DE1464755A1

DE1464755A1 - High frequency arc generator

Info

Publication number: DE1464755A1
Application number: DE19631464755
Authority: DE
Inventors: Seiicho Murayama; Manabu Yamamoto
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1962-07-09
Filing date: 1963-07-05
Publication date: 1968-11-14
Also published as: DE1464755B2; FR1362349A; US3536948A; GB1036113A

Description

KABUSHIKI KAISHA HITACHI SEISAKUSHO, 4, 1-Chome, Marunouchi, Chiyoda-Ku, Tokyo-To, JapanKABUSHIKI KAISHA HITACHI SEISAKUSHO, 4, 1-Chome, Marunouchi, Chiyoda-Ku, Tokyo-To, Japan

Hochfrequenz-BogenentladungsgeneratorHigh frequency arc generator

Die Erfindung betrifft einen verbesserten Generator für Hochfrequenz-Bogenentladungen.The invention relates to an improved generator for high frequency arc discharges.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist ein Hochfrequenz-Bogenentladungsgenerator, der mit im wesentlichen aus Aluminium bestehenden Elektroden versehen ist. Der erfindungsgemässe Generator weist eine Vielzahl von Vorteilen auf, beispielsweise daß die Elektroden keiner Korrosion unterworfen sind, daß die Entladung über einen langen Zeitraum in einem äusserst stabilen Zustand gehalten wird und daß die Entladung von keinen Störeffekten begleitet ist.An essential feature of the invention is a high-frequency arc discharge generator with essentially made of aluminum is provided. The generator according to the invention has a number of advantages on, for example, that the electrodes are not subject to corrosion, that the discharge over a long period of time is kept in an extremely stable condition and that the discharge is not accompanied by any disruptive effects.

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

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Diese Vorteile der Erfindung werden durch die Verwendung von Aluminium als Material für die Elektroden eines Hochfrequenz-Bogenentladungsgenerators erreicht. These advantages of the invention are achieved through the use of aluminum as the material for the electrodes of a high frequency arc generator.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen. Auf der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise dargestellt, und zwar zeigen: *Further features, advantages and details of the invention emerge from the description of the Drawing and the claims. In the drawing, an embodiment of the invention is shown, for example, namely show: *

Flß. 1 einen Querschnitt durch den erfindungsgemäß en Generator, River. 1 shows a cross section through the generator according to the invention,

Fig_: 2 bis 4 Spektren von Entladungsplasmen verschiedener Hochfrequenz-Bogenentladungsgeneratoren, wobei sich Pig. 2 auf den Fall der Verwendung einer Wolframelektrode, Fig. J5 auf den Fall der Verwendung einer Kupfer el ektr ode und Fig. H- ebenfalls auf eine Wolframelektrode bezieht, _Fig: 2 to 4 spectra of various discharge plasmas high-frequency arc generators, wherein Pig. 2 relates to the case of using a tungsten electrode, Fig. J5 to the case of using a copper electrode and Fig. H- also relates to a tungsten electrode,

Fig. 5 das Spektrum des Entladungsplasmas des erfindungsgemäßen Generators, bei dem eine Aluminiumelektrode verwendet wird, undFig. 5 shows the spectrum of the discharge plasma of the generator according to the invention, in which a Aluminum electrode is used, and

Fig. 6 ein Beispiel für ein Plasmaspektrum, dasFig. 6 shows an example of a plasma spectrum that

durch eine Gleichstrom-Bogenentladung "er-" • zeugt worden ist. . -"generated" by a direct current arc discharge. . -

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Eine Hochfrequenz-Bogenentladung kann so erzeugt werden, daß Elektroden,, die an einer Hochspannung hoher Frequenz liegen, in einem Gasstrom angeordnet werden. Bei einem derartigen Entladungsgenerator besteht im allgemeinen das wesentlichste Problem in der Gefahr einer Elektrodenkorrosion. Tritt eine Elektrodenkorrosion auf, so vermag sie eine Instabilität der elektrischen Entladung su verursachen. Demgemäss wird beispielsweise im Fall eines Plasmastrahlgenerators mit Gleichstrom-Bogenentladung als die Entladung aufrechterhaltendes Gas ein Edelgas, als Kathodenmetall Wolfram und als Anodenmetall Kupfer verwendet, wobei die Elektroden zum Schutz gegen Korrosion mit Wasser gekühlt werden. Ausgedehnte Versuche der Anmelderin haben Jedoch ergeben, daß diese Maßnahme für Hochfrequenz-Bogenentladungen unwirksam ist. Wenn nämlich das Bogenentladungsplasma einer spektroskopischen Untersuchung unterworfen wird, so tritt bei Verwendung von Wolfram als Elektrodenmetall ein Wolframspektrum gemäß den Fig. 2 und ¹I auf, und zwar auch dann, wenn ein Wolfram verwendet wird, das sehr schwer zu verdampfen ist. Andererseits ist ein Kupferspektrum gemäß Fig. 3 festzustellen, und zwar auch dann, wenn Kupfer hoher Wärmeleitfähigkeit als Elektrodenmetall verwendet wird und für eine genügende Wasserkühluri.j · gesorgt ist. Aus diesen Tatsachen ergibt sich, daß ein v*e-A high-frequency arc discharge can be generated in such a way that electrodes, which are connected to a high voltage, high frequency, are arranged in a gas stream. With such a discharge generator, the most important problem is generally the risk of electrode corrosion. If electrode corrosion occurs, it can cause instability of the electrical discharge. Accordingly, for example, in the case of a DC arc plasma jet generator, a noble gas is used as the discharge sustaining gas, tungsten as the cathode metal, and copper as the anode metal, and the electrodes are cooled with water for protection against corrosion. Extensive tests by the applicant have shown, however, that this measure is ineffective for high-frequency arc discharges. Namely, when the arc discharge plasma spectroscopic investigation is subjected to such a tungsten spectrum occurs when using tungsten as electrode metal shown in Figs. 2 and ¹ I on, even when a tungsten is used, which is very difficult to evaporate. On the other hand, a copper spectrum according to FIG. 3 can be determined, even if copper of high thermal conductivity is used as the electrode metal and sufficient water cooling is provided. From these facts it follows that a v * e-

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• sentlicher Unterschied zwischen einer Hochfrequenz-Bogenentladung und einer Gleichstrom-Bogenentladung besteht, und ebenfalls zwischen den eigentlichen Entladungserscheinungen selbst. Üblicherweise nimmt ein durch Gleichstrom** Bogenentladung erzeugtes Plasma einen Zustand ein, der dem Zustand thermischen Gleichgewichtes angenähert ist, und die Gastemperatur im Plasma sowie die Elektronen- und Ionentemperatur liegt zwischen 7000⁰C und 8000°C. Dagegen ist die Gastemperatur in der Hochfrequenz-Bogenentladung bemerkenswert niedrig. Diese Tatsache dürfte sich darin bestätigen, daß im Spektralbild bei spektroskopischer Untersuchung einer Gleichstrom-Bogenentladung und einer Hochfrequenz-Bogenentladung unter Verwendung des gleichen Stickstoffgases als Entladungsgas ein deutlicher Unterschied festgestellt werden konnte. Werden ein durch eine Gleichstrom-Bogenentladung erzeugtes Spektrum gemäß Fig. 6 und ein durch Hochfrequenz·* Bogenentladung erzeugtes Spektrum gemäß Fig. 5 miteinander verglichen, so ist zu erkennen, daß die Intensität der Stickstoff-Molekularbande im ersteren Fall schneller abnimmt als im letzteren Fall. Dies bestätigt, daß die Gastemperatur im Fall der Hochfrequenz-Bogenentladung niedriger ist als die Gastemperatur im Fall einer Gleichstrombogenentladung. Wie sich aus den Fig. 2 und 4 ergibt, kann jedoch bei Hochfrequenz-• There is a significant difference between a high-frequency arc discharge and a direct current arc discharge, and also between the actual discharge phenomena themselves. A plasma generated by a direct current ** arc discharge usually assumes a state that approximates the state of thermal equilibrium and the gas temperature in the plasma and the electron and ion temperature is between 7000 ⁰ C and 8000 ° C. In contrast, the gas temperature in the high frequency arc discharge is remarkably low. This fact should be confirmed by the fact that a significant difference was found in the spectral image when a direct current arc discharge and a high frequency arc discharge were spectroscopically examined using the same nitrogen gas as the discharge gas. If a spectrum generated by a direct current arc discharge according to FIG. 6 and a spectrum generated by a high frequency arc discharge according to FIG. 5 are compared with one another, it can be seen that the intensity of the nitrogen molecular band decreases more rapidly in the former case than in the latter case . This confirms that the gas temperature in the case of high frequency arc discharge is lower than the gas temperature in the case of direct current arc discharge. As can be seen from FIGS. 2 and 4, however, in the case of high-frequency

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entladung Wolfram mit sehr niedriger Leuchtcharakteristik leicht erregt werden. Demgemäss kann im Fall der Hochfrequenzbog enentladuhg die auftretende Erregungstemperatür als relativ hoch angenommen werden.discharge tungsten with a very low luminous characteristic can be easily excited. Accordingly, in the case of the high frequency arc enentladuhg the occurring excitation temperature can be assumed to be relatively high.

Erfindungsgemäß wird ein Hochfrequenz-Bogenentladungsgenerator geschaffen, der Elektroden aus im wesentlichen Aluminium aufweist und sich durch eine Vielzahl von A Vorteilen auszeichnet, beispielsweise daß die Elektroden keiner Korrosion unterworfen sind, daß die Entladung über einen langen Zeitraum in einem sehr stabilen Zustand gehalten wird.und daß die Entladung von keinen Störeffekten begleitet ist.According to the invention a high-frequency arc generator is provided, comprising the electrode of substantially aluminum and is characterized by a plurality of A advantages, for example that the electrodes no corrosion are subjected to the discharge wird.und maintained over a long period in a very stable state that the discharge is not accompanied by any disruptive effects.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß Aluminium das geeignetste Material für die Hochfrequenz-Bogenentlädung ist. Diese Erkenntnis hat sich als Ergebnis einer Vielzahl von Versuchen mit verschiedenen Elektroden- ™The invention is based on the knowledge that aluminum is the most suitable material for high-frequency arc discharge is. This finding has emerged as the result of a large number of experiments with different electrodes ™

materialien ergeben. Bei einem Hochfrequenz-Bogenentladungsgenerator mit wassergekühlten Aluminiumelektroden tritt keinerlei Korrosion der Elektroden auf, was durch spektroskopische Untersuchungen erhärtet wird, die zeigen, daß keinerlei Aluminiumlinien im Spektrum auftreten, wie aus Pig. 5 hervorgeht. materials. In the case of a high frequency arc generator with water-cooled aluminum electrodes there is no corrosion of the electrodes, which is caused by spectroscopic Investigations are confirmed which show that no aluminum lines appear in the spectrum, as from Pig. 5 emerges.

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Auf Fig. 1 ist ein Beispiel eines Hochfrequenz-Bogenentladungsgenerators nach .der Erfindung dargestellt. ■ Dieser Generator besteht aus einer Aluminiumelektrode 1, einem Elektrodenhalter 2, einer Hochfrequenzstromquelle 3» einem Quarzrohr 4, einem durch die Hochfrequenzentladung erzeugten Plasma 5, einem Einlaß 6 für das die Entladung unterhaltende Gas und einem Einlaß 7 sowie Auslaß 8 für das Kühlwasser. Eine Hochfrequenzspannung von einigen 1000 Volt wird mit Hilfe der Hochfrequenzstromquelle 3 an die Aluminiumelektrode 1 angelegt, wobei die Elektrode durch Wasserkühlung gegen Erhitzung auf hohe Temperaturen geschützt wird. Das Kühlwasser wird durch den Einlaß 7 eingeführt und durch den'Auslaß 8 ausgetragen. Durch den Einlaß 6 wird ein die Entladung unterhaltendes Gas in das Quarzrohr 4 eingeführt und dort an dem spitzen Ende der Elektrode 1 einer Bogenentladung unterworfen, wodurch sich ) ein Plasma 5 ausbildet.Referring to Fig. 1, there is an example of a high frequency arc generator Shown according to the invention. ■ This generator consists of an aluminum electrode 1, an electrode holder 2, a high frequency power source 3 » a quartz tube 4, a plasma 5 generated by the high frequency discharge, an inlet 6 for the discharge maintaining gas and an inlet 7 and outlet 8 for the cooling water. A high frequency voltage of a few 1000 volts is supplied with the aid of the high-frequency power source 3 the aluminum electrode 1 is applied, the electrode being water-cooled against heating to high temperatures is protected. The cooling water is introduced through inlet 7 and discharged through outlet 8. Through the inlet 6, a gas maintaining the discharge is introduced into the quartz tube 4 and there at the pointed end of the Electrode 1 subjected to an arc discharge, whereby) a plasma 5 is formed.

Im Hochfrequenz-Bogenentladungsgenerator nach der Erfindung mit aus im wesentlichen Aluminium bestehender Elektrode tritt keinerlei Elektrodenkorrosion auf, der Be- ■ trieb ist über einen langen Zeitraum äusserst stabil und Störeffekte bzw, Rauscheffekte werden vermieden. Aus diesenIn the high frequency arc generator according to the invention with consisting essentially of aluminum Electrode, there is no electrode corrosion whatsoever, the ■ drive is extremely stable over a long period of time and Disturbing effects or noise effects are avoided. From these

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Gründen kann der erfindungsgemässe Generator für verschiedene Zwecke verwendet werden. Beispielsweise kann der Generator als Erregerquelle für die Spektralanalyse und für Messungen angeregter Zustände von Atomen oder Molekülen und verschiedene andere physikalische Werte verwendet werden. Wenn der erfindungsgeraässe Generator in einem Spektralanalysator verwendet wird, so ergibt sich der wesentliche Vorteil, daß die charakteristischen Spektrallinien der Probe mit höchster Genauigkeit festgestellt werden können, bei welchem Verfahren die Proben im Fall festen Materials in pulverförmigen Zustand und im Fall flüssigen Materials in nebeiförmigen Zustand versetzt und dann durch den auf Fig. 1 gezeigten Einlaß 6 oder durch einen besonderen Probeneinlaß zusammen mit dem eine Entladung unterhaltenden Gas eingeführt werden, worauf das eingeführte Gemisch in einem Entladungsplasma angeregt wird.The generator according to the invention can have various reasons Purposes. For example, the generator can be used as an excitation source for spectral analysis and for Measurements of excited states of atoms or molecules and various other physical values can be used. If the generator according to the invention is used in a spectrum analyzer, the main advantage is that that the characteristic spectral lines of the sample can be determined with the highest accuracy which method the samples in the case of solid material in powdery state and in the case of liquid material in displaced fog-shaped state and then through the inlet 6 shown in Fig. 1 or through a special sample inlet introduced along with the discharge maintaining gas whereupon the introduced mixture is excited in a discharge plasma.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das beschriebene und auf der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern es sind diesem gegenüber zahlreiche Abwandlungen möglich , ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.Of course, the invention is not limited to the exemplary embodiment described and shown in the drawing, but there are numerous compared to this Modifications are possible without departing from the scope of the invention.

BAD ORlOiNAI. 8098 08/0 583BAD ORlOiNAI. 8098 08/0 583

Claims

- 8 -Patentanspruch- 8 patent claim

Hochfrequenz-Bogenentladungsgenerator, gekennzeichnet durch zumindest eine aus Aluminium bestehende Elektrode (1),High frequency arc discharge generator, characterized by at least one made of aluminum Electrode (1),

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