EA002935B1

EA002935B1 - Способ плазменной резки материалов, в частности, с помощью генератора с настроенным высокочастотным электромагнитным полем

Info

Publication number: EA002935B1
Application number: EA200000458A
Authority: EA
Inventors: Ричард Дж. Фуго
Original assignee: Ричард Дж. Фуго
Priority date: 1997-10-24
Filing date: 1998-09-24
Publication date: 2002-10-31
Also published as: EP1028662A4; NO20002073L; KR100543054B1; JP2001520939A; AP2001002064A0; AP1248A; AU9502698A; NO20002073D0; AP1357A; CN1176636C; EP1028662A1; KR20010024563A; NZ509421A; AP2000001810A0; CN1277546A; WO1999021496A1; WO1999021495A1; AU736239B2; IL135791A0; NO20010130D0

Abstract

Это изобретение относится к области надреза материи с использованием облака упорядоченной плазмы, особенно к облакам упорядоченной плазмы, формируемым и удерживаемым волнами электромагнитной энергии, передаваемым генератором высокочастотных сигналов, который согласован по полному сопротивлению, частоте и выходной мощности с частицами атомов, составляющими облако упорядоченной плазмы, которое окутывает верхушку активизированного режущего передающего электрода. Предложен способ резки материалов с использованием плазмы, состоящий из следующих этапов: применение электронной системы, в состав которой входят генератор импульсов высокочастотного диапазона и усилитель мощности, получение высокочастотной энергии, подача упомянутой высокочастотной энергии в верхушку активного режущего передающего электрода, формирование электромагнитного поля снаружи упомянутой верхушки активного режущего передающего электрода, создание облака плазмы, которое окутывает упомянутую верхушку активного режущего передающего электрода путем возбуждения частиц атомов вдоль границы раздела между упомянутой верхушкой активного режущего передающего электрода и обрабатываемой материей без применения впрыска ионизируемого газа в область, расположенную вокруг упомянутой верхушки активного режущего передающего электрода, поддержание облака плазмы путем высокоэффективной передачи энергии от электромагнитной волны к упомянутым частицам атомов, расположенным вдоль границы раздела между упомянутой поверхностью верхушки активного режущего передающего электрода и упомянутой материей, которая должна надрезаться,

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Это изобретение относится к области надреза материи с использованием облака упорядоченной плазмы, особенно к облакам упорядоченной плазмы, формируемым и удерживаемым волнами электромагнитной энергии, передаваемым генератором высокочастотных сигналов, который согласован по полному сопротивлению, частоте и выходной мощности с частицами атомов, составляющими облако упорядоченной плазмы, которое окутывает верхушку активизированного режущего передающего электрода.

Известный уровень техники

В большинстве случаев надрез выполняется закаленным резцом, например стальным, сапфировым резцом или алмазным резцом. Такой способ надреза основан на фрикционном физическом взаимодействии острой кромки твердого материала с обрабатываемой поверхностью. Такие чисто физические способы резки одного твердого материала другим твердым материалом являются неэффективными, так как отличаются значительным сопротивлением трения и недейственны, когда обрабатываемый материал обладает большой твердостью и плотностью. Поэтому многие обращаются к таким способам, как электронный надрез, электронадрез или электрохирургия материи. В этих видах надреза материи электрическая дуга инициирует дуговую резку или испарение материи, которая нагревается с помощью электрического сопротивления, вызванного такими явлениями, как диэлектрический гистерезис и вихревые токи. Эти два последних явления вызывают эффект, известный как диатермия, который может вызвать физическую реакцию, способную создавать эффект резки материи. Этот подход получил ограниченное применение, так как к числу его недостатков относится разрушение материи за границами предполагаемой траектории обработки, с получением прогорания, обугливания и часто неприятного запаха дыма. Неэффективность классических электрорежущих аппаратов проявляется в большом энергопотреблении для поддержания процесса резания в точке надреза, которое превышает 50 Вт. Это сравнительно большое энергопотребление, необходимое в классических электрохирургических или электрорежущих аппаратах, вторично по сравнению с неэффективностью этих аппаратов, которые работают на сочетании классической омической диатермии и нестабильного дугообразования в каустической плазме.

Для осуществления надреза и резки используются также лазеры, однако, эти аппараты дороги и для их работы требуется большое количество подводимой энергии, которая расходуется на создание лазерного луча достаточной мощности, способного резать или надрезать материю. Лазеры используются для поджига плазмы и в таких технологиях, как травление в области микроэлектроники.

Дугообразование в плазме может присутствовать в ряде таких областей техники, как дуговая сварка, дуга свечи зажигания, дуга грозового разряда, неоновое освещение и электрохирургическая дуга. По сути, дугообразование является видом потока неупорядоченной плазмы и представляет из себя неуправляемый, турбулентный поток ионизированных частиц атомов в плазме, а также хаотическое движение частиц атомов в плазме. Турбулентность потока частиц в плазменной дуге является видом хаотического движения частиц атомов, а неуправляемая природа хаотического движения частиц атомов приводит к выбросу в материю большого количества энергии за пределами предполагаемой траектории надреза и поэтому может приводить к чрезмерному нагреву. Этот выброс энергии в материю, окружающую предполагаемую траекторию надреза материи, приводит к воздействию энергии на окружающую материю и к разрушению этой материи. Явное снижение мощности, подаваемой к верхушке резца, само по себе не значительно улучшает организацию плазмы, так же как и не снижает существенно турбулентность потока ионизированных частиц атомов, которыми подпитывается плазма. Кроме того, в настоящем изобретении для минимизации дугообразования в неупорядоченной плазме используется множество принципов физической химии. В нашем изобретении минимизация дугообразования в неупорядоченной плазме осуществляется за счет минимизации турбулентности потока частиц атомов в плазменном облаке, что приводит к значительному снижению хаотического движения частиц атомов в облаке плазмы и таким образом к образованию облака упорядоченной плазмы. Процесс резки упорядоченной плазмой носит более управляемый, эффективный и безопасный характер, так как составляющие частиц атомов в облаке упорядоченной плазмы находятся в более стабильном, сбалансированном и управляемом состоянии с большей степенью организации и меньшей турбулентностью потока частиц атомов по сравнению с неупорядоченной плазмой. К тому же облако упорядоченной плазмы по настоящему изобретению сжимается, управляется, ограничивается и формируется при помощи физического пинч-эффекта. Сжатое облако плазмы по настоящему изобретению затем захватывается и удерживается таким явлением, которое в физике называется магнитная «бутылка» и используется в такой области науки, как ядерная физика.

Краткое изложение сущности изобретения

В изобретении описан способ создания облака упорядоченной плазмы с низкой турбулентностью потока частиц атомов в плазменном облаке, обеспечивающий состояние неинтенсивного хаотического движения частиц атомов в плазме. В физике различают четыре типа мате рии: твердые вещества, жидкие вещества, газы и плазма. И хотя в земных условиях не известны примеры существования плазмы, большая часть вселенной состоит из плазмы. Вид плазменного облака по настоящему изобретению формируется с помощью недорогого высокочастотного генератора и усилителя, подобного тому, который используется в серийном радиопередатчике. Низкий уровень подводимой энергии электромагнитного генератора по настоящему изобретению частично возможен благодаря тому, что режущий передающий электрод и облако упорядоченной плазмы согласованы между собой по полному сопротивлению, частоте и выходной мощности системы. Верхушка активизированного режущего передающего электрода создает облако плазмы, которое затем окутывает поверхность верхушки активизированного режущего передающего электрода. Желательно, чтобы режущий передающий электрод по настоящему изобретению был выполнен в виде сплошного, не полого проводника, но может быть использован также и полый режущий передающий электрод. В соответствии со скинэффектом, известным в физике, при активации электромагнитного передающего устройства высокочастотного диапазона по настоящему изобретению большая часть потока электронов проходит вдоль поверхности или поверхностного слоя режущего передающего устройства или режущей верхушки. Путем согласования параметров электромагнитной волны высокочастотного диапазона верхушки активизированного режущего передающего электрода и плазменного облака, окутывающего верхушку режущего электрода, по полному сопротивлению мы получаем хорошо согласованную систему передачи энергии с передачей большой доли суммарной электромагнитной энергии облаку плазмы, при этом обратно в активизированный режущий передающий электрод отражается только небольшая доля электромагнитной энергии. Эта идея аналогична согласованию по полному сопротивлению стандартной радиопередающей антенны с атмосферным воздухом.

Дугообразование само по себе проявляется в виде потока неупорядоченной плазмы и представляет неконтролируемый, турбулентный поток ионизированных частиц атомов в плазме, что влечет за собой увеличение интенсивности хаотического движения частиц атомов в плазме. Явное снижение мощности, подаваемой к верхушке резца, само по себе не значительно улучшает организацию плазмы, также как и не снижает существенно турбулентность потока ионизированных частиц атомов, которыми подпитывается плазма. Турбулентность потока частиц в плазменной дуге является видом хаотического движения частиц атомов, а неуправляемая природа хаотического движения частиц атомов приводит к выбросу в материю большого количества энергии за пределами предполагаемой траектории надреза и поэтому может приводить к чрезмерному нагреву. Этот выброс энергии в материю, окружающую предполагаемую траекторию надреза материи, приводит к воздействию энергии на окружающую материю и к разрушению этой материи. Кроме того, в нашем изобретении минимизация дугообразования в неупорядоченной плазме осуществляется за счет минимизации турбулентности частиц атомов в облаке плазмы, что приводит к значительному снижению интенсивности хаотического движения частиц атомов облака плазмы и таким образом к образованию облака упорядоченной плазмы.

После того как облако упорядоченной плазмы образовано, это облако упорядоченной плазмы сжимается, управляется, ограничивается и формируется при помощи электромагнитных волн, передаваемых верхушкой активизированного режущего передающего электрода, при этом используется известный в физике пинчэффект. Это сжатое облако плазмы затем захватывается и удерживается с использованием передаваемого магнитного поля в соответствии с явлением, которое в физике называется магнитная «бутылка» и используется в такой области науки, как ядерная физика. Это позволяет нам уменьшить толщину плазменного слоя над режущим электродом путем сжатия плазмы, увеличения ее плотности и захвата облака упорядоченной плазмы. Этот эффект позволяет нам увеличить плотность упорядоченной плазмы, окутывающей режущую верхушку. Увеличенная плотность частиц атомов в облаке упорядоченной плазмы приводит к увеличению плотности энергии в плазменном облаке. А это, в свою очередь, позволяет увеличить эффективность резки материи, а также приводит к получению более тонкой траектории резки обрабатываемой материи. После прохождения электромагнитных волн через плазменное покрытие оно сталкивается с материей, окружающей облако упорядоченной плазмы, с которой у электромагнитной волны нет согласования по полному сопротивлению. Поэтому большая доля суммарной энергии электромагнитного излучения передается окружающей материи. Такое физическое взаимодействие электромагнитного излучения с материей описывается туннельным эффектом физической химии. Эта энергия электромагнитных волн, которая отражается назад в облако упорядоченной плазмы, еще больше возбуждает частицы атомов облака плазмы, и таким образом еще больше снижается потребность в электромагнитной энергии на выходе системы электромагнитного генератора.

Сочетание повышенной организации плазмы, повышенной плотности упорядоченной плазмы, более тонкого покрытия упорядоченной плазмы над активизированным режущим передающим электродом и влияния туннельного эффекта на форму сигнала генерируемого элек тромагнитного излучения позволяет получить более высокую эффективность, ровный надрез материи предполагаемой траектории резки с минимальным выбросом энергии в материю, окружающую предполагаемую траекторию надреза. Уменьшение выброса энергии в ткань, окружающую предполагаемую траекторию надреза, приводит к значительному уменьшению повреждений материи за границами предполагаемой траектории резки. В соответствии с физическими принципами, гармоническая плазма создается для более эффективной и более ровной резки и надреза материи, чем это делалось другими способами.

В отличие от классических электрорежущих устройств, частота колебаний электромагнитного генератора по настоящему изобретению согласуется с гармониками колебаний молекул облака плазмы вдоль границы раздела между режущей верхушкой и обрабатываемой материей. Уровень кинетической энергии этого тонкого слоя поверхностных частиц атомов становится необычайно высоким, что приводит к образованию облака ионов и электронов высоких энергий, окружающего режущий электрод. Затем молекулы облака плазмы притягиваются центростремительно к верхушке режущего электрода под действием волн высокочастотного диапазона, подаваемых непрерывно или в импульсном режиме на верхушку активизированного режущего передающего электрода, которое излучает электромагнитные волны. Это создает высокоплотный слой упорядоченной режущей плазмы над поверхностью режущего электрода. Настоящее изобретение позволяет создавать облако режущей плазмы без впрыска ионизируемого газа в область резания, как это происходит в плазменных камерах устройств, генерирующих плазму, типа плазменного резака и системы плазменного травления. После отключения электромагнитного излучения плазма быстро отдает свою энергию и частицы атомов в плазменном облаке теряют энергию, которая им необходима для того, чтобы оставаться в состоянии плазмы. При индуцировании в электродной верхушке энергии излучения высокочастотного диапазона с согласованием активизированного электромагнитного электрода по полному сопротивлению, частоте и мощности с окутывающим облаком упорядоченной плазмы может быть создан плазменный резец, который режет с помощью энергии частиц атомов плазмы. Согласование по полному сопротивлению передаваемого электромагнитного излучения с плазмой, окружающей режущую верхушку, происходит так же, как и согласование по полному сопротивлению электромагнитного излучения передающей антенны с воздухом вокруг антенны. При прохождении электромагнитных волн через слой плазмы не по предполагаемой траектории резки происходит их встреча с материей, с которой нет согласования по полному сопротивлению, и это вызывает сильное затухание передаваемого электромагнитного сигнала, что описывается таким явлением физической химии, как туннельный эффект. Поэтому эффективность надреза усиливается в области предполагаемой траектории надреза, в то время как она резко падает за пределами этой области, что обеспечивает минимальное воздействие электромагнитного излучения и влияние на материю за пределами траектории предполагаемого надреза и минимальные побочные эффекты. Конечным результатом является безопасность и эффективность при обеспечении ровного надреза материи.

Цели и преимущества

Ниже приводятся цели и преимущества настоящего изобретения:

a) разработка способа надрезки, в котором используются недорогие электронные генератор, усилитель и электродпередающий сигнал высокочастотного диапазона для генерирования, усиления и передачи волн электромагнитного излучения;

b) применение сплошного, не полого электропроводящего электрода, передающего излучение высокочастотного диапазона, для создания, поддержания плазмы и управления плазмой;

c) получение плазменного резака на базе электронного генератора электромагнитного поля, который не требует подвода большого количества энергии по сравнению с другими способами надрезки, которые применяются в настоящее время. Более того, эта система требует более низкой энергии на выходе по отношению к другим способам надрезки, применяемым в настоящее время, при этом энергозатраты не превышают 1 Вт средней выходной мощности;

б) создание облака плазмы без впрыска ионизируемого газа в область резки, как это применяется в плазменных камерах таких плазменных устройств, как плазменные резаки и системы плазменного травления;

е) создание облака упорядоченной плазмы с низкой интенсивностью хаотического движения частиц атомов и малой турбулентностью потока частиц путем согласования по полному сопротивлению энергии электромагнитного генератора с облаком плазмы вокруг и сверху верхушки активизированного режущего передающего электрода;

ί) создание облака упорядоченной плазмы с низкой интенсивностью хаотического движения частиц атомов и малой турбулентностью потока частиц путем частотного согласования энергии электромагнитного генератора с гармониками колебаний частиц атомов облака плазмы вокруг и сверху верхушки активизированного режущего передающего электрода;

д) создание облака упорядоченной плазмы с низкой интенсивностью хаотического движения частиц атомов и малой турбулентностью потока частиц путем согласования выходной мощности электромагнитного генератора и потребляемой мощности для формирования и поддержания облака упорядоченной плазмы;

11) получение высокоэффективной передачи энергии от генератора электромагнитного излучения в облако плазмы вокруг и сверху верхушки активизированного режущего передающего электрода, что обеспечивает снижение выходной мощности высокочастотного генератора/усилителя для формирования и поддержания облака упорядоченной плазмы вокруг верхушки активизированного режущего передающего электрода;

ί) использование физического принципа, известного как пинч-эффект, для увеличения плотности, сжатия и ограничения облака упорядоченной плазмы, окутывающего верхушку активизированного режущего передающего электрода;

_)) применение физического принципа эффекта магнитной «бутылки» для захвата и удержания облака упорядоченной плазмы с целью исключения необходимости в твердотельной емкости для удержания облака плазмы. Это исключает необходимость в полой камере для удержания плазмы рядом с верхушкой активизированного режущего передающего электрода;

k) использование принципа физической химии, известного как туннельный эффект, для отражения электромагнитной волны, передаваемой верхушкой активизированного режущего передающего электрода в сторону от материи, окружающей облако упорядоченной плазмы, и затем обратно в облако упорядоченной плазмы, окружающее верхушку активизированного режущего передающего электрода. Таким образом, удается использовать туннельный эффект для создания электромагнитной экранировки, которая минимизирует взаимодействие передаваемого электромагнитного излучения с материей за границами траектории надреза и прохождение этого излучения в материю за границами предполагаемой траектории надреза. Это минимизирует потенциальные побочные эффекты от радиационного воздействия. Кроме того, электромагнитное излучение, отраженное обратно в облако плазмы, еще больше возбуждает облако упорядоченной плазмы, что еще больше снижает потребности в энергии, подводимой электромагнитным генератором;

l) использование облака упорядоченной плазмы, образованного вокруг верхушки активизированного режущего передающего электрода, для фокусировки кинетической энергии режущей плазмы в узкой области режущей траектории для получения дискретных, ровных надрезов материи с минимальным воздействием или минимальными побочными эффектами для материи за границами предполагаемой траектории надреза;

т) получение способа, альтернативного чисто физическим техникам резки, с использованием таких инструментов, как ножи и резаки, с обеспечением при этом повышенной эффективности, действенности, чистоты реза, а также менее дорогого по сравнению с такими применяемыми в настоящее время способами резки, как лазерный.

Подробное изложение предпочтительных вариантов изобретения

Способ надреза материи по настоящему изобретению отличается от всех предыдущих способов надреза материи. В предложенном способе использована электронная система, включающая генератор/усилитель высокочастотных сигналов, позволяющая генерировать в непрерывном или импульсном режиме электромагнитную волну высокочастотного диапазона, которая направляется на надрезаемый участок и затем передается по режущему передающему электроду. По предпочтительному варианту настоящего изобретения режущий электрод выполняется в виде сплошного, не полого проводника, хотя можно применять и частично или полностью полый режущий передающий электрод. Система по настоящему изобретению подобна обычному радиопередатчику, который согласован по полному сопротивлению с атмосферным воздухом, при этом данная система согласована по полному сопротивлению, частоте, мощности с облаком упорядоченной плазмы, расположенному вокруг верхушки активизированного режущего передающего электрода.

Плазма - самый редкий из четырех видов материи, встречающихся на земле, но она чаще других видов материи встречается во вселенной. Примерами плазмы на земле могут служить дуговая сварка, дуга свечи зажигания, неоновый свет, дуги грозовых разрядов и дуги каустической плазмы в электрохирургии. Плазма используется также в таких областях, как травление полупроводников, но здесь она получается с помощью таких дорогостоящих и энергоемких систем, как лазеры или камеры травления с использованием плазмы.

Для получения и передачи в незатухающем или импульсном режиме электромагнитного поля с помощью активизированного режущего передающего электрода в системе по настоящему изобретению используется недорогая электронная система на основе высокочастотного генератора/усилителя. Отдельные параметры этой системы на основе генератора электромагнитного поля сильно зависят от компонентов частиц атомов вдоль границы раздела между режущим передающим электродом и обрабатываемой материей. В отличие от тех систем, для которых требуется впрыск ионизируемого газа в область резания с последующим его возбуждением и преобразованием в плазму, в системе по настоящему изобретению для формирования облака плазмы используются атомы, располо женные вдоль границы раздела режущего передающего электрода. В предпочтительном варианте настоящего изобретения режущий передающий электрод имеет прямолинейную или криволинейную форму, однако, форма передающего электрода задается необязательно и электрод может даже иметь форму петли. Система по настоящему изобретению согласована по полному сопротивлению, частоте и выходной мощности таким образом, чтобы сформировать и поддерживать облако упорядоченной плазмы, которое окутывает активизированный режущий передающий электрод, что обеспечивает минимизацию дугообразования классической плазмы на границе между режущей верхушкой и обрабатываемой материей.

По сути, дугообразование является видом потока неупорядоченной плазмы и представляет неуправляемый, турбулентный поток ионизированных частиц атомов в плазме, а также возросшее хаотическое движение частиц атомов в плазме. Явное снижение мощности, подаваемой к верхушке резца, само по себе не значительно улучшает организацию плазмы, так же как и не снижает существенно турбулентность потока ионизированных частиц атомов, которыми подпитывается плазма. Как и в случае с другими видами материи, плазма представлена широким спектром физических проявлений, включая широкий диапазон температур, плотности, характеристик потока, составляющих частиц атомов и т.п. На земле дугообразование в плазме можно найти в таких областях, как дуговая сварка, дуги свечи зажигания, дуга грозового разряда, неоновый свет и электрохирургическая дуга. Большая турбулентность потока частиц атомов в плазменной дуге представляет из себя вид хаотического движения частиц атомов, при этом неуправляемая природа хаотического движения частиц атомов вызвана турбулентным потоком частиц атомов в плазменном облаке. Этот вид плазмы представляет из себя неупорядоченную плазму и приводит к чрезмерному нагреву или выбросу больших количеств энергии в материю за границами предполагаемой траектории надреза. Такой энергетический выброс, выходящий за предполагаемую траекторию надреза материи, приводит к энергетическому воздействию, тепловому воздействию на окружающую материю и к ее разрушению. Таким образом настоящее изобретение минимизирует дугообразование в плазме путем минимизации турбулентности потока частиц атомов и хаотического движения частиц атомов в облаке плазмы, что обеспечивает формирование облака упорядоченной плазмы.

При пересечении электромагнитным полем тонкого слоя из упорядоченной плазмы, окружающего активизированный режущий передающий электрод, электромагнитное поле медленно затухает или уменьшается его амплитуда. Наконец, электромагнитное поле целиком про ходит через облако плазмы и взаимодействует с материей за границами предполагаемой траектории надреза вокруг облака режущей плазмы. Затем в соответствии с принципом туннельного эффекта, известного из физической химии, сформированная электромагнитная волна натыкается на барьер, на который она не настроена и с которым не согласована по полному сопротивлению, и это приводит к тому, что большая доля суммарной энергии электромагнитной волны отражается обратно в облако упорядоченной плазмы. Эта отраженная электромагнитная энергия еще больше возбуждает молекулярные частицы в облаке плазмы, что приводит к снижению энергии выхода, которая должна передаваться системой на базе генератора электромагнитных волн. Этот процесс служит также для минимизации доли суммарного электромагнитного излучения, которое проходит внутрь материи за границами предполагаемой траектории надреза, реагирует с ней и может привести к ее радиационному разрушению.

Для контроля за расстоянием между частицами атомов в облаке упорядоченной плазмы и поверхностью активизированного режущего передающего электрода используется центростремительная сила сформированного электромагнитного поля. В системе по настоящему изобретению используется также пинч-эффект, который в течение многих лет применялся в таких областях науки, как физика плазмы. Таким образом при использовании сплошного или полого режущего передающего электрода появляется возможность сжимать, ограничивать, формировать и контролировать облако упорядоченной плазмы. После этого для захвата и удержания облака сжатой плазмы применяется магнитная «бутылка», которая ранее использовалась в ядерной физике и которая для захвата и контроля плазмы позволяет обходиться без твердотельного сдерживающего корпуса и полых режущих электродов. Увеличение плотности частиц атомов в облаке упорядоченной плазмы позволяет увеличить плотность энерговыделения в облаке плазмы, что ведет к повышению эффективности резки и мощности облака плазмы.

Кроме того, сжатие облака плазмы вызывает уменьшение поперечного сечения облака плазмы, что ведет к уменьшению ширины предполагаемой траектории надреза, а также к минимизации побочных эффектов или возможных неблагоприятных воздействий на материю за границами предполагаемой траектории надреза. При отключении системы генератора электромагнитных волн уровень энергии облака упорядоченной плазмы резко спадает до точки, где частицы атомов, составляющие облако плазмы, не могут поддерживаться в состоянии материи, известном как плазма.

Поэтому можно видеть, что использование специальным образом настроенной электромагнитной волны для формирования упорядочен ной плазмы с контролируемыми формой и контуром дает нам более эффективный, более управляемый, менее токсичный и более выгодный способ надреза материи.

Хотя представленное выше описание содержит много технических требований, не следует делать вывод о том, что они ограничивают объем изобретения, скорее они иллюстрируют примеры осуществления изобретения, являющиеся предпочтительными в настоящее время. Таким образом, объем изобретения определяется по прилагаемой формуле изобретения и юридическим эквивалентам, а не по приведенным примерам.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ резки материалов с использованием плазмы, состоящий из следующих этапов:

подачи высокочастотных электромагнитных колебаний к вершине активного режущего передающего электрода путем использования электронной системы, в состав которой входят генератор импульсов высокочастотного диапазона и усилитель мощности для формирования электромагнитного поля снаружи упомянутой вершины активного режущего передающего электрода и создания облака плазмы, окутывающего упомянутую вершину активного режущего передающего электрода и возникающего за счет возбуждения частиц атомов вдоль границы раздела между упомянутой вершиной активного режущего передающего электрода и обрабатываемой материей без применения впрыска ионизируемого газа в область, расположенную вокруг упомянутой вершины активного режущего передающего электрода;

надреза упомянутой материи путем использования энергии упомянутого облака плазмы, окружающего упомянутую вершину активного режущего передающего электрода, для получения безопасного, ровного, эффективного и действенного надреза в упомянутой материи;

поддержания облака плазмы при передаче энергии электромагнитной волны к упомянутым частицам атомов, расположенным вдоль границы раздела между упомянутой поверхностью вершины активного режущего передающего электрода и упомянутой материей, которая надрезается.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что вершина активного режущего передающего электрода выполнена из электропроводящего или полупроводникового материала и является сплошной, полой или полой наполовину.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что вершина активного режущего передающего электрода выполнена прямолинейной, криволинейной или в виде петли.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что электромагнитное поле обеспечивает возмож ность получения незатухающей упорядоченной волны электромагнитного излучения.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что формирование электромагнитного поля включает этап получения импульсного сигнала электромагнитного излучения.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что генератор сигналов высокочастотного диапазона и усилитель мощности для создания и поддержания упомянутого облака плазмы, окутывающего упомянутую вершину активного режущего передающего электрода, согласованы по полному сопротивлению, частоте и мощности упомянутой энергии высокочастотного диапазона.
7. Способ по п.6, включающий также этап обеспечения передачи упомянутой энергии высокочастотного диапазона с сильной связью, полученной от упомянутого генератора и усилителя сигналов высокочастотного диапазона, к упомянутым частицам атомов в упомянутом облаке плазмы, вдоль упомянутой поверхности упомянутой верхушки активного режущего передающего электрода.
8. Способ по п.7, отличающийся тем, что генератор сигналов высокочастотного диапазона и усилитель мощности согласованы между собой для обеспечения формирования и поддержания облака упорядоченной плазмы.
9. Способ по п.6, включающий также этап уменьшения турбулентности и хаотического движения упомянутых частиц атомов вдоль упомянутой поверхности упомянутой вершины активного режущего передающего электрода.
10. Способ по п.9, включающий также этап создания облака упорядоченной плазмы, которое окутывает упомянутую поверхность упомянутой вершины активного режущего передающего электрода.
11. Способ по п. 6, включающий также обеспечение передачи через упомянутое облако плазмы большой доли суммарной энергии упомянутой электромагнитной волны, сформированной генератором сигналов высокочастотного диапазона и усилителем мощности, вызывающее отражение большой доли упомянутой суммарной энергии упомянутой электромагнитной волны обратно в упомянутое облако плазмы, когда упомянутая электромагнитная волна достигает границы раздела между упомянутым облаком плазмы и упомянутой материей, которую нужно надрезать в соответствии с туннельным эффектом.
12. Способ по п. 11, включающий также обеспечение еще большего возбуждения упомянутого облака плазмы отраженной энергией упомянутой электромагнитной волны для уменьшения выходной энергии, требуемой для передачи через упомянутый генератор сигналов высокочастотного диапазона и усилитель мощности для формирования и поддержания упомянутого облака плазмы.
13. Способ по п. 11, включающий также этап экранировки упомянутой материи, окружающей траекторию предполагаемого надреза, от энергии упомянутой электромагнитной волны, обеспечивая таким образом защиту упомянутой материи за границами траектории надреза от влияния излучения.
14. Способ по п. 1, отличающийся тем, что упомянутый этап поддержания облака плазмы включает использование передаваемой магнитной волны для контроля за расстоянием между упомянутыми частицами атомов в облаке плазмы и поверхностью упомянутой верхушки активного режущего передающего электрода.
15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что этап захвата, сжатия, ограничения и управления формой и плотностью упомянутого облака плазмы осуществляют путем использования энергии упомянутой передаваемой магнитной волны в соответствии с пинч-эффектом.
16. Способ по п. 15, включающий также увеличение плотности энергии упомянутого облака плазмы для уменьшения при этом поперечного сечения упомянутого облака плазмы и ширины предполагаемой траектории надреза материи.
17. Способ по п. 14, включающий также этап захвата и удержания упомянутого облака плазмы без применения твердотельного удерживающего или локализующего корпуса или без впрыска упомянутого ионизируемого газа в упомянутую область, окружающую упомянутую верхушку активного режущего передающего электрода, путем применения упомянутой передаваемой магнитной волны в соответствии с эффектом магнитной “бутылки”.
18. Способ по п. 1, отличающийся тем, что упомянутый этап надреза материи включает этап выборочного изменения частоты и мощности упомянутой электромагнитной волны в соответствии с отклонениями параметров упомянутых частиц атомов, составляющих упомянутое облако плазмы, а также со способностью к изменению физических параметров упомянутого облака плазмы.
19. Способ получения надреза материи, состоящий из следующих этапов:

подачи высокочастотных электромагнитных колебаний к вершине активного режущего передающего электрода;

формирования электромагнитного поля снаружи вершины упомянутого электрода;

создания и поддержания облака плазмы, окутывающего упомянутую вершину активного режущего передающего электрода и возникающего за счет возбуждения частиц атомов вдоль границы раздела между упомянутой верхушкой активного режущего передающего электрода и надрезаемой материей.
20. Способ по п. 19, отличающийся тем, что упомянутый этап формирования электромагнитного поля обеспечивает возможность согла сования электромагнитного поля и облака плазмы по полному сопротивлению, частоте и мощности и подстройку параметров упомянутого электромагнитного поля под параметры упомянутого облака плазмы.
21. Способ по п.19, отличающийся тем, что упомянутый этап формирования электромагнитного поля включает продвижение упомянутого магнитного поля в материю, когда упомянутый электрод вплотную приближен к упомянутой материи, при этом упомянутое облако плазмы формируется при взаимодействии упомянутого электромагнитного поля с частицами атомов, которые расположены вдоль границы раздела между электродом и материей.
22. Способ по п.19, отличающийся тем, что упомянутый этап формирования электромагнитного поля включает изменение характеристик электромагнитного поля путем согласования цепей так, чтобы электромагнитное поле было согласовано с облаком плазмы по полному сопротивлению, частоте и мощности и было подстроено под него.
23. Способ по п. 19, отличающийся тем, что упомянутый этап формирования электромагнитного поля включает прохождение плазмы, которая образует упомянутое облако плазмы, вдоль линий магнитного поля упомянутого электромагнитного поля.
24. Способ по п.19, отличающийся тем, что упомянутый этап формирования электромагнитного поля включает формирование незатухающей упорядоченной волны электромагнитного излучения.
25. Способ по п. 19, отличающийся тем, что упомянутый этап формирования электромагнитного поля включает формирование импульсного электромагнитного сигнала.
26. Способ по п.19, включающий дополнительный этап, обеспечивающий передачу через упомянутое облако плазмы большой доли суммарной энергии упомянутого электромагнитного поля.
27. Способ по п.26, включающий дополнительный этап, обеспечивающий отражение большой доли суммарной энергии упомянутого электромагнитного поля обратно в упомянутое облако плазмы, когда упомянутое электромагнитное поле занимает границу раздела между облаком плазмы и материей.
28. Способ по п.27, включающий дополнительный этап, обеспечивающий отражение энергии обратно в облако плазмы для дополнительного возбуждения облака плазмы.
29. Способ по п.19, включающий дополнительный этап экранировки упомянутой материи, окружающей траекторию надреза, от электромагнитного поля.
30. Способ по п.19, включающий дополнительный этап увеличения плотности энергии упомянутого облака плазмы при одновременном уменьшении поперечного сечения упомянутого облака плазмы и ширины траектории надреза.
31. Способ по п.19, включающий дополнительный этап изменения параметров частоты, полного сопротивления или мощности электромагнитного поля в соответствии с изменениями параметров упомянутых частиц атомов в упомянутом облаке плазмы.