JP2005508068A - 特定的に同調された高周波電磁界発生器を備える、物質のプラズマ切込み用装置 - Google Patents

Abstract

調和のとれたプラズマ雲で物質内に切込みを入れる装置。高周波発生器システムは、駆動された送信機切込み用電極チップにより伝達されるパルスまたは連続電磁波形を生成する。この生成させられた電磁波は、駆動された送信機切込み用電極チップの表面で荷電された電子の粒子についてのアバランシェ効果をその後ひき起こす熱イオン化および光電効果といったプロセスで、プラズマ雲を開始させるために利用される。この電磁波は、原子粒子の乱流およびカオスが削減された状態で調和のとれたプラズマ雲を持続させ制御する目的で、プラズマ雲にインピーダンス整合し、周波数整合し、電力整合しおよび同調される。この調和のとれたプラズマ雲は、駆動された送信機電極チップの表面全体にわたりコートを形成し、かつ必要とされるプラズマ切断装置の電力増幅器からのエネルギーを低減させるように作用する。電磁波は、調和のとれたプラズマ雲を圧縮し、輪郭形成し、整形しおよび制御すべくピンチ効果を生じさせるためにも使用される。電磁波はさらに、駆動された切込み用電極チップに向かって内向きにプラズマ粒子を引張るように作用する発生させられた求心性の電界力および物理の磁気びん効果に従い、固体物質格納容器を要することなく、プラズマ雲を捕獲し格納するためにも使用される。潜在的電磁放射線被曝から、意図した切込み経路を取り囲む物質を遮へいし、その一方で、調和のとれたプラズマに伝達されたエネルギーを集束および増幅させるために、物理化学のトンネル効果が利用される。本発明は、物質内に切込みを入れるために用いることのできる効率良く、有効な、安全かつ清浄で廉価な装置である。

Description

【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、米国特許出願第０９／１１２，４７１号の一部継続出願（ＣＩＰ）である。
【０００２】
本発明は、調和のとれたプラズマ雲で物質内に切込み（ｉｎｃｉｓｉｏｎ）を入れるために利用されるプラズマ発生装置、具体的には、高周波信号発生器システムから伝達された電磁エネルギー波によって開始され持続される調和のとれたプラズマ雲に関する。このシステムは、本発明の装置により開始され、持続し、制御され、プロセス中本発明の駆動された送信機切込みプローブをコートする切込み用の調和のとれたプラズマ雲にインピーダンス整合し、周波数整合しおよび出力電力整合する。
【背景技術】
【０００３】
金属ブレード、サファイアブレードまたはダイヤモンドブレードといった硬質の物理的ブレードは、物質中に切込みを入れるために最も頻繁に利用される装置である。かかる切込みは、切込み対象物質の表面と硬質物質の鋭利な刃との間の摩擦による物理的相互作用に基づいている。１つの硬質の物質によってもう一つの硬質物質に切り込みを行うかかる純粋に物理的な方法は、切込みを受けている物質が生体組織、木製品さらには金属といった中実で密度の高いものである場合には不十分であり、従って著しく効率の悪い方法である。これらの理由から、ある者は、物質に対して、電子的に発生させられる切込み、電気切込みまたは電気外科といった装置を援用してきた。これらのタイプの装置が物質内に切込みを入れるために使用される場合、非制御のプラズマアークは物質の実質的な燃焼または揮発を誘発し、一方切込みを受けるべき物質中の電気オーム抵抗は、強誘電体ヒステリシスおよび渦電流といった現象に起因して加熱効果を作り出す。これらの後者の２つの現象は、物理的に切込みを生成できる物理的反応を結果としてもたらす可能性のあるジアテルミー（ｄｉａｔｈｅｒｍｙ）として知られる効果を生成する。このアプローチは、意図した切込み経路の外側の物質に対する広範な損傷および不快な臭いの煙霧をしばしばひき起こしその結果として熱傷および炭化の生成を含めた欠点をもつことから、使用に限界があった。従来の電気切込みユニットの効率の悪さは、切込み用チップにおいて切断効果を出すのに通常５０ワット以上という高い電力が必要とされることからも明らかである。従来の電気切断または電気外科ユニットにおいて必要とされたこの比較的高い電力は、従来のオーム（ｏｈｍｉｃ）ジアテルミー、ならびに不調和なプラズマの１つの形態である不安定で非制御で腐食性（ｃａｕｓｔｉｃ）のプラズマアーク放電の組合せに基づいて作動するこれらのユニットの切断効率の悪さから派生するものである。
【０００４】
切込みおよび切断のためにはレーザーも使用されてきた。しかしながら、これらのユニットは、高価で、しかも、物質を切断しまたは切込みを入れるのに十分なパワーをもつレーザービームを作り出すためには大量のシステム入力エネルギーを必要とする。レーザーは、プラズマを発生させるために使用されてきており、マイクロエレクトロニクスの分野のエッチングといったプロセスにおいても使用されている。
【０００５】
プラズマアークの放電は、溶接アーク、点火プラグアーク、稲妻アーク、ネオンランプ、螢光灯ランプおよび電気外科アークといった種々の分野で見られる。非制御アーク放電それ自体は、不調和プラズマ流の一形態であり、プラズマ内の原子粒子の実質的なカオス（ｃｈａｏｓ）のレベルを伴うプラズマ内のイオン化された原子粒子の非制御の乱流を表わす。プラズマアーク内の原子粒子の乱流は、原子粒子のカオスの一形態を表わし、原子粒子のカオスの非制御性は、意図した切込み経路の外側における物質内への実質的な量のエネルギーの漏出をひき起し、これにより過度の加熱を生じさせることがある。この実質的な加熱レベルは、従来の電気切断または電気外科ユニットで望ましくないアーク放電が起こったときに生じる。物質内への意図した切込み経路を取り囲む物質中へのこのエネルギーの漏出は、結果として周囲の物質に対するエネルギー被曝および損傷をもたらす。切断チップのパワーを単に減少させることだけでは、プラズマアークを含むイオン化された原子粒子流の乱流を大幅に低減させることがないので、それ自体著しくプラズマ原子粒子のカオスのレベルを低下させない。その上、本発明は、従来の不調和なプラズマアーク放電の原子粒子のカオスを最小にし、かつ本発明の装置により生成されたプラズマの物理的特性を制御するために、物理化学的原理群を使用している。本発明は、プラズマ雲内の原子粒子の乱流を削減し、これによりプラズマ雲の原子粒子のカオスを大幅に減少させ調和のとれたプラズマ雲を生成することによって、不調和（ｄｉｓｈａｒｍｏｎｉｏｕｓ）なプラズマアーク放電を最小限にする。調和（ｈａｒｍｏｎｉｏｕｓ）のとれたプラズマは、調和のとれたプラズマ雲内の原子粒子の成分が、不調和なプラズマに比べて、より高次の組織およびより少ない原子粒子の乱流を伴う、より安定した釣合いのとれたかつ制御された状態で存在することから、よりよく制御され効率良くかつより安全な形で切断を行なう。本発明の調和のとれたプラズマ雲はさらに、物理学のピンチ（Ｐｉｎｃｈ）効果を利用することによって、圧縮し、制御し、輪郭形成し整形される。本発明の圧縮されたプラズマ雲は、次に磁気びん（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｂｏｔｔｌｅ）現象および駆動された送信機切込み用チップに向かって内向きにプラズマ粒子を引張るように作用する求心性電界力により捕獲され格納される。これらの原理は両方共、物理学者にとって周知のものであり、核物理学といった分野で利用されている。本発明の装置は、従来の電気切断または電気外科ユニットとは異なり、従来のオームジアテルミーではなく、むしろ調和がとれ制御されたプラズマで切断する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、本発明の目的および利点は以下の通りである：
（ａ）廉価な電子高周波信号発生器、増幅器、インピーダンス整合および出力調節回路網ならびに送信機プローブを使用して、電磁波を発生させ、増幅し、調節しおよび伝達する切込み装置を提供する。
（ｂ）プラズマを生成し、維持し制御するために、中実、非中空の導電性高周波送信機プローブを利用すること、ただし、設計上、送信機プローブは完全に中空であっても部分的に中空であってもよい。
（ｃ）現在使用されている他の電気切断用切込み方法に比べて低い、２ワットという低平均入力電力でさえあるシステム入力エネルギーしか必要としない電子電磁界発生器システムから、プラズマ切断ブレードを生成すること。同様に、このシステムは、現在使用されている他の電気切断用切込み方法に比べて低い、１ワットという低平均入力電力でさえあるシステム出力エネルギーしか必要としない。
（ｄ）プラズマトーチおよびプラズマチャンバ内のエッチングシステムといったプラズマ発生装置内で見られるような切断の場の中にイオン化可能な気体を注入することを要することなく、切断用プラズマ雲を生成する。
（ｅ）起動された送信機切込み用電極チップを取り囲みコートするプラズマ雲に対する本発明の電磁発生器システムからのエネルギーを、インピーダンス整合および調節することにより、他のプラズマ切断装置よりも実質的に低減された原子粒子のカオスおよび乱流しか伴わない調和のとれたプラズマ雲を生成する。
（ｆ）駆動された送信機切込み用電極チップをコートし取り囲むプラズマ雲の原子粒子発振高周波および歳差運動周波数に対し本発明の電磁発生器システムからのエネルギーを周波数整合することにより、他のプラズマ切断装置よりも実質的に低減された原子粒子のカオスおよび乱流しか伴わない調和のとれたプラズマ雲を生成する。
（ｇ）調和のとれたプラズマ雲を開始させ持続させるのに必要とされる電力必要条件に、本発明の電磁発生器システムの出力電力を電力整合させることにより、他のプラズマ切断装置よりも実質的に低減された原子粒子のカオスおよび乱流しか伴わない調和のとれたプラズマ雲を生成する。
（ｈ）駆動された送信機切込み用電極チップを取り囲みコートするプラズマ雲内への、電磁波形発生器エネルギーの密に結合された高効率伝達を実現し、これにより、駆動された送信機切込み用電極チップを取り囲む調和のとれたプラズマ雲を開始させ持続させるのに要する高周波発生器／増幅器出力電力を低減させる。
（ｉ）駆動された送信機切込み用電極チップをコートする調和のとれたプラズマ雲を濃縮し、圧縮しおよび輪郭形成するために、ピンチ効果として知られる物理的原理を利用する。
（ｊ）駆動された送信機チップに向かって内向きにプラズマ粒子を引張るように作用しこれにより調和のとれたプラズマ雲を捕獲し格納し、かつ、これによりプラズマ雲をすっぽりと包むための中実の物質閉じ込めコンテナを必要とするように作用する求心的電界力と共に磁気びん効果として知られる物理的原理を利用すること。かくして、駆動された送信機切込み用電極チップの近くでの中空プラズマ保持チャンバを不要とする。
（ｋ）調和のとれたプラズマを取り囲む物質から離れるように駆動された送信機切込み用電極チップにより伝達されて電磁波を反射し、これにより駆動された送信機切込み用電極チップを取り囲む調和のとれたプラズマ雲内に戻るように電磁波を反射すべく、物理化学的なトンネル原理を利用すること。この要領で、意図した切込み経路の外側の物質と相互作用し、その中に侵入する伝達された電磁放射線を最小限にする電磁シールドを生成すべく、トンネル効果を利用する。このシステムは、電磁放射線被曝の潜在的な副作用を最小限に抑えるように作用する。さらに、プラズマ雲内に戻るように反射されたこの電磁放射線は、調和のとれたプラズマ雲をさらに付勢するように作用し、これにより、有効な切断のためにプラズマ雲を持続させるべく電磁発生器システムにより必要とされる出力エネルギーをさらに低減する。
（ｌ）意図した切込み経路の外側の物質に対する影響または副作用を最小限にしながら、物質内への離散的なきれいな切込みを生成するため、より薄い切断経路内に切断用プラズマの運動エネルギーを集束させるように、駆動された送信機切込み用電極チップのまわりに凝縮され調和のとれたプラズマ雲を使用する。
（ｍ）現在利用可能な他の切断様式よりも効率良く、より有効で、より正確でかつよりきれいな切断用装置をも提供しつつ、ナイフおよび金属ブレードといった純粋に物理的エネルギーの切断技術に代わるものを提供する。
（ｎ）レーザーといった市販の他の高度技術の切断装置に比べ、より廉価な切断装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の装置は、特定的に同調された高周波発生器および電力増幅器のシステムである。本発明は、送信機切込み用電極チップのための複雑な設計も、トカマックまたはサイクロトロンといった精巧なプラズマ制御装置も必要としない。本発明のシステムによって生成される電磁波は、放射電磁エネルギーの一形態であって、このシステムの駆動された送信機切込み用電極チップから伝達される。この放射電磁エネルギーは、駆動された送信機切込み用電極チップと切込みが入れられる物質との界面において、原子および分子と相互作用するように調節される。切込み用電極チップ表面における原子および分子と放射電磁エネルギーとの反応には、駆動された切込み用電極チップと切込みが入れられる物質との界面で原子の原子軌道から電子を剥ぎとる光電効果および熱イオン化が含まれる。放射エネルギーは、駆動された送信機切込み用電極チップの表面に沿って電子およびイオンを励起するように作用する。かかるプロセスの結果は、より高エネルギーのイオンおよび電子への原子変換である。遊離荷電原子粒子は空間内を高速で移動して電極界面内の他の原子の電子と衝突し、これにより付加的な電子をその原子軌道からはじき出す。このプロセスを反復することで、駆動された送信機切り込み用電極チップの表面に沿ったプラズマ雲の形成をひき起こす一助となるアバランシェ効果として知られる、荷電原子粒子の衝突の連鎖反応が起きる。本発明の装置は、駆動された送信機切り込み用電極チップをコートするプラズマ雲に、インピーダンス整合し、周波数整合し、電力整合しおよび同調する。本発明の装置は、意図した切込み経路を取り囲む物質内への放射電磁エネルギーの損失を最小限にしながら、プラズマ雲内へ最大のエネルギーを伝達すべく、プラズマ雲への密に結合された高効率のエネルギー伝達を可能にするよう、発生電磁波形を調節する。プラズマ雲内の原子粒子のカオスの減少を含めて、プラズマ雲の形状および特性を制御するために物理化学原理が利用される。このようにして、本発明の装置は、従来の電気切断または電気外科ユニットで見られた腐食性で不調和なプラズマアーク放電とは異なり、意図した切込み経路内にエネルギーを集中させる、調和のとれた制御されたプラズマを生成する。調和のとれたプラズマのこの雲は、従来の電気切断または電気外科システムに比べて、より低い原子粒子のカオスしか示さない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明のプラズマ切込み装置の標準的な実施形態が、図１および図２に例示される。高周波信号発生器（１０）は電源ボタンまたは電源スイッチ（１４）といった複数の手段により高周波スイッチ（１２）でオンオフ切換えされる。高周波信号発生器の出力信号は次に、単一ゲート（２０）を通してバーストモード・デューティーサイクル発生器（１６）かまたは連続モード自走式発生器（１８）のいずれかに従属させられる。その後、電力増幅器（２２）を通して、バーストモードまたは連続モードの高周波出力信号が増幅される。電力増幅器の出力信号は次に、インピーダンス整合および出力調節回路網（２４）を用いて調節され、その後駆動された切込み用送信機ハンドピース（２６）内に導かれる。駆動されたときに、切込み用送信機ハンドピース（２６）の先端部にある切込み用電極チップ（２８）はプラズマ雲でコートされ、このプラズマ雲は切込みが入れられる物質（３２）の中に切込み経路を設定するのに用いられる。切込みが入れられる物質（３２）は、静電結合プレート（３０）または抵抗結合電極（３４）のいずれかによって、本発明のプラズマ切込みシステムに結合させることができる。駆動された切込み用電極チップ（２８）は好ましくは、固体の非中空導体であるが、部分的または完全に中空の切込み用電極チップも利用可能である。切込み用電極チップ（２８）は好ましくは、設計上直線かまたは曲線である。ただし、切込み用電極チップ（２８）の形状は、設計的に必ずしも特定されたものでなく、ループまたは多角形で設計することも可能である。
【０００９】
物質に切込みを入れるための本発明は、従来のあらゆる物質切込み用装置と異なっている。高周波スイッチ（１２）を駆動または非駆動とするためには、電源ボタン／電源スイッチ（１４）が用いられる。従ってこれは高周波信号発生器（１０）の出力信号の伝送を規制する。高周波信号発生器（１０）の出力信号はさらに、その伝送がバーストモード・デューティーサイクル発生器（１６）または連続モード自走式発生器（１８）によって駆動化または非活動とされるように、制御される。その出力信号は、電力増幅器（２２）によって増幅され、次にインピーダンス整合および出力調節回路網（２４）により調節される。出力信号はその後、切込み用送信機ハンドピース（２６）に案内される。切込みが入れられる物質（３２）は、静電結合プレート（３０）または抵抗結合電極（３４）により、本発明にリンクできる。その出力信号は、切込み用電極チップ（２８）によりプラズマ切断用装置から伝達され、切込み用電極チップ（２８）をコートするためのプラズマ雲を生成する。このプラズマコートは、物質の原子および分子と反応することができ、これにより切込みが入れられる物質（３２）の中に切込み経路を設定する。
【００１０】
本発明のシステムは、大気にインピーダンス整合された標準の無線伝送システムと類似点をもつが、一方本発明のシステムは、駆動された切込み用電極チップ（２８）を取り囲む調和のとれたプラズマ雲に、インピーダンス整合し、周波数整合し、電力整合しそして同調されている。本発明は、他の電磁波伝送システムと類似点を有するものの、物質内にきれいでかつ効率の良い切込みを入れる新規の装置を形成すことを可能にするよう、実質的ないくつかの物理および化学の原理を利用し組み込んでいる。
【００１１】
本発明の装置の駆動された切込み用電極チップ（２８）の周囲における調和のとれたプラズマの生成は、結果として、本発明のプラズマ切断システムにより開始し、持続しおよび修正され得る可視的かつ組織的なプラズマ雲をもたらす。駆動された切込み用電極チップ（２８）をコートするこの調和のとれたプラズマは又、他のプラズマ切断用システムに比べ、プラズマ雲内における原子粒子カオスおよび乱流の実質的な削減が明らかとなり、これにより、本発明の装置は、独特な可視的かつおよび電子的特性を呈する。
【００１２】
このプラズマ雲の調和性は、意図した切込み経路外へのエネルギーの漏出を比較的少ないものにしつつ、意図した切込み経路内のエネルギー濃度を増大させうる。かくして、この装置は、従来の電気切断システムに比べ、意図した切込み経路の外側の物質に対する影響がより少ない状態で、より清潔で、より正確で、より強力でかつより効率の良い切込みを実現することができる。
【００１３】
プラズマは、宇宙の中では最も豊富な物質形態であるにもかかわらず、地球上に見い出される物質の４つのタイプのうち最も量が少ないものである。地球上のプラズマの例としては、溶接アーク、点火プラグアーク、ネオン灯アーク放電、稲妻放電のまわりのアークならびに電気切断または電気外科において見られる非制御の腐食性プラズマアークが含まれる。プラズマは又、半導体エッチングといった分野でも使用されるが、ここでは、レーザーまたは精巧なプラズマエッチングチャンバといった高価で高エネルギー消費システムによって生成される。従来の電気切断または電気外科ユニットが示す原子粒子の乱流およびカオスのレベルを、本発明ではプラズマ内の原子粒子の乱流またはカオスの増減を定義づけするための相対的規準として利用している。
【００１４】
本発明のシステムは、切込み用電極チップ（２８）からの連続またはパルス電磁界を生成し、調節しおよび伝達するために、廉価な電子高周波発生器／増幅器を利用する。電磁界パルスモードのサイクルタイムは可変であり、パルスモードの各々の完全なオン／オフサイクルは、１秒の０．０００００１という短いものでありうる。この電磁界発生器システムの具体的パラメータは、切込み用電極チップ（２８）と切込みが入れられる物質（３２）との界面に沿った原子粒子の組成によって、主に決定される。切込みの場内にイオン化可能な気体を注入することを必要とすると共に注入された気体を付勢しプラズマに転換させるといったシステムとは異なって、本発明のシステムは、プラズマ雲を発生させるために、切込み用電極チップ（２８）と切込みが入れられる物質（３２）との界面に沿った原子を利用する。それでも、本発明のプラズマ切断用システムは、切断用プロセスを増大させるため切込み用電極チップ（２８）の場の中に供給される補足的なイオン化可能な気体を利用することもできる。しかしながら、本発明のシステムは、送信機切込み用電極チップのための複雑な設計も、トカマックやサイクロトロンといった精巧なプラズマ制御装置も必要としない。
【００１５】
本発明のシステムによって作り出される電磁波は、放射電磁エネルギーの一形態であり、本発明のシステムの駆動された切込み用電極チップ（２８）から伝達される。放射電磁エネルギーは、駆動された切込み用電極チップ（２８）において原子および分子と相互作用するように特に調節されている。原子粒子の相互作用とプラズマ切込み用電極チップ（２８）における力学とから、二次的に生成される電磁周波数は、システムの機能および有効性において実質的な役割を果たす。基本的な発生させられた電磁波形の高調波周波数は、しばしば、システムの機能、力学および有効性に関して実質的役割を果たすことがある。原子および分子との放射電磁エネルギーの相互作用には、切込みが入れられる物質（３２）と切込み用電極チップ（２８）との界面における原子の原子軌道から、電子を剥ぎとる光電効果および熱イオン化が含まれる。かかるプロセスは結果として、遊離電子およびイオンへの、原子および分子の原子変換をもたらす。遊離荷電原子粒子は、空間内を移動して他の電極界面の原子と衝突し、これによりさらに多くの電子をその原子軌道からはじき出す。このプロセスを反復することで、駆動された切り込み用電極チップ（２８）の表面におけるプラズマ雲の形成に加わることになる、アバランシェ効果として知られる荷電原子粒子の衝突の連鎖反応が生まれる。
【００１６】
本発明の装置は、切り込み用電極チップ（２８）をコートするプラズマ雲に、インピーダンス整合し、周波数整合し、電力整合しそして同調している。本発明の装置は、意図した切込み経路を取り囲む物質内への放射電磁エネルギーの損失を最小限にしながら、切り込み用電極チップ（２８）からプラズマ雲内への最大のエネルギー伝達を可能にすべく、プラズマ雲への密に結合された高効率のエネルギー伝達を可能にするよう、伝達される電磁波形を調節する。プラズマ雲内の原子粒子のカオスの規制を含めて、プラズマ雲の形状および特性を制御するために、物理化学の原理が利用される。このようにして、本発明の装置は、従来の電気切断または電気外科ユニットで見られる腐食性の調和のとれない（ｄｉｓｈａｒｍｏｎｉｏｕｓ）プラズマアーク放電とは異なり、意図した切込み経路内にエネルギーを集中させ、調和がとれ制御されたプラズマを生成する。調和のとれたプラズマのこの雲は、従来の電気切断または電気外科システムに比べ、より低い原子粒子のカオスおよび乱流しかもたず、かくして、調和のとれないプラズマアーク放電を発生させることが知られている従来の電気切断または電気外科システムに見られるものと比べ、物質内へのより効率の良い切込みを生じさせる。
【００１７】
原子粒子の秩序を規制するための電磁界の使用についての、エレクトロニクス、物理および化学関連の文献が急増している。増大した原子粒子の秩序を作り出すための電磁界の使用の例は、モデムテクノロジーからしばしば生まれ、さらには、我々の社会のための電力を生成するタービン発電機さえも含まれる。同様にして、核磁気共鳴（ＮＭＲ）装置は、磁界の平面内で配向された原子粒子（原子粒子のカオスまたは組織破壊の下位レベル）、ランダムに配向された原子粒子（原子粒子のカオスまたは組織破壊の上位レベル）を変換させるために磁界を使用する。類似のプロセスとして、本発明の装置は、切込み用電極チップ（２８）のまわりのプラズマ雲を開始させ、持続させかつ調節するため、ならびにプラズマ雲内の原子粒子の組織破壊およびカオスを低減させるように、インピーダンス整合し、周波数整合し、電力整合しそして同調された電磁波を利用する。このようにして、本発明の切込み用電極チップ（２８）をコートするプラズマ雲内の原子粒子は、従来の電気切断用システムのプラズマアーク内に見られるものよりも低い原子粒子カオスおよび高い組織秩序を有するように調節され、これにより、本発明の装置は、調和のとれたプラズマ雲を発生させることができるようになる。
【００１８】
従前の電気切断または電気外科ユニット内に出現した原子粒子の乱流およびカオスのレベルを、本発明は、相対基準または基本を作り出すために、利用する。ここに、その基準や基本から、プラズマ内の原子粒子の乱流およびカオスの大きさの増減を定義し実証することができる。
【００１９】
電磁波の周波数および電磁波のパワーまたは電磁界強度の効果は、相互に関連しかつ動的である。核磁気共鳴から、歳差運動する原子粒子がその原子粒子歳差運動の周波数および放射電磁エネルギーの周波数が共鳴状態にある場合に放射電磁エネルギーを吸収できる、という教示が得られる。換言すると、核磁気共鳴は、原子粒子が放射電磁エネルギーの周波数に周波数整合している場合に、電磁エネルギーの効率の良い吸収が発生する、ということを実証している。本発明の装置は、切込み用電極チップ（２８）を取り囲むプラズマ雲を構成する原子粒子特性に、本発明の送信機電磁波を周波数整合させることの重要性について類似の関係を示している。
【００２０】
核磁気共鳴は、又、原子粒子の歳差運動の周波数を、原子粒子が中に存在する磁界の強度に直接関連付けることができる、ということを教示している。従って、印加磁界が強ければ強いほど、効率の良いエネルギー吸収のために必要とされる共鳴を実現するのに必要な電磁界周波数は高くなる。同様にして、地球のイオン圏の「Ｄ」および「Ｅ」層中の電子ジャイロ振動数は、我々が赤道から地球の北極または南極のいずれかの磁極に向かって移動するにつれて増大する。類似の科学的原理を重んじて、本発明の装置は、電界強度および電磁周波数の問題に対処しており、これにより切込み用電極チップ（２８）をコートするプラズマ雲を構成する原子粒子に本発明により伝達された電磁波を電力整合させそして周波数整合させる。それでも、本発明での電磁界発生器システムの個々のパラメータは、異なるタイプの物質内に切込みを入れる場合に変化し、これは、切込み用電極チップ（２８）と切込みが入れられる物質（３２）との界面に沿った原子粒子の組成によって、実質的に左右される。
【００２１】
伝達された電磁波と送信機要素を取り囲む分子組成との間には強い相互関係が存在する。アマチュア無線オペレータは、大気中に伝達される電磁波パワーの百分率を特徴付けるために、定在波比と呼ばれる尺度を利用している。アマチュア無線ユニットは、そのとき、大気中を伝達される電磁エネルギーの百分率を最大にすべく、その伝達された電磁波形を調節することができるが、本発明の装置は、駆動された切込み用電極チップ（２８）をコートし取り囲むプラズマ雲内への、密に結合され高い効率をもつ電磁波形伝達を提供するインピーダンス整合および出力調節回路網により、伝達される電磁放射線を最大限にするという点で、類似している。このようにして、本発明の装置は、切込み用電極チップ（２８）を取り囲むプラズマ雲内への、放射電磁エネルギーの効率の良い伝達を達成する。
【００２２】
アーク放電は、調和のとれないプラズマ流の一つの形態であり、プラズマ内のイオン化された原子粒子の非制御な乱流を表わし、これにより、プラズマ中の原子粒子のカオスおよび乱流を増大させる。核磁気共鳴（ＮＭＲ）といった他の場の中で示されるように、単に切断用チップのパワーを削減するだけでは、プラズマアークを構成するイオン化された原子粒子の流れの乱流またはカオスを大幅に低減しない限り、それ自体プラズマの調和を有意な形で改善させることはできない。他の形態の物質の場合にそうであるように、プラズマは、広い温度範囲、密度範囲、流れ特性範囲、原子粒子成分範囲等を含めた広範囲な物理的体系を有する。地球上で、プラズマアーク放電は、溶接アーク、点火プラグアーク、稲妻アーク、ネオン灯および電気切断または電気外科アークといった種々の分野で見い出すことができる。従来の電気切断用プラズマアーク内における原子粒子の乱流の実質的強度は、高い原子粒子カオスの一形態を表わし、ここに、原子粒子カオスの非制御性は、プラズマ雲内における原子粒子の乱流によって、ひき起こされる。この形態のプラズマは、調和のとれないプラズマを表わし、切断に使用される場合、意図した切込み経路の外側における物質内への有意な量のエネルギーの漏出または実質的な加熱を結果としてもたらす。意図した切込み経路を越えて物質内へと拡大するこのエネルギーの漏出は、周囲の物質に対する損傷、エネルギー被曝、熱被爆を結果としてもたらす。このようにして、本発明は、プラズマ雲内における原子粒子の乱流およびカオスを実質的に削減することにより、従来のプラズマアーク放電を最小限に抑え、これにより、調和のとれたプラズマ雲を発生させるものである。
【００２３】
電磁界が、駆動された切込み用電極チップ（２８）を取り囲む調和のとれたプラズマの薄いコートに入り込むにつれて、電磁界はゆっくりと減衰させられるかまたは振幅が減少する。最終的に、電磁界は、プラズマ雲内を完全に通過し、意図した切込み経路の外側における物質、すなわち切込み用プラズマ雲を取り囲む物質と出合うことになる。トンネリングと称する物理化学原理によって、発生させられた電磁波は次に、それが同調もインピーダンス整合もしていない障壁と出合うことになる。これにより、かくして、電磁波の残留エネルギーの実質的百分率が、調和のとれたプラズマ雲内に戻るように反射される。この反射された電磁エネルギーは、プラズマ雲内の分子粒子をさらに付勢するように作用し、これにより、電磁波発生器システムによって伝達されなくてはならない出力エネルギーを低減させてしまう。このプロセスは又、全電磁放射線の百分率を最小限におさえるのにも役立ち、ここにその全電磁放射は、意図した切込み経路の外側における物質内に進入し、それと反応しかつそれに対する潜在的な放射線被曝損傷を呈する。
【００２４】
本発明で発生させる電磁界の求心力は、調和のとれたプラズマ雲内の原子粒子と駆動された切込み用電極チップ（２８）の表面との間の距離を制御するために使用される。イオン化された粒子は、磁界内のらせん経路内を走行し、一方個々のイオン化された粒子は同時に、発振、振動、スピンおよび／または歳差運動しているかもしれない。さらに、長年にわたりプラズマ物理学といった分野で使用されてきたピンチ（Ｐｉｎｃｈ）効果は、本発明のシステム内で利用される。このようにして、中実または中空の送信機切込み用電極チップ（２８）で調和のとれたプラズマ雲を圧縮し、輪郭形成し、整形しそして制御することができる。又、中実物質格納容器を要することなく、圧縮されたプラズマ雲を捕獲し格納し、これによりプラズマ雲を捕獲し制御するために切込み用チッププローブを格納するための中空または空洞を不要とすべく、核物理学のような分野で使用される磁気びん効果ならびに求心的電界力（ｃｅｎｔｒｉｐｅｔａｌ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ ｆｏｒｃｅ）を利用する。調和のとれたプラズマ雲中の原子粒子の密度を増大させることにより、本発明では、プラズマ雲電力密度を実質的に増大させ、これによりプラズマ雲の切断効率およびパワーを改善することができる。
【００２５】
その上、プラズマ雲を圧縮すると、プラズマ雲の横断面直径の実質的減少がひき起こされ、これにより、意図した切込み経路の幅は減少し同時に意図した切込み経路の外側における物質に対する副作用または潜在的な悪影響は最小限に抑えられる。電磁波発生器システムの電源をひとたびオフにすると、調和のとれたプラズマ雲のエネルギーレベルは、プラズマとして知られる物質状態にプラズマ雲を含む原子粒子を持続させることができなくなるまで、急速に衰える。
【００２６】
従って、その形状、輪郭、電力密度および物理的特性を制御することのできる調和のとれたプラズマを発生させるのに、特定的に同調された電磁波を利用し、これによって、より効率よく、よりよく制御され、毒性が少なく、より費用対効果の高い、物質切込み方法を実現することができる。
【００２７】
従来の電気切断または電気外科ユニットは、物質内への切込みを生成するために非効率的な従来のオームジアテルミーを利用しているが、一方本発明の高周波発生器システムは、切込み用電極チップをコートする調和のとれたプラズマの薄い雲を生成しそれを持続させるために、調節されて伝達される電力を利用している。かくして、本発明では、従来のオーム電気切断または電気外科システムに比べ、少ないエネルギーしか必要としない。本発明によって生成された物質内への切込みは、本発明の切込み用電極チップをコートする調和のとれたプラズマ雲と、切込みが入れられる物質との相互作用によって生成される。実際、物質内への切込みは、駆動された切込み用電極チップを取り囲むプラズマ原子粒子が制御され調和のとれた雲のエネルギーによって、作り出される。さらに、本発明のプラズマ切込み用装置は、以下のような付加的な利点を有している。
・ プラズマの廉価な生成を可能にする。
・ プラズマの効率の良い生成を可能にする。
・ プラズマの制御可能な生成を可能にする。
・ 中実の物質内に切込みを入れることのできるプラズマの生成を可能にする。
・ 既知の物理的原理を利用して、生成されたプラズマ雲内への放射電磁エネルギーの伝達を最大限にする。
・ 既知の科学的原理を利用して、放射電磁エネルギーが、それ自体発振、振動、スピンおよび／または歳差運動する可能性のある原子粒子と相互作用し、それを刺激しかつ付勢することができる。
・ 従来のプラズマ切断装置で生成されるよりも低い原子粒子カオスおよび低い原子粒子乱流しか伴わないプラズマの生成を提供し、これにより、調和のとれたプラズマの生成を可能にする。
・ 切込み経路に含まれる物質のより狭い通路をもって、物質内に切込みを生成する。
・ 意図した切込み経路の外側における物質を電磁放射線から遮へいするために物理化学のトンネル効果を利用し、これにより、種々の形態の物質からなるシールドを要することなく、物質内への切込みを生成する。
・ 切込み用電極チップのまわりに生成されたプラズマを捕獲するために、求心的電界力および磁界力を利用する。
・ プラズマ雲の形状および密度の両方を圧縮し、輪郭形成し制御するためにピンチ効果を利用し、これにより、生成されたプラズマをすっぽり包むためのかさ高い格納チャンバを不要とする。
・ 送信機切込み用電極チップのための複雑な設計を不要とする。
・ トカマックまたはサイクロトロンといったプラズマ制御装置またはチャンバを不要とする。
・ 廉価で、清潔で、効率良く、安全かつ制御可能な、物質内への切込みを生成する。
【００２８】
上述のプラズマ切込み装置は種々の異なるタイプの物質を切断するために利用することができるが、当該発明者らは、（特に切嚢術処置の間の）眼組織の切断のために以下の最適な作業パラメータを見出した。
【表１】

【００２９】
当業者であれば、その他のタイプの物質（すなわち眼組織以外の物質）を適切に切込むためには、特定のタイプの物質についての上述の値を決定するような経験的計算を実施しなければならない、ということに留意するであろう。まず第１に、標準的な腐食性の調和のとれないプラズマアークが通常、初期基本プラズマの場として必要とされる。この初期プラズマアークは、電子機器から意図した切込み経路内への、不十分なパワー伝達のため、高い電力レベル（例えば、５０〜５００ワットの平均電力）を必要とする。このとき周波数、インピーダンスおよびシステム電力を経験的に独立して変化させることにより、科学者らは、意図した切込み経路内への最大のパワー伝達効率を得る適正な変数の組合せ、ならびに持続する調和のとれたプラズマ雲の創生を実現することが可能となる。１つの変数（例えば周波数）が改変され最適なレベルが発見されて、次に第２の変数（例えば出力インピーダンス）が改変され、次に第３の変数（例えば出力電力）が、プラズマ雲の改善された特性および改善されたエネルギー伝達に基づいて改変される。周波数、インピーダンスおよび電力パラメータは、高周波発生器１０、デューティサイクル発生器１６，１８の１つ、および調節回路網２４を使用して改変可能である。上述のシーケンスは、望ましい「調和のとれた」プラズマ雲が生成されるまで、何回も繰り返されなくてはならない。
【００３０】
本発明は、電子システムを、実験的に、「調和のとれた」プラズマ雲へと実験的に改善および精緻化すべき非精緻化プラズマ雲に対して、インピーダンス整合させ、電力整合させおよび周波数整合させることを含む。例えば、システムパワーが過度に低いと、プラズマ雲の減少をひき起こすことになり、一方、システムパワーが過度に高いと、プラズマ雲にその「調和」特性を失わせさらには爆発しやすく非制御なものにすることになる。適切なシステムパラメータに近付くにつれて、システムパワー要求は減少し、一方調和のとれたプラズマ雲の保全性が増大する。精緻化された「調和のとれた」プラズマ雲は、電子的かつ可視的に観察できる（例えば高解像度顕微鏡を通して）。
【００３１】
以上の説明は種々仕様を含んでいるが、これらは、本発明の範囲を制限するものではなく、本発明の好ましい実施形態のいくつかを例示しているにすぎないものとみなすべきである。かくして、本発明の範囲は、提示した例ではなく添付のクレームおよびその法律上の均等物によって決定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】送信機プローブシステムと切込みが入れられる物質との間の静電結合を伴うプラズマ切断装置を示す図である。
【図２】送信機プローブシステムと切込みが入れられる物質との間の抵抗結合を伴うプラズマ切断装置を示す図である。

Claims (50)

1. 高周波エネルギーを生成する手段と、
   前記高周波エネルギーを調節する手段と、
   前記の調節された高周波エネルギーを送信機切込み用電極チップ内に供給する手段と、
   前記送信機切込み用電極チップを取り囲むプラズマ雲を生成して持続させるべく、前記の調節された高周波エネルギーを利用して前記送信機切込み用電極チップの表面から外向きに電磁界を生成する手段であって、前記プラズマ雲を、駆動状態の前記送信機切込み用電極チップと前記切込みが入れられる前記物質との界面に沿って原子粒子を活性化させるために、前記の調節された高周波エネルギーを利用することにより、生成し持続させる手段と、
   を含んでなるプラズマを用いて物質内に切込みを生成するための装置。
2. 高周波エネルギーを生成するための前記手段が、高周波信号発生器を含んでなる請求項１に記載の装置。
3. 前記の高周波エネルギーを調節するための前記手段が、信号ゲートを介して高周波エネルギーをバーストモード・デューティーサイクル発生器に結合する手段を含んでなる請求項１に記載の装置。
4. 電磁界を生成するための前記手段が、連続的電磁波形を生成する手段を含んでなる請求項１に記載の装置。
5. 固定または可変の利得をもつ、前記信号ゲートに結合された電力増幅器をさらに含んでなる請求項３に記載の装置。
6. 高周波エネルギーを調節するための前記手段が、前記送信機切込み用電極チップからの信号伝達を最大にし、これにより前記装置内に戻る信号反射率を最小にすべく、高周波エネルギーの信号特性を調節および調整するインピーダンス整合および出力調節回路網を介して前記高周波エネルギーを案内する手段を含んでなる請求項１に記載の装置。
7. 電磁界を生成するための前記手段が、前記切込み用電極チップに前記の調節された高周波エネルギーを伝達する前に、導波管を通して切込み用送信機デバイス内に前記の調節された高周波エネルギーを伝達する手段を含んでなる請求項１に記載の装置。
8. 前記送信機切込み用電極チップが、固体の電気導体または半導体部材を含んでなる請求項１に記載の装置。
9. 前記駆動状態の送信機切込み用電極チップが、直線または実質的に曲線の部材を含んでなる請求項１に記載の装置。
10. 前記高周波エネルギーを調節する前記手段が、前記電磁界を前記プラズマ雲に、インピーダンス整合させ、周波数整合させ、電力整合させおよび同調させることを含んでなる請求項１に記載の装置。
11. 前記送信機切込み用電極チップの前記表面に沿って、前記駆動状態の送信機切込み用電極チップから前記プラズマ雲内の前記原子粒子までの前記の調節された高周波エネルギーの効率良いエネルギー伝達を行い、これによりプラズマ切込み装置の電力要求を低減させる手段をさらに含んでなる請求項１に記載の装置。
12. 前記高周波エネルギーを調節するための前記手段が、前記切込み用電極チップの前記表面に沿った前記原子粒子に前記プラズマ切込み装置を実質的に同調させ、これにより前記プラズマ切込み装置を、原子粒子発振、振動、スピンおよび歳差運動のような切断経路の原子粒子特性に同調させ、制御されたプラズマ雲を発生させて持続させるために、システム出力パワー、前記電磁界周波数および前記電磁界インピーダンスを整合させる手段を含んでなる請求項１に記載の装置。
13. 前記高周波エネルギーを調節する前記手段が、前記送信機切込み用電極チップの前記表面に沿った前記プラズマ雲内の前記原子粒子の乱流およびカオス状態を低減させる手段を含んでなる請求項１に記載の装置。
14. 電磁界を生成するための前記手段は、前記電磁界が意図した切込み経路内で物質を切込んでいるときに前記プラズマ雲内に前記電磁界の合計エネルギーのうち高い百分率のエネルギーが伝達され得るようにし、かつ、前記電磁界が意図した切込み経路の外側にある物質に達したときに前記電磁界の合計エネルギーのうち高い百分率のエネルギーが前記プラズマ雲の外側の前記物質内に伝達されるのを許容しない手段を含んでなる請求項１に記載の装置。
15. 意図した切込み経路の外側における物質により生成された前記電磁界の反射されたエネルギーが、前記プラズマ雲をさらに付勢しこれにより前記プラズマ雲を発生させて持続させるべく前記切込み用電極チップにより伝達される必要のある合計出力パワーをさらに低減させる請求項１４に記載の装置。
16. 前記電磁界を生成する手段が、前記プラズマ切込み装置の前記電磁界の前記高周波エネルギーから、前記意図した切込みの前記経路を取り囲む物質を遮へいする手段を含んでなる請求項１４に記載の装置。
17. 前記電磁界を生成する手段が、前記プラズマ雲内の前記原子粒子と前記駆動状態の送信機切込み用電極チップの前記表面との間の距離を制御するように、前記切込み用電極チップから伝達された前記電磁界を制御する手段を含んでなる請求項１に記載の装置。
18. 前記電磁界を生成する手段が、固体物質閉じ込めまたは格納の容器を要することなく、前記切込み用電極チップのまわりに前記プラズマ雲を捕捉し閉じ込める手段を含んでなる請求項１に記載の装置。
19. 前記電磁界を生成する手段が、前記切込み用電極チップのまわりの前記プラズマ雲の形状および密度の両方を捕捉し、圧縮し、輪郭形成し、そして制御する手段を含んでなる請求項１に記載の装置。
20. 前記電磁界を生成する手段が、前記プラズマ雲の横断面直径と前記物質内への意図した切込み経路の幅との両方を減少させ、その一方で、前記プラズマ雲のエネルギー密度を増大させる手段を含んでなる請求項１に記載の装置。
21. 前記電磁界を生成する手段が、原子粒子の歳差運動、原子粒子の振動、原子粒子のスピンおよび原子粒子の発振のような前記原子粒子の特性の変動に基づき、システムの要求に従った、前記インピーダンス、波形周波数およびシステム出力パワーといった電磁界特性を、選択的に変動させる手段を含んでなる請求項１に記載の装置。
22. 前記高周波エネルギーの前記調節には、高周波エネルギーを、信号ゲートを介して連続モードの自走式発生器に結合することを含む請求項１に記載の装置。
23. 電磁界を生成する手段が、パルス電磁波形を生成する手段を含んでなる請求項３に記載の装置。
24. 前記送信機切込み用電極チップが、部分的に中空の電気導体または半導体部材を含んでなる請求項１に記載の装置。
25. 前記駆動状態の送信機切込み用電極チップが、ループ状の部材を含んでなる請求項１に記載の装置。
26. 前記高周波エネルギーを調節する手段が、信号ゲート、増幅器および調節回路網を含む請求項１に記載の装置。
27. 前記原子粒子の特性には、原子粒子の歳差運動、原子粒子の振動、原子粒子のスピン、原子粒子の発振、原子粒子の物理的および化学的パラメータおよび原子粒子の組成のいずれかを含む請求項２１に記載の装置。
28. 高周波信号発生器と、
    調節された高周波エネルギーを生成するために高周波発生器の出力に結合された調節回路網と、
    前記調節回路網に結合された電極と、
    を含んでなり、前記の調節された高周波エネルギーが前記電極に結合されて、この電極において電磁界を発生させ維持し、該電磁界は該電極を取り囲むプラズマ雲を形成するように該電極のきわめて近くで原子粒子と連係して作動するプラズマ装置。
29. 前記プラズマ雲を形成するプラズマは、前記電磁界の磁界線に沿って伝搬する請求項２８に記載のプラズマ装置。
30. 前記電極が前記物質の近くにきたときに、前記電磁界が前記物質内に投射され、前記プラズマ雲は、前記電極と前記物質との界面に沿って存在する原子粒子と前記電磁界との相互作用によって形成される請求項２８に記載のプラズマ装置。
31. 前記電極が、切込み用工具の一部分をなし、前記電極が物質内への切込みを形成するために使用される請求項２８に記載のプラズマ装置。
32. 前記高周波発生器と前記調節回路網との間に結合された信号ゲートをさらに含んでなる請求項２８に記載のプラズマ装置。
33. 前記高周波発生器と前記調節回路網との間に結合された増幅器をさらに含んでなる請求項３２に記載のプラズマ装置。
34. 前記電磁界がプラズマ雲に、インピーダンス整合し、周波数整合し、電力整合し、同調させられるように、該電磁界の特性が前記調節回路網により変動させられる請求項２８に記載のプラズマ装置。
35. 前記高周波発生器と前記調節回路網との間に結合されたバーストモード・デューティーサイクル発生器をさらに含んでなる請求項２８に記載のプラズマ装置。
36. 前記高周波発生器と前記調節回路網との間に結合された連続モード自走式発生器をさらに含んでなる請求項２８に記載のプラズマ装置。
37. 高周波エネルギーを発生させる段階と、
    前記高周波エネルギーを調節する段階と、
    電極を取り囲むプラズマ雲を生成して持続させるため、前記の調節された高周波エネルギーを利用して前記電極の表面から外向きに電磁界を発生させる段階であって、前記プラズマ雲が、前記駆動状態の電極と前記切込みが入れられる前記物質との界面に沿って原子粒子を活性化させるために前記の調節された高周波エネルギーを利用することにより、生成され持続させる段階と、
    を有する物質内に切込みを生成するための方法。
38. 電磁界を発生させる前記段階が、前記プラズマ雲に前記電磁界を、インピーダンス整合し、周波数整合し、電力整合しそして同調させる段階を有する請求項３７に記載の方法。
39. 電磁界を発生させる前記段階には、前記電極が前記物質の近くにきたときに該電磁界を該物質内に投射する段階を有し、前記プラズマ雲は、前記電極と前記物質との界面に沿って存在する原子粒子と前記電磁界との相互作用によって、形成される請求項３７に記載の方法。
40. 電磁界を発生させる前記段階には、該電磁界がプラズマ雲に、インピーダンス整合し、周波数整合し、電力整合し、同調させるように、該電磁界の特性を前記調節回路網を介して変動さる段階を有する請求項３７に記載の方法。
41. 電磁界を発生させる前記段階には、前記電磁界の磁界線に沿って前記プラズマ雲を形成するプラズマを伝搬させる段階を有する請求項３７に記載の方法。
42. 前記の高周波エネルギーを調節する手段は、前記プラズマ雲に前記電磁界をインピーダンス整合させる手段を含む請求項１に記載の装置。
43. 前記の高周波エネルギーを調節する手段は、前記プラズマ雲に前記電磁界を周波数整合させる手段を含む請求項１に記載の装置。
44. 前記の高周波エネルギーを調節する手段は、前記プラズマ雲に前記電磁界を電力整合させる手段を含む請求項１に記載の装置。
45. 前記電磁界をプラズマ雲にインピーダンス整合させるように、該電磁界の特性が前記調節回路網により変化させられる請求項２８に記載のプラズマ装置。
46. 前記電磁界をプラズマ雲に周波数整合させるように、該電磁界の特性が前記調節回路網により変化させられる請求項２８に記載のプラズマ装置。
47. 前記電磁界をプラズマ雲に電力整合させるように、該電磁界の特性が前記調節回路網により変化させられる請求項２８に記載のプラズマ装置。
48. 電磁界を発生させる前記段階が、前記プラズマ雲に前記電磁界をインピーダンス整合させる段階を有する請求項３７に記載の方法。
49. 電磁界を発生させる前記段階が、前記プラズマ雲に前記電磁界を周波数整合させる段階を有する請求項３７に記載の方法。
50. 電磁界を発生させる前記段階が、前記プラズマ雲に前記電磁界を電力整合させる段階を有する請求項３７に記載の方法。