DE1249420B

DE1249420B -

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Publication number: DE1249420B
Application number: DENDAT1249420D
Authority: DE
Publication date: 1967-09-07

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND Int. Cl.: H05h FEDERAL REPUBLIC OF GERMANY Int. Cl .: H05h

DEUTSCHES 4^MW PATENTAMT.;:'' Λ GERMAN 4 ^ MW PATENT OFFICE.;: '' Λ

'S «^Deutsche Kl.: 21 g - 61/00 'S «^ German class: 21 g - 61/00

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Nummer: 1 249 420Number: 1 249 420

Aktenzeichen: K 57409 VIII c/21 gFile number: K 57409 VIII c / 21 g

J 249 420 Anmeldetag: 15. Oktober 1965J 249 420 filing date: October 15, 1965

Auslegetag: 7. September 1967Opened on: September 7, 1967

Die Erfindung betrifft einen Plasmagenerator mit Plasmagenerator mit Hochfrequenzentladung
Hochfrequenzentladung, bestehend aus einer Hochfrequenzquelle, einem Rechteckwellenleiter zum The invention relates to a plasma generator with a plasma generator with high-frequency discharge
High frequency discharge, consisting of a high frequency source, a rectangular waveguide for

Übertragen der in der Hochfrequenzquelle erzeugten Hochfrequenzenergie, aus einer Entladungskammer 5 Transferring the high frequency energy generated in the high frequency source from a discharge chamber 5

in Form eines koaxialen Doppelrohres mit einer Anmelder:in the form of a coaxial double tube with an applicant:

Außenwand, die einen einseitig offenen Außenleiter Kabushiki Kaisha Hitachi Seisakusho, TokioOuter wall with an outer ladder open on one side Kabushiki Kaisha Hitachi Seisakusho, Tokyo

bildet, einem als Innenelektrode dienenden Innenleiter mit einer Spitze in unmittelbarer Nachbarschaft Vertreter:
des offfenen Endes des Außenleiters und einem ίο τ^τ τ-»*- r> » n.
Hohlraum zwischen den beiden Leitern für das hin- ^Dr-^la^ ^Ma,er> Patentanwalt,forms, an inner conductor serving as an inner electrode with a tip in the immediate vicinity representative:
the open end of the outer conductor and a ίο τ ^ τ τ - »* - r>» n.
Cavity between the two ladders for the back- ^Dr- ^la ^ ^{Ma, he} > patent attorney,

durchströmende Entladungsgas. Ein derartiger München 22, Widenmayerstr. 5discharge gas flowing through. Such a Munich 22, Widenmayerstr. 5

Plasmagenerator ist im wesentlichen aus der Zeitschrift »Elektronische Rundschau«, Nr. 11, 1959,Plasma generator is mainly from the magazine "Electronic Rundschau", No. 11, 1959,

S. 404 bis 406, bekannt. 15 Als Erfinder benannt:Pp. 404 to 406, known. 15 Named inventor:

Da Plasmageneratoren dieser Bauart PIasmaflam- Seiichi Murayama, TokioSince plasma generators of this type PIasmaflam- Seiichi Murayama, Tokyo

men mit extrem hoher Temperatur erzeugen, werdengenerate men with extremely high temperature

sie in den verschiedensten Gebieten angewendet, bei- Beanspruchte Priorität·they are used in a wide variety of areas, with- Claimed priority

"£^£2Ϊ££^£$5£^ . *P« "on, I₇-OKo_to 1964(58 806, 8, 113) "£ ^ £ 2Ϊ ££ ^ £ $ 5 £ ^ . * P« "on, I ₇ -OKo _to 1964 (58 806, 8, 113)

als Wärmequelle zum Durchführen chemischer
Reaktionen bei hohen Temperaturen und schließ- 2
lieh auch als Heizquelle zum Erhitzen von spektroskopisch zu analysierenden Proben, wobei die der sich innerhalb des Rechteckleiters befindet, aus Probe durch das Plasma zu einer Lichtemission an- 25 elektrisch isolierendem Material besteht,
geregt wird. Bei einer besonders zweckmäßigen AusführungsWenn nun in einen derartigen Generator, bei dem form des Plasmagenerators erstreckt sich der Außenan der Spitze des Elektrodenkörpers eine hochfre- leiter der koaxialen Entladungskammer über die quente Hochspannung induziert wird, das Ent- Spitze der Innenelektrode in Strömungsrichtung des ladungsgas in den Bereich rund um die Spitze der 30 Entladungsgases um ein derartiges Stück hinaus, daß Elektrode zum Zweck einer Hochfrequenzentladung der größere Teil der an der Spitze der Elektrode eingebracht wird, so tritt eine elektrische Hochfre- erzeugten Plasmaflamme seitlich durch den verlänquenzentladung an der Elektrodenspitze auf, wo- gerten Teil des Außenleiters umgeben ist, wobei durch das Entladungsgas ionisiert und ein Ent- außerdem ein Fenster an einem Teil des Außenleiters ladungsplasma erzeugt wird. Das in den Generator 35 der koaxialen Entladungskammer vorgesehen ist, eingebrachte Entladungsgas wird dabei im Plasma durch welches von der Plasmaflamme emittiertes auf eine hohe Temperatur erhitzt und fortwährend Licht nach außen gelangt.as a heat source for performing chemical
Reactions at high temperatures and finally 2
lent also consists of electrically insulating material 25 as a heat source for heating spectroscopy samples to be analyzed, wherein the located within the rectangular conductor presence of sample by the plasma to a light emission,
is excited. In a particularly expedient embodiment, if a generator of this type, in the form of the plasma generator, extends the outside of the tip of the electrode body, a high-frequency conductor of the coaxial discharge chamber is induced via the constant high voltage, the discharge of the inner electrode in the direction of flow of the charge gas into the area around the tip of the 30 discharge gas around such a piece of addition that electrode which is introduced at the top of the electrode for the purpose of high-frequency discharge of the major portion, an electric high-frequency occurs plasma flame generated laterally through the verlänquenzentladung at the electrode tip, where - Gerten part of the outer conductor is surrounded, ionized by the discharge gas and a discharge also a window is generated on a part of the outer conductor charge plasma. The discharge gas introduced into the generator 35 of the coaxial discharge chamber is heated to a high temperature in the plasma by means of which gas emitted by the plasma flame and light continuously reaches the outside.

ionisiert, womit ein konzentrierter Strom aus ionisier- In den Zeichnungen sind Ausführungsformen der tem Gas (Ionen und Elektronen) als Plasmaflamme Erfindung beispielsweise dargestellt, und zwar zeigt durch das offene Ende der Entladungskammer in die 4° F i g. 1 und 2 eine Seiten- bzw. Vorderansicht des Außenatmosphäre austritt. Gesamtaufbaus eines bekannten Hochfrequenz-ionized, with which a concentrated stream of ionizing. In the drawings, embodiments of the system gas (ions and electrons) as a plasma flame invention are shown, for example, showing through the open end of the discharge chamber in the 4 ° F i g. 1 and 2 are side and front views, respectively, of the outside atmosphere exiting. Overall structure of a well-known high-frequency

Die bisherigen Plasmageneratoren dieses Typs er- Plasmagenerators der betreffenden Bauart,
bringen jedoch in der Praxis gewisse Schwierigkeiten, F i g. 3 eine Seitenansicht entlang der Linie III (IV) wie nachstehend an Hand der Zeichnungen näher —III (IV) von Fig. 2 einer koaxialen Entladungsbeschrieben wird. Ziel der Erfindung ist es, diese ge- 45 kammer 3 und eines Teils eines Rechteckwellenleinannten Schwierigkeiten zu überwinden. ters 2 als Teile eines Plasmagenerators bekanntenThe previous plasma generators of this type - plasma generators of the type in question,
however, bring certain difficulties in practice, FIG. 3 is a side view along the line III (IV) as described in more detail below with reference to the drawings — III (IV) of FIG. 2 of a coaxial discharge. The aim of the invention is to this overall 45 chamber 3 and a part to overcome difficulties of a Rechteckwellenleinannten. ters 2 known as parts of a plasma generator

Dazu wird der eingangs gezeichnete Plasmagene- Aufbaus,
rator erfindungsgemäß so ausgebildet, daß die ko- F i g. 4 eine Seitenansicht im Schnitt entlang der axiale Entladungskammer den Rechteckleiter durch- LinieIII(IV) — III(IV) von Fig. 2 einer koarialen dringt, und zwar bezüglich ihrer Längsachse senk- 50 Entladungskammeria und eines Teils eines Rechtrecht zur Achse des Wellenleiters, und derjenige Teil eckwellenleiters 2 einer Ausführungsform des der Außenwand der koaxialen Entladungskammer, Plasmaflammengenerators nach der Erfindung,For this purpose, the plasma gene structure drawn at the beginning,
rator according to the invention designed so that the ko- F i g. 4 is a side view in section along the axial discharge chamber the rectangular conductor transit line III (IV) -. III (IV) of Fig 2 a koarialen penetrates, with respect to its longitudinal axis perpendicular 50 Entladungskammeria and a portion of a legal right to the axis of the waveguide, and that part of the corner waveguide 2 of an embodiment of the outer wall of the coaxial discharge chamber, plasma flame generator according to the invention,

F i g. 5 eine Seitenansicht im Schnitt entsprechend F i g. 4 einer anderen Ausfiihrungsform der Erfindung, undF i g. 5 is a side view in section corresponding to FIG. 4 of another embodiment of the invention, and

F i g. 6 eine Seitenansicht im Schnitt entsprechend F i g. 4 einer dritten Ausführungsform der Erfindung.F i g. 6 is a side view in section corresponding to FIG. 4 of a third embodiment of the invention.

Zum leichteren Verständnis der Erfindung soll zunächst eine Beschreibung der üblichen Hochfrequenz-Plasmageneratoren der in Frage stehenden Bauart erfolgen. To make the invention easier to understand, a description of the customary high-frequency plasma generators should first be given of the type in question.

Das auf den Fig. 1 und 2 dargestellte Beispiel eines Plasmagenerators mit Hochfrequenzentladung besteht im wesentlichen aus einer Hochfrequenzquelle 1 mit einer Hochfrequenzoszillationsröhre, etwa einem Magnetron, einem Rechteckwellenleiter 2, der als Zuführungsleitung zum Zuführen der elektrischen Hochfrequenzenergie dient, einem Koaxialwellenleiter 3, der eine Entladungskammer (nachfolgend »koaxiale Kammer« genannt) bildet, und schließlich einem Einlaß 4 für das Entladungsgas. The example of a plasma generator with high-frequency discharge shown in FIGS. 1 and 2 consists essentially of a high-frequency source 1 with a high-frequency oscillation tube, such as a magnetron, a rectangular waveguide 2, which serves as a supply line for supplying the high-frequency electrical energy, a coaxial waveguide 3, which has a discharge chamber (hereinafter referred to as "coaxial chamber"), and finally an inlet 4 for the discharge gas.

Beim Betrieb dieses Plasmagenerators wird von der Hochfrequenzquelle 1 eine Hochfrequenzenergie von einigen Hundert bis einigen Tausend Megahertz und von einigen Hundert bis einigen Tausend Watt über den Rechteckwellenleiter 2 in den koaxialen Wellenleiter 3 transportiert, um so eine hochfrequente Hochspannung an der Spitze eines Innenleiters der koaxialen Wellenführung 3 zu erhalten. Wenn dann ein geeignetes Entladungsgas (beispielsweise Argon, Stickstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Luft, Helium, Stadtgas, Propan u. dgl.) durch den Gaseinlaß 4 zugeführt wird, so tritt eine Hochfrequenzentladung an der Spitze des Innenleiters auf, und es entsteht eine Plasmaflamme 5 hoher Temperatur.When operating this plasma generator, high-frequency energy of a few hundred to a few thousand megahertz and of a few hundred to a few thousand watts is transported from the high-frequency source 1 via the rectangular waveguide 2 into the coaxial waveguide 3 , in order to generate a high-frequency high voltage at the tip of an inner conductor of the coaxial waveguide 3 to get. If a suitable discharge gas (for example argon, nitrogen, hydrogen, oxygen, air, helium, town gas, propane and the like) is then supplied through the gas inlet 4 , a high-frequency discharge occurs at the tip of the inner conductor and a plasma flame is produced 5 high temperature.

Das Übertragen der Hochfrequenzenergie vom Rechteckwellenleiter 2 in den koaxialen Wellenleiter 3 ist bisher derart vorgenommen worden, wie in F i g. 3 gezeigt. Bei diesem Plasmagenerator besteht die koaxiale Entladungskammer 3 im wesentlichen aus einem Außenleiter 6 und einem Innenleiter 7, wobei die Kammer senkrecht zur Achse des Rechteckleiters 2 angeordnet ist und mit dem Rechteckleiter 2 mittels eines Kopplungsringes 12 verbunden ist. Die Hochfrequenzenergie (Mikrowellenenergie) der Hochfrequenzquelle 1 wird somit über den Rechteckwellenleiter 2 und über den Kopplungsring 12 in die Entladungskammer 3 geleitet, die eine koaxiale Wellenführung darstellt. Das heißt, im Kopplungsring 12 wird durch ein hochfrequentes elektromagnetisches Feld ein Hochfrequenzstrom zum Fließen gebracht, wobei das Feld innerhalb des Rechteckwellenleiters 2 erzeugt wird. Der Strom im Ring 12 erzeugt seinerseits ein hochfrequentes elektromagnetisches Feld zwischen dem Innenleiter 7 und dem Außenleiter 6 der koaxialen Entladungskammer 3, wodurch eine hochfrequente Hochspannung an der Spitze 7A des Innenleiters 7, der als Entladungselektrode dient, induziert wird.The transmission of the high-frequency energy from the rectangular waveguide 2 into the coaxial waveguide 3 has so far been carried out as shown in FIG. 3 shown. In this plasma generator, the coaxial discharge chamber 3 consists essentially of an outer conductor 6 and an inner conductor 7, the chamber being arranged perpendicular to the axis of the rectangular conductor 2 and being connected to the rectangular conductor 2 by means of a coupling ring 12 . The high-frequency energy (microwave energy) of the high-frequency source 1 is thus conducted via the rectangular waveguide 2 and via the coupling ring 12 into the discharge chamber 3 , which represents a coaxial wave guide. That is, a high-frequency current is caused to flow in the coupling ring 12 by a high-frequency electromagnetic field, the field being generated within the rectangular waveguide 2. The current in the ring 12 in turn generates a high-frequency electromagnetic field between the inner conductor 7 and the outer conductor 6 of the coaxial discharge chamber 3, which induces a high-frequency high voltage at the tip 7A of the inner conductor 7, which serves as a discharge electrode.

Wenn nun während dieses Vorgangs ein Entladungsgas über den Gaseinlaß 4 in die Entladungskammer 3 eingeleitet wird, so entsteht ein Entladungsplasma 5, das sich von der Elektrode 7 A durch das offene Ende der Entladungskammer 3 nach außen erstreckt.If a discharge gas is introduced into the discharge chamber 3 via the gas inlet 4 during this process, a discharge plasma 5 is produced which extends from the electrode 7 A through the open end of the discharge chamber 3 to the outside.

Da bei diesem Vorgang die Elektrodenspitze IA sehr hoch erhitzt wird, muß sie durch ein Kühlsystem gekühlt werden, aus welchem Grund der Innenleiter 7 hohl ist und eine Leitung 8 enthält, mittels derSince the electrode tip IA is heated very highly during this process, it must be cooled by a cooling system, for which reason the inner conductor 7 is hollow and contains a line 8 , by means of which

ein koaxialer Doppelrohrkühlkreis geschaffen wird. Durch diesen Kühlkreis wird ein Kühlmittel hindurchgeleitet, das durch einen Kühlmitteleinlaß 9 zugeführt und durch einen Kühlmittelauslaß 30 wieder abgezogen wird. Als Kühlmittel kann Wasser dienen, das auf geeignete Weise zugeführt wird, wobei die Zuführungsrohre auf der Zeichnung nicht dargestellt sind.a coaxial double pipe cooling circuit is created. A coolant is passed through this cooling circuit, which is supplied through a coolant inlet 9 and drawn off again through a coolant outlet 30. Water, which is supplied in a suitable manner, can serve as the coolant, the supply pipes not being shown in the drawing.

Die Zuführungsquelle für das Entladungsgas kannThe supply source for the discharge gas can

ίο aus einem Gaszylinder und einem druckreduzierenden Ventil (nicht gezeichnet) bestehen. ίο consist of a gas cylinder and a pressure-reducing valve (not shown).

An dem Teil des Außenleiters 6, der die Außenwand der koaxialen Entladungskammer 3 bildet, ist ein Kopplungsspalt 11 vorgesehen, durch den der Kopplungsring 12 hindurchgeführt ist. Der Spalt 11 ist mit Hilfe von dielektrischem Material abgedichtet, um ein Eindringen von Entladungsgas in den Rechteckwellenleiter 2 zu verhindern.On the part of the outer conductor 6 which forms the outer wall of the coaxial discharge chamber 3 , a coupling gap 11 is provided, through which the coupling ring 12 is passed. The gap 11 is sealed with the aid of dielectric material in order to prevent discharge gas from penetrating into the rectangular waveguide 2.

Da die erzeugte Plasmaflamme 5 eine extrem hohe Temperatur aufweist (von etwa 5000 bis 20 000°C), kann sie als Heizquelle zum Verschmelzen, Schneiden, Bohren, Schweißen und ähnliche Bearbeitungsverfahren für hochschmelzende Metalle verwendet werden, außerdem auch für chemische Reaktionen und andere bei hohen Temperaturen verlaufende Prozesse sowie zum Anregen von Proben in der Spektralanalyse zu einer Emission von Licht. Wenn das Entladungsplasma in der Spektralanalyse Verwendung findet, so wird die Probe an der EIektrodenspitze IA angebracht oder aber als Lösung vernebelt und zusammen mit dem Entladungsgas durch den Einlaß 4 in das Plasma 5 eingebracht. Die Probe wird dabei in dem Hochtemperatur-Entladungsplasma dissoziiert und emittiert Lichtstrahlen mit einem Linienspektrum, das für die Bestandteile der Probe charakteristisch ist.Since the generated plasma flame 5 has an extremely high temperature (from about 5000 to 20,000 ° C), it can be used as a heating source for fusing, cutting, drilling, welding and similar processing methods for refractory metals, also for chemical reactions and others processes running at high temperatures as well as for stimulating samples in spectral analysis to emit light. If the discharge plasma is used in the spectral analysis, the sample is attached to the electrode tip IA or it is nebulized as a solution and introduced into the plasma 5 through the inlet 4 together with the discharge gas. The sample is dissociated in the high-temperature discharge plasma and emits light beams with a line spectrum that is characteristic of the components of the sample.

Wenn jedoch bei einem derartigen Plasmagenerator die Zuführung der Hochfrequenzenergie von einem Rechteckwellenleiter 2 in eine koaxiale Entladungskammer 3 mit Hilfe eines Kopplungsrings 12 gemäß F i g. 3 durchgeführt wird, so ist es nicht möglich, einen besonders hohen Kopplungsgrad zu erhalten. Demgemäß muß dann, wenn eine hochfrequente Hochspannung an der Entladungsspitze 7 A induziert werden soll, die Entladungskammer 3 selbst als Resonator ausgebildet sein.If, however, in such a plasma generator, the supply of the high-frequency energy from a rectangular waveguide 2 into a coaxial discharge chamber 3 with the aid of a coupling ring 12 as shown in FIG. 3 is carried out, it is not possible to obtain a particularly high degree of coupling. Accordingly, if a high-frequency high voltage is to be induced at the discharge tip 7 A , the discharge chamber 3 itself must be designed as a resonator.

Ein weiteres Problem besteht in der Schwierigkeit der Zuführung hoher Leistungen, da dann, wenn eine hohe Leistung zugeführt wird, bereits an der Stelle des Kopplungsrings eine elektrische Entladung auftritt. Demgemäß kann der Generator nur mit einer relativ niedrigen Leistung (in der Größenordnung von 100 bis 200 Watt und darunter) betrieben werden, um das Auftreten einer solchen unerwünschten Entladung zu verhindern.Another problem is the difficulty of delivering high powers, since if a high power is supplied, an electrical discharge already at the point of the coupling ring occurs. Accordingly, the generator can only operate with a relatively low power (of the order of magnitude from 100 to 200 watts and below) are operated to prevent the occurrence of such undesirable To prevent discharge.

Darüber hinaus ist es erforderlich, wie oben erwähnt, den Kopplungsspalt 11, durch den der Kopplungsring 12 hindurchgeführt ist, mit einem dielektrischen Material mit niedrigem Hochfrequenz-Energieverlust abzudichten, zum Zweck der Vermeidung des Austretens von Entladungsgas aus der Entladungskammer 3 in den Rechteckwellenleiter 2. Da nun aber bei Zuführung hoher Leistung ein starker Strom im Kopplungsring 12 fließt, werden dieser und das dielektrische Material sehr stark erhitzt, etwa auf einige hundert Grad Celsius, wodurch die Gefahr besteht, daß das dielektrische Material ausglüht. Da nun zur Zeit kein dielektrisches Material bekannt ist,In addition, as mentioned above, it is necessary to seal the coupling gap 11 through which the coupling ring 12 is passed with a dielectric material with low high-frequency energy loss for the purpose of preventing discharge gas from the discharge chamber 3 into the rectangular waveguide 2. However, since a strong current flows in the coupling ring 12 when high power is supplied, this and the dielectric material are heated very strongly, approximately to a few hundred degrees Celsius, whereby there is the risk that the dielectric material will burn out. Since no dielectric material is known at the moment,

das derartigen Temperaturen gegenüber voll wider- Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in einem standsfähig ist, ist es in der Praxis nicht möglich, mit- Plasmaflammengenerator, der als Heizquelle für Protels der oben beschriebenen Bauteile und Methoden ben geeignet ist, die zum Zweck der Spektralanalyse eine hohe Leistung zuzuführen. zur Emission von Licht angeregt werden sollen. Derthat fully resist such temperatures. Another object of the invention is to provide a is stable, it is not possible in practice with a plasma flame generator, which is suitable as a heating source for Protels of the components and methods described above, which are used for the purpose of spectral analysis to supply high power. to be stimulated to emit light. Of the

Ein weiteres Problem besteht in der Anfälligkeit 5 Plasmaflammengenerator soll dabei eine Plasmades erhitzten Kopplugsrings 12 gegenüber Korrosion, flamme von extrem hoher Stabilität und extrem wenn dieser mit einer chemisch aktiven Substanz in hoher Temperatur erzeugen, so daß bei Dissoziation Berührung kommt. Folglich können chemisch aktive einer zu analysierenden Probe im Plasma eine Licht-Entladungsgase, beispielsweise Luft, Sauerstoff und emission auftritt, die scharfe, Linienspektren als Cha-Wasserstoff, nicht verwendet werden. Darüber hin- io rakteristik der Bestandteile der Probe hervorruft, aus ist es aus dem gleichen Grund auch nicht mög- Bei der Ausführungsform nach F i g. 4 durchdringt lieh, eine chemisch aktive Probe (beispielsweise eine koaxiale Entladungskammer 3 a senkrecht einen Hydrochlorsäure, Salpetersäure, Schwefelsäure, Kö- Rechteckwellenleiter 2, wobei derjenige Teil der nigswasser und Natriumhydroxid) im Fall einer Spek- Außenwand der Kammer 3 a, der sich im Inneren des tralanalyse zusammen mit dem Entladungsgas zuzu- 15 Wellenleiters 2 befindet, aus einem Zylinder 13 aus führen. Isoliermaterial, beispielsweise Teflon, besteht. DasAnother problem is the susceptibility of the plasma flame generator to produce a heated coupling ring 12 against corrosion, a flame of extremely high stability and extreme when it is exposed to a chemically active substance at a high temperature, so that it comes into contact with dissociation. Consequently, a chemically active sample to be analyzed in the plasma, a light discharge gas, for example air, oxygen and emission occurs, the sharp, line spectra as Cha-hydrogen, cannot be used. In addition, it is also not possible for the same reason to cause the characteristics of the constituents of the sample. In the embodiment according to FIG. 4 penetrates borrowed a chemically active sample (for example, a coaxial discharge chamber 3 a vertical a hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, Kö- rectangular waveguide 2, with that part of the nigswasser and sodium hydroxide) in the case of a Spek outer wall of the chamber 3 a, which is in Inside the tralanalyse together with the discharge gas zuzu- 15 waveguide 2 is located, lead out of a cylinder 13. Insulating material, for example Teflon, is made. That

Ein weiteres nachteiliges Merkmal der üblichen heißt, die Außenwand der koaxialen Entladungskam-Plasmageneratoren des in Frage stehenden Typs be- mer3a besteht aus einem Außenleiter 6 und einem seht darin, daß die Elektrodenspitze 7 A sich rela- Zylinder 13 aus Isoliermaterial, der eine Fortsetzung tiv nahe dem offenen Ende der Entladungskammer 3 so des Außenleiters 6 in das Innere des Wellenleiters 2 befindet, da damit der größte Teil des erzeugten Ent- hinein darstellt. Aus diesem Grund besteht keine ladungsplasmas 5 der Einwirkung der Luft ausge- Gefahr, daß in den Rechteckwellenleiter Entladungssetzt ist. Demzufolge sind die Hochfrequenz-Energie- gas eindringt, das durch den Einlaß 4 in die Kammer Verluste infolge Abstrahlung elektromagnetischer 3 a eingeführt worden ist.Another disadvantageous feature of conventional means, the outer wall of the coaxial Entladungskam plasma generators of the type in question loading mer3a consists of an outer conductor 6 and a see that the electrode tip 7 A is rela- cylinder 13 of insulating material, the tiv a continuation is located near the open end of the discharge chamber 3 so the outer conductor 6 into the interior of the waveguide 2, since this represents the largest part of the generated Ent- in. For this reason, there is no charge plasma 5 exposed to the action of air. There is a risk of a discharge setting in the rectangular waveguide. As a result, the high-frequency energy gas penetrates, which has been introduced through the inlet 4 into the chamber losses due to radiation of electromagnetic 3 a.

Wellen und Wärmestrahlung sehr hoch, und die 25 Beim Betrieb dieses Plasmagenerators wird die von Form und Temperaturverteilung der Plasmaflamme S einer Hochfrequenzquelle, beispielsweise derjenigen ist infolge der Gasströmung relativ instabil. Weiter- von Fig. 1, zugeführte Hochfrequenzenergie durch hin besteht die Gefahr einer schädlichen Einwirkung den Rechteckwellenleiter 2 in die koaxiale Entauf den menschlichen Körper durch die abgestrahlten ladungskammer 3 a übertragen, ohne daß eine Reelektromagnetischen Wellen. 30 flexion oder Absorption der Energie durch den Zy-Waves and thermal radiation are very high, and when this plasma generator is in operation, the shape and temperature distribution of the plasma flame S of a high-frequency source, for example that is relatively unstable due to the gas flow. Further- from Fig. 1, high-frequency energy supplied through there is a risk of damaging the rectangular waveguide 2 in the coaxial Entauf transmitted to the human body through the radiated charge chamber 3 a without a re-electromagnetic waves. 30 flexion or absorption of energy by the cy-

Mit der Erfindung werden nun alle diese Nachteile linder 13 aus Iosliermaterial auftreten kann. Das überwunden, und zwar auf die Weise, wie nach- heißt, das im Wellenleiter 2 aufgebaute hochfrestehend an Hand einiger bevorzugter Ausführungs- quente elektromagnetische Feld ruft eine Hochfrebeispiele der Erfindung näher beschrieben ist. quenzstrom im als Elektrode dienenden Innenleiter 7With the invention, all of these disadvantages will now be alleviated by means of insulating material. That overcome, namely in the way that the high-standing electromagnetic field built up in the waveguide 2 is described in more detail with reference to some preferred embodiment quente, calling a high-frequency example of the invention. Frequency current in the inner conductor 7 serving as an electrode

Ein erstes Ziel der Erfindung besteht darin, die 35 hervor, wodurch an der Elektrodenspitze TA eine Mittel zur Zuführung der elektrischen Energie von hochfrequente Hochspannung erzeugt wird, dem Rechteckwellenleiter in die koaxiale Entladungs- Bei dieser Ausführungsform endet das Außenende kammer zu verbessern und dadurch einen Hochfre- des Rechteckwellenleiters 2 an einer Abschlußwand quenz-Plasmagenerator hoher elektrischer Leistung 2A, die an einer solchen Stelle vorgesehen ist, daß zu schaffen. Um dies zu erreichen, ist die koaxiale, 40 ein hoher Kopplungsgrad zwischen dem Wellenleidie Zone der Plasmaerzeugung darstellende Ent- ter 2 und der koaxialen Entladungskammer 3 a aufladungskammer so angeordnet, daß sie senkrecht tritt.A first object of the invention is to show the 35, whereby at the electrode tip TA a means for supplying the electrical energy of high-frequency high voltage is generated, the rectangular waveguide in the coaxial discharge. In this embodiment, the outer end chamber to improve and thereby a high frequency - The rectangular waveguide 2 on a terminal wall quenz-plasma generator of high electrical power 2A, which is provided at such a point that to create. In order to achieve this, the coaxial charge chamber 40, which represents a high degree of coupling between the waveguide zone of the plasma generation, and the coaxial discharge chamber 3a is arranged in such a way that it occurs vertically.

durch den Rechteckwellenleiter hindurchgeführt ist, Wenn nun in dem beschriebenen Plasmagenerator wobei der im Rechteckwellenleiter befindliche Teil an der Elektrodenspitze 7 A eine hochfrequente des Außenleiters der oben beschriebenen Kammer 45 Hochspannung induziert und durch den Einlaß 4 in durch einen Zylinder aus Isoliermaterial ersetzt ist, die Entladungskammer 3 α Entladungsgas eingeführt wobei die Nachteile der auf einem Kopplungsring wird, so strömt das Entladungsgas an der Elektroberuhenden Kopplungselemente vollständig vermie- denspitze 7A, diese umgebend, vorbei, und an der den werden. Entladungselektrode 7 A tritt eine Hochfrequenzent-is passed through the rectangular waveguide, If, in the described plasma generator wherein the portion located in the rectangular waveguide is a high frequency of the outer conductor of the chamber described above induces 45 high voltage at the electrode tip 7 A and replaced through the inlet 4 in by a cylinder of insulating material, the discharge chamber 3 α discharge gas introduced whereby the disadvantages of being on a coupling ring, the discharge gas flows on the electro-based coupling elements completely avoided tip 7A, surrounding them, past and past the. Discharge electrode 7 A occurs a high frequency discharge

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, 50 ladung auf, wodurch das Entladungsgas erhitzt und einen neuen und verbesserten Aufbau für die koaxi- ionisiert wird. Damit wird ionisiertes Gas hoher ale Entladungskammer eines Plasmagenerators mit Temperatur, d. h. also ein Plasma 5, erzeugt. Hochfrequenzentladung zu schaffen, durch welchen Da es bei dem Generator nicht erforderlich ist, eine Einwirkung der Außenatmosphäre auf die er- einen Kopplungsring 12 und einen Kopplungsspalt 11 zeugte Plasmaflamme vermieden ist, wodurch die 55 entsprechend den bekannten Plasmageneratoren von Verluste an Hochfrequenzenergie und die Instabili- F i g. 3 zwischen dem Rechteckwellenleiter 2 und der tat der Plasmaflamme wesentlich erniedrigt werden. koaxialen Entladungskammer 3 α vorzusehen, ist esAnother object of the invention is to 50 charge, thereby heating the discharge gas and a new and improved structure for the coaxi- ionized. This makes ionized gas higher ale discharge chamber of a plasma generator with temperature, d. H. thus a plasma 5 is generated. To create high-frequency discharge, through which Since it is not necessary with the generator, an action of the outside atmosphere on the one coupling ring 12 and one coupling gap 11 generated plasma flame is avoided, whereby the 55 corresponding to the known plasma generators of Loss of radio frequency energy and the instability- F i g. 3 between the rectangular waveguide 2 and the did the plasma flame be substantially lowered. Provide coaxial discharge chamber 3 α, it is

Zur Erreichnung dieses Ziels ist ein Außenleiter möglich, mit wesentlich höherer elektrischer Leistung vorgesehen, der die Außenwand der koaxialen Ent- zu fahren als bei den üblichen Plasmageneratoren, ladungskammer bildet und sich im wesentlichen über 60 Da es darüber hinaus bei der Erfindung nicht erfordie Spitze, d.h. in Strömungsrichtung des Plasmas, derlich ist, daß die koaxiale Entladungskammer3α des inneren, eine Entladungselektrode bildenden Lei- selbst die Funktion eines Resonators übernimmt, ters hinaus erstreckt, wodurch alle oder zumindest _wie dies bei den bekannten Plasmageneratoren der der größte Teil des erzeugten Plasmas durch diesen Fall ist, kann ihre Länge wunschgemäß festgelegt sich relativ weit erstreckenden Außenleiter umgeben 65 werden.To achieve this goal, an outer conductor is possible, provided with a significantly higher electrical power, which forms the outer wall of the coaxial discharge than in the usual plasma generators, charge chamber and is essentially over 60. ie, is sary in the flow direction of the plasma, that the coaxial Entladungskammer3α of the inner, a discharge electrode forming LEI itself takes over the function of a resonator extends ters addition, whereby all or at least _w this iE in the known plasma generators of the major part of the plasma generated by this case, its length can be determined as desired and surrounded 65 by relatively far extending outer conductors.

ist und die obigen Nachteile der Einwirkung der Da der Strömungsweg des Entladungsgases durch Außenatmosphäre auf die Plasmaflamme vollständig den Zylinder 13 aus Isoliermaterial vom Inneren des vermieden sind. Rechteckwellenleiters 2 getrennt ist, besteht keineis and the above disadvantages of exposure to the Da the flow path of the discharge gas through Outside atmosphere to the plasma flame completely the cylinder 13 of insulating material from the inside of the are avoided. Rectangular waveguide 2 is separated, there is none

Claims

Risk of infiltration of the discharge gas into the wave guide 2. Since, in addition, no coupling ring (coupling ring 12 according to FIG. 3) is required, there is also no problem of the ring being corroded by the discharge gas. Accordingly, in the present invention, the kind of discharge gas used is not limited only to inactive gases, but any gas can be used and any substance in the gas state, spray state or powder form can be introduced into the plasma generator together with the discharge gas. Another embodiment is shown in FIG. 5 shown. The end of the rectangular waveguide 2 is extended significantly beyond the discharge chamber 3b (to the right in FIG. 5) and instead of a termination with a fixed end wall (e.g. the end wall 2A according to FIG. 4) is the extended part of the waveguide provided with a displaceable shortening piston 14. By moving the piston 14 accordingly in the two directions of the arrow, the degree of coupling between the waveguide 2 and the discharge chamber 3 b can be changed as required according to the respective requirements. In this way, however, it is also possible to control the discharge power of the plasma generator as desired by setting the variable piston 14 accordingly. From the above it follows that the plasma generator with high frequency discharge according to the invention is particularly suitable for serving as a light source for spectral analysis. A sample to be analyzed by means of spectral analysis is then mixed with the discharge gas and the resulting mixed gas is introduced into the discharge plasma 5 through inlet 4, a gaseous sample being mixed in directly, a liquid sample being first sprayed and then mixed in, and a solid sample first pulverized and then mixed in will. Since the high-frequency discharge plasma S has a high temperature between 5000 and 6000 ° K, even with an applied high-frequency energy of 200 to 300 W, a sample introduced into the plasma S is completely dissociated and emits light with a brilliant line spectrum that is characteristic of the corresponding elements of the sample. Accordingly, the sample can be analyzed in that light emitted from the plasma 5 is measured spectroscopically. When using the plasma generator as a device for exciting a sample for the spectral analysis, a temperature of the discharge plasma can be reached which is significantly higher than that of flames based on chemical reactions, as they are mostly used today. Therefore, the range of samples that can be analyzed can also be greatly increased. In addition, since the characteristics of the generated plasma are extremely stable in comparison with those of arc discharges generated by means of direct current, an extremely high analytical accuracy is achieved. Another essential advantage of the plasma generator according to the invention is that it can not only be used effectively as a light source for spectral analysis due to the possibility of generating an extremely high temperature plasma by supplying high power and, moreover, the formation of such a plasma in an atmosphere of any desired nature is, as described above, but also as a heat source for various processes for processing difficult-to-melt and refractory materials, such as fusing, welding, cutting and drilling metals, producing crystals and depositing materials by vapor deposition and spraying. On F i g. 6 shows a further embodiment in which the outer conductor 6 a of the discharge chamber 3 c extends in the direction of the plasma emission considerably beyond the electrode tip 7 a, whereby the entire or at least most of the generated plasma flame S passes through the extension part 6 A of the outer conductor 6 a is surrounded. In this way it is prevented that the plasma flame comes into direct contact with the outside air, thus avoiding disturbances such as a blowing away of the plasma flame by air currents in the external atmosphere or turbulence effects of the gas flow in the discharge chamber. Since the shape, temperature distribution and other characteristics of the plasma flame are not subject to fluctuations, an extremely stable plasma flame is obtained in this way. The lengthening of the discharge chamber also reduces the cooling effect of the outside atmosphere on the plasma and prevents power losses due to radiation of electromagnetic waves at the open end of the discharge chamber 3c, with the result that a high-temperature plasma of higher stability can be generated. In addition, the suppression of the emission of electromagnetic waves reduces the risk of harmful effects on the human body. If this plasma generator is used as a sample exciter for the spectral analysis, it is advantageous to provide a window 15 on the part of the outer conductor 6 which surrounds the plasma flame S, which window serves to radiate the light emitted by the plasma. This window 15 for measuring the emitted light should be at the same height as the zone of maximum temperature of the plasma flame, i. H. the area near the electrode tip 7A. As described in detail above, the invention provides a plasma generator with high frequency charging which is suitable for generating a stable plasma flame with high power efficiency. Patent claims:

1. Plasma generator with high frequency discharge, which consists of a high frequency source, a Rectangular waveguide for transmitting the high frequency energy generated by the high frequency source, a discharge chamber designed as a coaxial double tube with an outer wall, which forms an outer conductor with an end open on one side, one serving as an inner electrode Inner conductor which has a point near the open end of the outer conductor and with a cavity in between as a flow channel for a discharge gas, and consists of means, which is a flow of discharge gas through the cavity towards the open end of the Outer conductor cause in such a way that at least the tip of the inner electrodes from the gas is flowed around, thereby marked