěťové vysokofrekvenční elektrody (7) a nízkonapěťové vysokofrekvenční elektrody (8), přičemž alespoň jedna část vinutí, závitu/poloviny závitu vinutí nebo odbočky z vinutí rezonanční cívky (13) tvoří vysokonapěťovou vysokofrekvenční elektrodu (7) a/nebo nízkonapěťovou vysokofrekvenční elektrodu (8) oddělenou od výbojového prostoru (17) dielektrickou stěnou (9), dále zahrnující rezonátor tvořený krytem (6) stínění spojený do jednoho bodu s referenčním elektrickým potenciálem („zem“) plazmové trysky (1) a dále sestava zahrnuje prvek (18) regulace prostorového rozložení elektromagnetického pole v prostoru (x), tvarovací prostor (16) a vlastní plazma (10) • · · charakterizované vlastní indukčností Lpi, elektrickou kapacitou Cpi a ztrátovým odporem Rpi.
18. 18. Zařízení k provádění způsobu podle nároku 8 a 17, vyznačující se tím, že rezonanční cívka (13) je prostorovou cívkou nebo planárni cívkou nebo jejich kombinací nebo je tvořena vícero cívkami o alespoň jednom závitu vinutí, které jsou řazeny sériově nebo paralelně nebo v sériové a paralelní kombinaci a vykazují společnou indukční vazbu Mi.
19. 19. Zařízení k provádění způsobu podle nároku 8 a 17, vyznačující se tím, že závity jsou pevné nebo flexibilní, tvořené pásem nebo pleteným lankem nebo je tvoři vodivá vrstva nanesena na dielektrický nosič, přičemž závity jsou orientovány vůči výbojovému prostoru (17) naplocho nebo nakolmo nebo se dají natáčet.
20. 20. Zařízení k provádění způsobu podle nároku 8 a 17, vyznačující se tím, že nejméně jedna elektroda z nejméně jedné dvojice vysokonapěťové vysokofrekvenční elektrody (7) a nízkonapěťové vysokofrekvenční elektrody (8) je tvořena alespoň jednou částí vinutí, závitu nebo poloviny závitu vinutí nebo odbočky z vinutí rezonanční cívky (13) a je součástí její vysokonapěťové části, přičemž obecně je vysokonapěťové vysokofrekvenční elektroda (7) na vyšším a nízkonapěťová vysokofrekvenční elektroda (8) je na nižším elektrickém potenciálu nebo mají elektrický potenciál stejný a jsou rozmístěny v blízkosti dielektrické stěny (9) výbojového prostoru (17) a mají orientaci vodiče naplocho nebo nakolmo nebo pod úhlem vůči výbojovému prostoru (17), přičemž mohou být uspořádány pouze z jedné strany výbojového prostoru (17) a to za sebou paralelně nebo pod úhlem vzhledem ke směru proudění pracovního plynu výbojovým prostorem (17) nebo mohou být libovolně uspořádány naproti sobě přes výbojový prostor (17) nebo v obou kombinacích.
21. 21. Zařízení k provádění způsobu podle nároku 20, vyznačující se tím, že při použití pouze jedné dvojice vysokonapěťové vysokofrekvenční elektrody (7) a nízkonapěťové vysokofrekvenční elektrody (8), které jsou na stejném elektrickém potenciálu a současně jsou uspořádány přes výbojový prostor (17), je tato dvojice elektrod oproti sobě navzájem posunuta ve směru proudění pracovního plynu výbojovým prostorem (17).
22. 22. Zařízení k provádění způsobu podle nároku 20, vyznačující se tím, že nejméně jedna dvojice vysokonapěťové vysokofrekvenční elektrody (7) a nízkonapěťové vysokofrekvenční elektrody (8) je tvořena nejméně dvěma po sobě jdoucími závity, nebo polovinami závitů, nebo jejich částmi, jež tvoří vinutí rezonanční cívky (13), a/nebo je tvořena dvěma různými částmi systému vinutí rezonanční cívky (13) s výrazně odlišným elektrickým potenciálem.
23. 23. Zařízení k provádění způsobu podle nároku 17, vyznačující se tím, že nízkonapěťová vysokofrekvenční elektroda (8) je připojena ke vztažnému elektrickému potenciálu („zem“) a je tvořena pevným nebo flexibilním vodičem nebo vodiči orientovaných pod úhlem vůči výbojovému prostoru (17) nebo je nízkonapěťová vysokofrekvenční elektroda (8) tvořena nejméně jedním kruhovým vodičem nebo je tvořena alespoň jedním dílcem krytu (6) spojeného se vztažným elektrickým potenciálem stínění plazmové trysky (1), přičemž dílec krytu (6) stínění má pevnou nebo proměnnou vzdálenost a/nebo sklon vůči výbojovému prostoru (17).
24. 24. Zařízení k provádění způsobu podle nároku 17, vyznačující se tím, že vysokonapěťové vysokofrekvenční elektroda (7) nebo nízkonapěťová vysokofrekvenční elektroda (8) jsou uloženy-uspořádány celé nebo alespoň svou částí uvnitř výbojového prostoru (17) a jsou v kontaktu s plazmatem (10).
25. 25. Zařízení k provádění způsobu podle nároku 12, vyznačující se tím, že prvek (18) regulace prostorového rozložení elektromagnetického pole v prostoru (x) je tvořen vlastním pevným nastavením prostorové geometrie a uspořádáním závitů nebo částí závitů vinutí rezonanční cívky (13) vůči nejméně jednomu tvarovacímu prostoru (16) a výbojovému prostoru (17).
26. 26. Zařízení k provádění způsobu podle nároku 12, vyznačující se tím, že pro regulaci geometrie rezonanční cívky (13) nebo geometrii nejméně jednoho jejího závitu vinutí a/nebo poloviny závitu vinutí nebo jejich částí je prvek (18) regulace prostorového rozložení elektromagnetického pole v prostoru (x) tvořen nejméně jedním prvkem (f) pro naklápění nebo natáčení všech nebo vybraného počtu vodičů tvořících jednotlivé závity vinutí a/nebo poloviny závitu vinutí nebo jejich částí a/nebo prvkem (f) pro jednosměrně nebo obousměrně prohýbání všech nebo vybraného počtu vodičů tvořících jednotlivé závity vinutí a/nebo poloviny závitu vinutí nebo jejich ¢4

    ................

    částí a/nebo prvkem (f) pro změnu vzdálenosti mezi vodiči všech nebo vybraného počtu jednotlivých závitů vinutí a/nebo poloviny závitu vinutí nebo jejich částí.
27. 27. Zařízení k provádění způsobu, podle nároku 12, vyznačující se tím, že pro změnu vzájemné induktivní a kapacitní vazby na plazma (10) je prvek (18) regulace prostorového rozložení elektromagnetického pole v prostoru (x) tvořen nejméně jedním prvkem (k) regulace vzdálenosti mezi alespoň jedním závitem vinutí rezonanční cívky (13) a/nebo poloviny závitu vinutí rezonanční cívky (13) nebo částí rezonanční cívky (13) a nejméně jedním výbojovým prostorem (17).
28. 28. Zařízení k provádění způsobu podle nároku 12 , vyznačující se tím, že prvek (18) regulace prostorového rozložení elektromagnetického pole v prostoru (x) je tvořen nejméně jedním prvkem (g) regulace vzájemné indukční vazby mezi cívkami tvořícími rezonanční cívku (13), přičemž zahrnuje dva odlišné prvky (ga) a (gb), které jsou na sobě závislé nebo nezávislé, přičemž prvek (ga) určuje vzájemnou polohu cívek, zatímco prvek (gb) je tvořen magnetickým obvodem společným cívkám tvořícími rezonanční cívku (13), jehož jednotlivé části a/nebo magnetický obvod jako celek mění svou prostorovou polohu vůči těmto cívkám.
29. 29. Zařízení pro provádění způsobu podle nároku 12 , vyznačující se tím, že prvek (g) regulace vzájemné indukční vazby tvoří nejméně jedna část rezonanční cívky (13), která je zasouvatelná a/nebo se natáčí závity vinutí do nejméně jednoho z prostorů (xa, xb, xc), přičemž alespoň jeden závit a/nebo polovina závitu a/nebo jejich část je povrchově upravena nejméně jednou vrstvou materiálu nebo systémem vrstev o odlišné permeabilitě, než má vinutí rezonanční cívky (13) a/nebo o odlišné permitivitě, než-li má prostředí prostorů (xa, xb, xc).
30. 30. Zařízení pro provádění způsobu podle nároku 12, vyznačující se tím, že prvek (18) regulace prostorového rozložení elektromagnetického pole v prostoru (x) je tvořen alespoň jednou částí dílce krytu (6) stínění nebo celým krytem (6), které jsou suvně uspořádány vůči závitům vinutí, polovině závitů vinutí nebo jen částí rezonanční cívky (13) a/nebo od nejméně jedné vysokonapěťové vysokofrekvenční elektrody (7), nízkonapěťové vysokofrekvenční elektrody (8) a/nebo od výbojového prostoru (17).

    • ·
31. 31. Zařízení pro provádění způsobu podle nároku 12, vyznačující se tím, že prvek (18) regulace prostorového rozložení elektromagnetického pole v prostoru (x) je vložen nebo zasouván nebo natáčen v prostoru (xa) mezi závity vinutí rezonanční cívky (13) a kryt (6) stínění, nebo v prostoru (xb) vymezeném závity vinutí rezonanční cívky (13), nebo v prostoru (xc) mezi alespoň jednu dvojici sousedících závitů nebo poloviny závitů nebo jejich částí vinutí rezonanční cívky (13), přičemž prvek regulace (18) vykazuje periodický nebo aperiodický tvar podle matematických funkcí nebo je formován podle geometrického uspořádání rezonanční cívky (13) nebo ostatních prvků rezonančního obvodu s rozprostřenými parametry (15).
32. 32. Zařízení pro provádění způsobu, podle nároku 12, vyznačující se tím, že prvek (18) regulace prostorového rozložení elektromagnetického pole v prostoru (x) je tvořen systémem zahrnujícím vrstvy nebo prostorově ohraničené části vrstev kovu a/nebo materiálu o vysoké permeabilitě a/nebo vysoké permitivitě nebo prvek (18) tvoří materiál o vysoké permitivitě a/nebo permeabilitě, nebo je tvořen vrstvou materiálu nebo jen materiálem o vysoké permitivitě a/nebo permeabilitě o různé tloušťce měnící se dle libovolné matematické funkce, nebo je tvořen vrstvou materiálu nebo jen materiálem o prostorově různé hodnotě permitivity a/nebo permeability, které se mohou měnit na ploše nebo v objemu prvku (18) dle libovolné matematické funkce.
33. 33. Zařízení pro provádění způsobu, podle nároku 12 vyznačující se tím, že prvek (18) regulace prostorového rozložení elektromagnetického pole v prostoru (x) obsahuje kovový materiál o rozdílném elektrickém potenciálu vůči jednotlivým prvkům rezonančního obvodu (15) s rozprostřenými parametry.
34. 34. Zařízení pro vytváření plazmatu za atmosférického tlaku/Zařizení pro provádění způsobu, podle nároku 12 vyznačující se tím, že pro regulaci vířivých proudů, na povrchu krytu (6) spojeného se vztažným elektrickým potenciálem („zem“) stínění a/nebo na povrchu kovových částí prvků (18) regulace prostorového rozložení elektromagnetického pole, prvek (18) regulace prostorového rozloženi elektromagnetického pole v prostoru (x) zahrnuje nejméně jeden další prvek (h), přičemž prvek (h) je tvořen otvory a/nebo štěrbinami a/nebo drážkami nebo výstupky geometrie a prostorového rozložení podle libovolné matematické funkce, přičemž prvek (h) je proměnné geometrie a proměnného prostorového rozložení.
35. 35. Zařízení pro vytváření plazmatu za atmosférického tlaku/Zařízení pro provádění způsobu, podle nároku 34, vyznačující se tím, že pro regulaci vířivých proudů na povrchu krytu (6) spojeného se vztažným elektrickým potenciálem („zem“) stínění a/nebo na povrchu kovových částí prvků (18) regulace prostorového rozložení elektromagnetického pole v prostoru (x), prvek (h) zahrnuje nejméně jeden prvek (ha) a/nebo (hb), přičemž prvek (ha) je tvořen nebo obsahuje alespoň jeden materiál/vrstvu s odlišnou permeabilitou a prvek (hb) je tvořen vodivým povlakem s odlišnou vodivostí vůči prvku (18) regulace.
36. 36. Zařízení pro provádění způsobu, podle nároku 28 až 36, vyznačující se tím, že prvek (18) regulace prostorového rozložení elektromagnetického pole v prostoru (x) je zpomalující strukturou (19) elektromagnetických vln.
37. 37. Zařízení pro vytváření plazmatu za atmosférického tlaku/Zařízení pro provádění způsobu, podle nároku 12, vyznačující se tím, že k alespoň jedné plazmové trysce (1) je přiřazena rukojeť (3) nebo mechanický prvek určený k mechanickému připojení plazmové trysky (1) a nosného prvku robotického mechanizmu.