JPS5987800A - Method and device for generating jit plasma - Google Patents

Method and device for generating jit plasma

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Publication number
JPS5987800A
JPS5987800A JP57197663A JP19766382A JPS5987800A JP S5987800 A JPS5987800 A JP S5987800A JP 57197663 A JP57197663 A JP 57197663A JP 19766382 A JP19766382 A JP 19766382A JP S5987800 A JPS5987800 A JP S5987800A
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JP
Japan
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plasma
point
anode
discharge chamber
cathode
Prior art date
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Pending
Application number
JP57197663A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
良平 石田
西浦 作三
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
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Filing date
Publication date
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Publication of JPS5987800A publication Critical patent/JPS5987800A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 置に関し、より詳細には陰極または陽極」二に形成され
る陰極点または陽極点を円筒形磁石の磁力線により回転
させることによりプラズマジェットを安定して発生させ
る方法とその装置に関する。
Detailed Description of the Invention: More specifically, a method for stably generating a plasma jet by rotating a cathode point or an anode point formed at a cathode or anode by magnetic lines of force of a cylindrical magnet. Regarding equipment.

従来から知られているように、電子流と気体の衝突の機
会をなんらかの方法で増加させると)1o,ooo℃〜
j7,000℃の高度に電離した気体、すなわちプラズ
マが得られる。
As is conventionally known, if the chance of collision between the electron flow and the gas is increased in some way)
A highly ionized gas, ie, plasma, is obtained at 7,000°C.

そしてプラズマ発生装置としては、通常では第1図に示
すように円筒A中に陽極まだは陰極としての棒状電極1
3を置き、電極AとBとの間にアーク放電を行ない、液
体または窒素、空気、希ガス等の気体をCおよびDより
圧入して渦流を生ぜしめ、アーク放電により生じたプラ
ズマ  −をプラズマジェットとして陰極または陽極の
小孔より放出させるプラズマジェット発生装置が用いら
れていた。。
As shown in Fig. 1, the plasma generator usually has a rod-shaped electrode 1 in a cylinder A with an anode and a cathode.
3 is placed, arc discharge is performed between electrodes A and B, liquid or gas such as nitrogen, air, rare gas, etc. is injected from C and D to create a vortex flow, and the plasma generated by the arc discharge is turned into plasma. A plasma jet generator was used that emitted the jet from a small hole in the cathode or anode. .

このようにして作られたアークプラズマは渦流によって
外側を冷却され、中心部に濃縮され、更にこの濃縮した
プラズマは電磁ビン・f−効果て集束されて高温に加熱
されていた。
The arc plasma thus created was cooled on the outside by the vortex and concentrated in the center, and furthermore, this concentrated plasma was focused by the electromagnetic bottle f-effect and heated to a high temperature.

ところでアーク放電の中で、安定性の極めて優れている
ものにTIGアークがあり、陰極にタングステンの直径
約3 mmの細い棒を、陽極としては水冷された銅板を
用いている。タングステン電極の周囲に不活性気体、た
とえばアルゴンを用いている。
By the way, among arc discharges, the TIG arc has extremely high stability, and uses a thin tungsten rod with a diameter of about 3 mm as the cathode and a water-cooled copper plate as the anode. An inert gas, such as argon, is used around the tungsten electrode.

TIGアークの安定性が優れているのは、電極が不活性
ガスで保護されているからで壱り、陰極に用いるタング
ステン電極の消耗は100時間の運転あたり10m、9
以下であり、一方、陽極である銅電極の変化は全くない
とされている。
The TIG arc has excellent stability because the electrode is protected with an inert gas, and the tungsten electrode used as the cathode only wears out at a rate of 10 m, 9 per 100 hours of operation.
On the other hand, it is said that there is no change at all in the copper electrode, which is the anode.

しかしながら、放電に使用されている不活性ガス中に小
量の不純物が存在するど電極は激し2く消耗して放電が
著るしく不安定になる欠点があった。
However, if a small amount of impurity is present in the inert gas used for discharge, the electrodes are severely consumed, resulting in extremely unstable discharge.

これは水素または窒素のような活性気体が不活性ガス中
に存在するとアークが収縮[2て陽極輝点が電極上に形
成され、この陽極輝点が不規則に陽極上を動きまわり、
そのためにアーク放電が不安定になると共に、銅電極が
消耗するようになって放電のスペクトルに銅の輝線が現
われるようになるからである。
This is because when an active gas such as hydrogen or nitrogen is present in the inert gas, the arc contracts [2 and an anode bright spot is formed on the electrode, and this anode bright spot moves around the anode irregularly.
This is because the arc discharge becomes unstable and the copper electrode wears out, causing bright lines of copper to appear in the spectrum of the discharge.

また、空気(酸素)、水蒸気などが混入するJ、電極の
消耗は一層激しくなり、放電は著るしく不安定になる。
Furthermore, when air (oxygen), water vapor, etc. are mixed in, the electrode wear becomes even more severe, and the discharge becomes extremely unstable.

一方、ア:り放電によって形成されるプラズマジェット
も陰極点まだは陽極点が気体圧力、陰極または陽極の不
純物および消耗などによって位置を変動すると電圧、電
流が不安定になり、時には放電が停止したり、さらに長
時間作動させるとプラズマジェット放出孔周辺が変形す
るなどの、問題点があつに0 このために陰極点または陽極点をジェット気流を妨害す
ることなく安定化させる方法として、陰極または陽極の
ジェット放出用小孔中に第1図Eの如き補助電極を挿入
し、陰極点または陽極点をこの補助電極上に形成して安
定する方法が提案されている。
On the other hand, if the plasma jet formed by a discharge also changes its position between the cathode and anode points due to gas pressure, impurities and wear and tear on the cathode or anode, the voltage and current will become unstable, and sometimes the discharge will stop. However, if the plasma jet is operated for a longer period of time, problems such as deformation of the area around the plasma jet emission hole may occur. A method has been proposed in which an auxiliary electrode as shown in FIG. 1E is inserted into a small hole for jet emission, and a cathode spot or an anode spot is formed on the auxiliary electrode to stabilize the jet.

この方法によると、陰極点〕トたは陽極点が補助電極の
頭部を均一に覆う場合は、補助電極を逐次補給すること
により陰極点または陽極点を安定化することができる8 しかしながら多くの場合に、補助電極は片面のみが激し
く消耗し、電圧、電流が脈動する。。
According to this method, if the cathode spot or the anode spot uniformly covers the head of the auxiliary electrode, the cathode spot or the anode spot can be stabilized by sequentially replenishing the auxiliary electrode.8 However, many In some cases, only one side of the auxiliary electrode is severely worn out, resulting in pulsating voltage and current. .

そこで補助電極をゆるやかに回転しながら補給すること
により、プラズマジェットの不安定化を防止していた。
Therefore, by replenishing the auxiliary electrode while rotating it slowly, the plasma jet was prevented from becoming unstable.

捷だ、細い補助電極を回転させたり、僅かの速度で押し
出したりするためには、モーター駆動など、周辺に多く
の付加装置を装着する必要があり、しかもその補助電極
に5A〜50A1さらに電磁ピンチ効果を発生させるた
めには、100〜200Aの大電流を供給しなければな
ら、ず、従って装置そのものが複雑かつ大型となって大
空間を占領することになり、また操作も著るしく困難に
なるなどの欠点を回避できなかった。
Unfortunately, in order to rotate the thin auxiliary electrode or push it out at a small speed, it is necessary to install many additional devices such as a motor drive, and the auxiliary electrode has a 5A to 50A1 and an electromagnetic pinch. In order to produce the effect, a large current of 100 to 200 A must be supplied, which means that the device itself becomes complex and large, occupying a large space, and is also extremely difficult to operate. It was not possible to avoid drawbacks such as:

そこで、本発明はかかる従来の欠点を解消すべくなされ
たものであり、放電を安定化してプラズマジェットを定
常的に発生することができ、装置も構造が簡単であり、
しかも小型で場所をとらず、操作も容易であるなどの特
長を有するものである。
Therefore, the present invention was made to eliminate such conventional drawbacks, and it is possible to stabilize the discharge and generate a plasma jet steadily, and the device has a simple structure.
Moreover, it has features such as being small, taking up little space, and being easy to operate.

すなわち、本発明のプラズマジェットの発生方法は、ア
ーク放電によりプラズマジェットを発生させる方法にお
いて、磁場の作用によって陰極点オたは陽極点を水平面
上を円状に回転させ、この陰極点または陽極点と、他の
陽極点またd陰極点との間にアーク放電を行なわせるこ
とを特徴とするものである。
That is, the method of generating a plasma jet of the present invention is a method of generating a plasma jet by arc discharge, in which a cathode point or an anode point is rotated circularly on a horizontal plane by the action of a magnetic field, and the cathode point or anode point is rotated in a circle on a horizontal plane. This feature is characterized in that an arc discharge is caused to occur between the anode point and the other anode point or d cathode point.

また、本発明のプラズマジェット発生装置は、環状磁石
と・この環状磁石の中心に!心的に設けた両端を開口し
た筒状放電室とからなり、この筒状放電室の中にこの筒
状放電室の内周壁から間隔を置いて棒状電極を同心的に
設け、前記筒状放電室と前記棒状電極との間隙を通して
プラズマ形成用気体を供給するようにしたことを特徴と
する。
In addition, the plasma jet generator of the present invention has a ring-shaped magnet and a center of this ring-shaped magnet! It consists of a cylindrical discharge chamber that is centrally located and open at both ends, and a rod-shaped electrode is concentrically provided within the cylindrical discharge chamber at a distance from the inner circumferential wall of the cylindrical discharge chamber. The present invention is characterized in that plasma forming gas is supplied through a gap between the chamber and the rod-shaped electrode.

以下、まず本発明を図面にもとづき説明する。Hereinafter, the present invention will first be explained based on the drawings.

第2図は本発明に係るプラズマジェット発生装置−の実
施例を示し、環状磁石2の中心に、両端を開口した筒状
の放電室1が同心的に設けられ、更に筒状放電室1の中
には、その内壁から間隔を置いて同心的に゛挿入された
棒状電極9が、筒状放電室1の中程から下方に筒状放電
室1より艮く延び、棒状電極9の下端は下極支持部10
で支持され、この上極支持部10には冷却水が供給され
て棒状電極9が冷却されるようになっている。環状磁石
2は上下から鉄片3”、3.3’によって挾持されて支
持部6で支持さね、下部鉄片6′は棒状電極9に沿って
中程まで延び、上部鉄片6と下部鉄片6′との間には水
冷部7が形成されている。
FIG. 2 shows an embodiment of the plasma jet generator according to the present invention, in which a cylindrical discharge chamber 1 with both ends open is provided concentrically at the center of an annular magnet 2, and Inside, a rod-shaped electrode 9 is inserted concentrically at a distance from the inner wall and extends downward from the middle of the cylindrical discharge chamber 1, and the lower end of the rod-shaped electrode 9 is Lower pole support part 10
Cooling water is supplied to this upper electrode support portion 10 to cool the rod-shaped electrode 9 . The annular magnet 2 is held between the upper and lower iron pieces 3" and 3.3' and supported by the support part 6. The lower iron piece 6' extends halfway along the rod-shaped electrode 9, and the upper iron piece 6 and the lower iron piece 6' A water cooling section 7 is formed between the two.

水冷部7には冷却水が循環されており(図示せず)、放
電を長時間継続する場合には、筒状放電室1を強力に冷
却するようになっている。
Cooling water is circulated through the water cooling section 7 (not shown), and the cylindrical discharge chamber 1 is strongly cooled when the discharge is continued for a long time.

また、鉄片3′および3”の先端によって内周壁4の周
囲に円状に磁界が形成される。更に下部鉄片6′の下方
にはプラズマを形成する気体を収容、混合するだめの気
体収容室5が形成され、この気体収容室5には気体導入
管11が取付けられている。
Further, a circular magnetic field is formed around the inner circumferential wall 4 by the tips of the iron pieces 3' and 3''.Furthermore, below the lower iron piece 6' is a gas storage chamber for storing and mixing the gas that forms plasma. 5 is formed, and a gas introduction pipe 11 is attached to this gas storage chamber 5.

環状磁石2は、ドーナツ型の永久磁石で、電磁石捷たは
フェライト製であり、その磁気性能は、たとえば保磁力
約2000.0 E %残留磁束密度約4.5K ガウ
ス、最大エネルギー積は約4〜!iMGOEである。
The annular magnet 2 is a donut-shaped permanent magnet, made of electromagnet or ferrite, and has magnetic properties such as a coercive force of about 2000.0 E%, a residual magnetic flux density of about 4.5 K Gauss, and a maximum energy product of about 4. ~! iMGOE.

或は希土類コバルト磁石槽でも良く、その性能はたとえ
ば保磁力8200〜88000 E 、、残留磁束密度
8.4〜9にガウス、最大エネルギー積は約[7,5〜
20MGOEである。
Alternatively, a rare earth cobalt magnet bath may be used, and its performance is, for example, a coercive force of 8,200 to 88,000 E, a residual magnetic flux density of 8.4 to 9 Gauss, and a maximum energy product of approximately [7,5 to
It is 20MGOE.

筒状放電室1は放電の際に陰極または陽極となる部分で
あり、高温に耐えるように黒鉛やタングステン、モリブ
デンなどの難溶性の金属で製作される。
The cylindrical discharge chamber 1 serves as a cathode or an anode during discharge, and is made of a hardly soluble metal such as graphite, tungsten, or molybdenum to withstand high temperatures.

或は、実施例1に示すように本発明の装置を発光分光用
光源として使用する場合には、筒状放電室1は発光分光
分析用の高純度グラファイトなどで製作される。
Alternatively, as shown in Example 1, when the device of the present invention is used as a light source for emission spectroscopy, the cylindrical discharge chamber 1 is made of high-purity graphite for emission spectroscopy.

棒状電極9は放電の際には、筒状放電室1が1慣極の場
合には陽極、放電室1が陽極の場合には陰極となる部分
であり、放電室1と同様に黒船や何を溶性金属で製作さ
れる。
During discharge, the rod-shaped electrode 9 serves as an anode when the cylindrical discharge chamber 1 is an inertia electrode, and a cathode when the discharge chamber 1 is an anode. is made of soluble metal.

本発明の装置を発光分光分析用光源として使用する場合
には、棒状電極9は発光分光分析用高純度グラファイト
で製作される。。
When the device of the present invention is used as a light source for emission spectroscopy, the rod-shaped electrode 9 is made of high-purity graphite for emission spectroscopy. .

棒状電極9の上端部平面8に小孔を形成するなどの方法
により固体率)1または粉状固体を載置すれば、その固
体の成分を含有するプラズマを形成することができ、こ
れは後述する実施例1に示すようにその固体成分の分析
方法として利用することができる。
If a solid fraction) 1 or a powdery solid is placed on the upper end plane 8 of the rod-like electrode 9 by a method such as forming a small hole, a plasma containing the components of the solid can be formed, which will be described later. As shown in Example 1, it can be used as a method for analyzing solid components.

気体収容室5はプラズマ形成用の気体や、液体の噴霧状
物の混合を行なうほか、これら混合物が一定の圧力で筒
状放電室1の先端部から噴出するように、圧力の変動を
抑制する機能を有しており、たとえば石英などのように
′11工気絶縁性で、耐熱、耐酸性の材料で作製される
The gas storage chamber 5 not only mixes plasma-forming gas and liquid spray, but also suppresses pressure fluctuations so that these mixtures are ejected from the tip of the cylindrical discharge chamber 1 at a constant pressure. It is made of a material that is highly insulating, heat resistant, and acid resistant, such as quartz.

気体収容室5に供給されるプラズマ形成用気体としては
、アルゴン、ヘリウム、窒素などが用いられる。或はこ
れら気体に少量の酸素を混入することもでき、これによ
り、固体として挿入されたタングステンや希土類元素な
どは酸化物として気化しやすくなり、容易にプラズマ成
分とすることができる。
Argon, helium, nitrogen, etc. are used as the plasma forming gas supplied to the gas storage chamber 5. Alternatively, a small amount of oxygen can be mixed into these gases, so that tungsten, rare earth elements, etc. inserted as solids are easily vaporized as oxides, and can be easily converted into plasma components.

なお、支持部6および水冷部7は電磁的に中性の金属、
たとえばアルミニウムや真鍮(黄銅)などで製作される
In addition, the support part 6 and the water cooling part 7 are made of electromagnetically neutral metal,
For example, it is made of aluminum or brass.

かかる本発明のプラズマジェット発生装置によってプラ
ズマジェットを発生するにあたっては、気体導入管11
よりプラズマ形成用の気体を気体収容室5に圧入し、気
体収容室1の内周壁と棒状7[極9の外周面との間の間
隙部から筒状放電室1内に流入させ、放電室1の上部開
口から噴出させる。
When generating a plasma jet using the plasma jet generating device of the present invention, the gas introduction pipe 11
A gas for plasma formation is pressurized into the gas storage chamber 5, and is caused to flow into the cylindrical discharge chamber 1 through the gap between the inner peripheral wall of the gas storage chamber 1 and the outer peripheral surface of the rod 7 [pole 9]. It is ejected from the upper opening of 1.

−・方、これと同時に筒状放電室1と棒状電極9との間
に数十〜数百Vの直流電圧を印加し、数十〜数百への電
流でアーク放電させる。
- At the same time, a DC voltage of several tens to several hundreds of volts is applied between the cylindrical discharge chamber 1 and the rod-shaped electrode 9, and an arc discharge is caused with a current of several tens to several hundreds.

するとアーク放電による高温のだめにプラズマ形成用の
気体はプラズマ化され、筒状放電室1の上部開孔から′
プラズマジェットと/′、仁、って01シ出する。7 放電の開始は、筒状放電室1と棒状電極9との間に高周
波スパーク放電をさせてアークを着火することなどによ
って行なわれる。アーク放電は棒状電極9の上端面8と
筒状放電室の内周壁4との間で行なわれ、上端面8に陽
極点が形成されたときには内周壁4に陰極点が、また」
二端面8に陰極点が形成されたときには、内周壁4に陽
極点が形成される。このとき、内周壁4に形成された陰
極点まだは陽極点は、環状磁石2によって生ずる、磁力
線の周囲に円周方向に流れる電流の作用によって内周壁
4の内壁面上を水平に円状に回転運動をする。
Then, due to the high temperature caused by the arc discharge, the plasma-forming gas is turned into plasma, and is discharged from the upper opening of the cylindrical discharge chamber 1.
Plasma jet and /', Jin, 01 comes out. 7 The discharge is started by causing a high frequency spark discharge between the cylindrical discharge chamber 1 and the rod-shaped electrode 9 to ignite an arc. Arc discharge occurs between the upper end surface 8 of the rod-shaped electrode 9 and the inner circumferential wall 4 of the cylindrical discharge chamber, and when an anode point is formed on the upper end surface 8, a cathode point is formed on the inner circumferential wall 4.
When a cathode spot is formed on the second end surface 8, an anode spot is formed on the inner circumferential wall 4. At this time, the cathode point and the anode point formed on the inner peripheral wall 4 are horizontally circularly formed on the inner wall surface of the inner peripheral wall 4 by the action of the current flowing in the circumferential direction around the magnetic lines of force generated by the annular magnet 2. make a rotational movement.

この結果、アーク放電の形状は傘状となって安定して形
成され、筒状放電室1の上部開口からプラズマジェット
が安定して放出される。
As a result, the shape of the arc discharge is stably formed into an umbrella shape, and a plasma jet is stably emitted from the upper opening of the cylindrical discharge chamber 1.

更に水冷部7に冷却水を循環すれば、アーク放電および
プラズマジェットは周囲を冷却気体の流れによって冷却
された状態となり、いわゆるサーマルピンチ効果によっ
てアーク放電およびプラズマジェットは筒状放電室1の
軸線上に集束され、高温が形成されるヮ まだ、100八程度以上の大電流を用いれば、電磁ピン
チ効果によって更に高温を発生することができる。
Furthermore, if cooling water is circulated through the water cooling section 7, the arc discharge and plasma jet will be cooled by the flow of cooling gas around them, and the so-called thermal pinch effect will keep the arc discharge and plasma jet on the axis of the cylindrical discharge chamber 1. However, if a large current of about 1008 or more is used, an even higher temperature can be generated due to the electromagnetic pinch effect.

また、気体導入1」11から溶液または液体を霧状で導
入したり、固体試料を小片または粉末状で棒状電極9の
上端面8に穿設された小孔に詰1)るなどの方法によっ
てアーク放電を行なうと、棒状電極9の白熱によって固
体試料は蒸発、気fヒし、液体試料も放電中に蒸発、気
化してプラズマ中に導かれ、液体または固体試料特有の
スペクトル線を発光することができる。  。
Alternatively, a solution or liquid may be introduced in the form of a mist through the gas introduction 1'' 11, or a small piece or powder of a solid sample may be packed into a small hole drilled in the upper end surface 8 of the rod-shaped electrode 9 (1). When arc discharge is performed, the solid sample is evaporated and suffocated by the incandescent heat of the rod-shaped electrode 9, and the liquid sample is also evaporated and vaporized during the discharge and is introduced into the plasma, emitting spectral lines unique to liquid or solid samples. be able to. .

以上述べたように、本発明の方法および装置によれば、
アーク放電を行なう際の陰極点または陽極点が磁場の作
用によって水平に円状の回転運動をするので安定したア
ークが形成され、従って定常的に安定した流れのプラズ
マジェットを維持することができる。
As described above, according to the method and apparatus of the present invention,
During arc discharge, the cathode point or the anode point undergoes horizontal circular rotational motion under the action of the magnetic field, so a stable arc is formed, and therefore a stable plasma jet flow can be maintained at a constant rate.

また、アーク放電用試料として気体中に液体を混入した
り、固体を電極上に詰めれ411液体または固体に特有
のスペクトル線を得ること力玉でき、発光分光分析用の
光源として利用することもできる。
In addition, by mixing a liquid into a gas as a sample for arc discharge, or packing a solid onto an electrode, it is possible to obtain spectral lines specific to liquids or solids, and it can also be used as a light source for emission spectroscopic analysis. .

史に本発明の装置では、従来のようなプラズマを安定化
させるための付加装置を全く必要とせず、単に環状磁石
を設けるだけなので、装置を簡略化、小型化することが
できる。
Historically, the device of the present invention does not require any additional device for stabilizing the plasma as in the prior art, and simply provides an annular magnet, so the device can be simplified and miniaturized.

したがって従来のように裂傷゛が大型化して大空間を占
めることがなく、設置に場所をとらず、操作も容易であ
る。
Therefore, the lacerations do not become large and occupy a large space as in the conventional case, and the installation does not take up much space and is easy to operate.

以下、本発明の実施例について述べる。Examples of the present invention will be described below.

実施例 1 リン、イオウ、セレン、ヒ素およびアンチモン または
ヨウ素や希土類元素などの外に一部陰イオンを含むほと
んどあらゆる金属元素の発光定量分析用光源として利用
することができる。
Example 1 Phosphorus, sulfur, selenium, arsenic and antimony It can be used as a light source for quantitative luminescence analysis of almost any metal element including some anions in addition to iodine, rare earth elements, etc.

(a)  アルカリ土類金属はプラズマ中でMgO。(a) Alkaline earth metal is MgO in plasma.

Cab、 Bad、 SrOまだはMg0H9Ca0H
j Ba0H。
Cab, Bad, SrO Mg0H9Ca0H
j Ba0H.

5rOHなどの分子を作り、原子として存在する割合が
少ないために原子スペクトルが弱い欠点がある。
It produces molecules such as 5rOH, and has the disadvantage that the atomic spectrum is weak because the proportion of molecules that exist as atoms is small.

しかし本発明において雰囲気気体から酸素および水分を
除去すれば、かかる欠点が克服され、強い原子スペクト
ルが得られる。
However, in the present invention, by removing oxygen and moisture from the atmospheric gas, these drawbacks are overcome and a strong atomic spectrum is obtained.

また、アルカリ土類金属元素は硫酸基やリン酸基とパイ
ロ化合物、たとえばCaP207.Ca25207を作
り、蒸発1.気化しがたくなるが、本発明によればアー
クの高温域を通過する間に完全に分解され、硫酸基、リ
ン酸基などの妨害が除去される。
In addition, alkaline earth metal elements include sulfuric acid groups and phosphoric acid groups and pyro compounds, such as CaP207. Make Ca25207 and evaporate 1. Although it is difficult to vaporize, according to the present invention, it is completely decomposed while passing through the high temperature region of the arc, and interferences such as sulfuric acid groups and phosphoric acid groups are removed.

従って、Mg I 2852.1291 (4−3e 
V) r’Mg n:2802.6’95 A (43
9eV)、Mg112795゜53X(4゜39ev)
Therefore, Mg I 2852.1291 (4-3e
V) r'Mg n:2802.6'95 A (43
9eV), Mg112795゜53X (4゜39ev)
.

Ca I 4226.728 X (2゜92eV)、
 CaI[3933,666λ(3゜14eV)、 1
3a 15535゜55 A (2,23eV) 、 
Ba lI4554、042 A (2,73eV)t
 Ba II 4934.0861(2,50eV)な
どのスペクトル線を使って各元素をlppm以下の濃度
まで正確に定量分析を行なうことができる。
CaI 4226.728X (2°92eV),
CaI [3933,666λ (3°14eV), 1
3a 15535°55 A (2,23eV),
BalI4554, 042 A (2,73eV)t
Using spectral lines such as Ba II 4934.0861 (2.50 eV), each element can be accurately quantitatively analyzed down to a concentration of 1 ppm or less.

(b)希土類元素は、プラズーマ中で酸化物、たとえば
LaOなどを形成しやすく、イオン化しやすい特徴を持
っている。このため、従来のアーク、スパーク放電ある
いは原子吸光分析によっては分析が困難であった。
(b) Rare earth elements tend to form oxides such as LaO in plasma and are easily ionized. For this reason, it has been difficult to analyze using conventional arc, spark discharge, or atomic absorption spectroscopy.

すなわら、アーク、スパーク放電中では原子線の他にイ
オン線が多数化じるので、分散度の良い大型分光器を使
用しなければ他の希土類元素のスペクトル線と分離して
検出、定量ができず、また多数のスペクトル線にエネル
ギーが分散されて一つのスペクトル線の強度が弱く、感
度が劣る欠点があった。
In other words, during arc and spark discharge, there are many ion beams in addition to atomic beams, so unless a large spectrometer with good dispersion is used, they cannot be detected and quantified separately from the spectral lines of other rare earth elements. Moreover, the energy is dispersed into many spectral lines, so the intensity of a single spectral line is weak, resulting in poor sensitivity.

捷だ、原子吸光分析では、この分析に不可欠のポローカ
ソード327°を造ろうとしても、吸光に使用する強い
共鳴線のスペクトル線を放出する良いランプが得られな
いため、感度の良い安定性のある分析を実施できなかっ
た。
Unfortunately, in atomic absorption spectrometry, even if we try to make a porcelain cathode 327°, which is essential for this analysis, we cannot obtain a good lamp that emits the strong resonance spectral line used for light absorption, so we cannot obtain a stable and sensitive lamp. Certain analyzes could not be performed.

ところが、本発明によれば、アルゴンガスのみの放電を
使って適当な冷気温度に調節できるのでイオン線のみを
強く発光する条件が容易に昨られ、他の螢光X線法など
と比較してはるかに良い感度でLay Ce、 Prt
 Nd、 Smt Eu、 Gd+TbyDy、 Ha
、 Er、 Tm、 Yb、 I、u、 Yなどを分析
するこ゛とができる。
However, according to the present invention, it is possible to adjust the cold air temperature to an appropriate temperature using only argon gas discharge, so it is easy to create conditions for strongly emitting only ion beams, compared to other fluorescent X-ray methods. Lay Ce, Prt with much better sensitivity
Nd, Smt Eu, Gd+TbyDy, Ha
, Er, Tm, Yb, I, u, Y, etc. can be analyzed.

(c)タングステンは酸その他に溶は難く、アーク放電
の場合にはグラファイト電極と炭化タングステン(WC
)を形成するなど、蒸発、気化させることが困難であっ
た。
(c) Tungsten is difficult to dissolve in acids and other liquids, and in the case of arc discharge, a graphite electrode and tungsten carbide (WC)
), making it difficult to evaporate or vaporize.

本発明では、放電気体として窒素またはアルゴンを用い
、酸素を流量0゜451/mi、n程度の少量加えるこ
とによってタングステンはWO2となって容易に蒸発、
気化し、放電プラズマの高温域で分解され、タングステ
ン固有の発光を与える。
In the present invention, by using nitrogen or argon as a discharger and adding a small amount of oxygen at a flow rate of 0°451/mi, n, tungsten easily evaporates as WO2.
It vaporizes and decomposes in the high-temperature region of the discharge plasma, giving off the unique luminescence of tungsten.

したがって、W 4(108,7(l Aのスペクトル
線によって鉄鋼、鋳鉄などの中のタングステンを高精度
で定量分析することができる。
Therefore, tungsten in steel, cast iron, etc. can be quantitatively analyzed with high precision using the W4(108,7(lA) spectrum line.

(d)  鉄鋼、鋳鉄中のM+、、 Si、 A7など
一般の金属元素についても Mn II 2933.6
6A z St I 2881.58X y AII 
 3961゜52X を使って容易に定量分析を行なう
ことができる。
(d) Regarding general metal elements such as M+, Si, and A7 in steel and cast iron, Mn II 2933.6
6A z St I 2881.58X y AII
Quantitative analysis can be easily performed using the 3961°52X.

試料そのitを固体として、たとえば小さなチップ状と
して、−または粉末状のtt組電極中に埋め、分別蒸発
を利用して主成分の鉄原子のスペクトルと分離して感度
の良い定量分析を行なうことができる。。
The sample is buried as a solid, for example in the form of a small chip, or in the form of a powder in a set of tt electrodes, and separated from the spectrum of the main component iron atoms using fractional evaporation to perform sensitive quantitative analysis. I can do it. .

捷だ、試料を溶解して、主成分、たとえば鉄の濃度を1
000 ppmとし、Alの分析をAe I 3961
−X −Fel 4005Xの線対を使って行な、えは
、AI!−11)Tlbとすれば09001%のにを高
精度で分析することができる。
First, dissolve the sample and reduce the concentration of the main component, for example iron, to 1.
000 ppm, and the analysis of Al was Ae I 3961
-X -Fel Use the 4005X line pair, eh, AI! -11) If Tlb is used, 09001% of crabs can be analyzed with high accuracy.

(e)  この他、チタンなどのように酸化性の強い元
素も本発明によれば、容易に良好な感度で分析すること
ができる。
(e) In addition, strongly oxidizing elements such as titanium can be easily analyzed with good sensitivity according to the present invention.

(f)  従来発光分光分析で分析できなかったヒ素、
セレン、アンチモン、リン、イオウなどについても本発
明の装置は真空型分光器と容易に接続できるので、真空
紫外部のスペクトル線、たとえばAs I 1890−
4 A y Se I 1960゜9λtsb1206
8゜3A、  P I 1782..9 A 、  S
l 1826.25X ヲ使つてより容易に分析するこ
とができる。
(f) Arsenic, which could not be analyzed by conventional emission spectroscopy,
For selenium, antimony, phosphorus, sulfur, etc., the apparatus of the present invention can be easily connected to a vacuum spectrometer, so that spectral lines in the vacuum ultraviolet region, such as As I 1890-
4 A y Se I 1960゜9λtsb1206
8°3A, P I 1782. .. 9 A, S
It can be analyzed more easily using 1826.25X.

更に水銀、ホウ素についても、Hg I 1849゜6
Aj B I 1820゜4Aの真空紫外部のスペクト
ル線を使えば、より高感度、高精度で定量分析を行な、
う−ことができる。
Furthermore, regarding mercury and boron, Hg I 1849°6
By using the vacuum ultraviolet spectral line of Aj B I 1820°4A, quantitative analysis can be performed with higher sensitivity and precision.
I can do it.

実施例 2 本発明により得られたプラズマジェットは高温化学反応
の熱源として利用することもできる。
Example 2 The plasma jet obtained according to the present invention can also be used as a heat source for high temperature chemical reactions.

本発明によれば、17.OOO’Cにもおよぶ高温、7
トたは任意の温度の高温プラズマを容易に定常的に形成
することができる。高温プ゛ラズマ中においては、常温
において固体として存在する物質も容易に気化してプラ
ズマの一成分となり、気体と同様に自由な熱運動を行な
う。
According to the present invention, 17. High temperatures reaching OOO'C, 7
Alternatively, high-temperature plasma at any temperature can be easily and constantly formed. In a high-temperature plasma, substances that exist as solids at room temperature easily vaporize and become a component of the plasma, and undergo free thermal movement like gases.

かかるプラズマ中での反応は、常温ないし比較的低い高
温下における従来の化学反応と一定の関連性を持ちなが
ら、従来の化学反応では起し得なかった反応を起しえる
ようになる。
Such reactions in plasma have a certain relationship with conventional chemical reactions at room temperature or relatively low high temperatures, but they also enable reactions that cannot occur in conventional chemical reactions.

従って高温プラズマ中で、常温〜低高温では起り得ない
反応を極めて高速度で進行させ、種々の物質を製造する
ことができる。
Therefore, in high-temperature plasma, reactions that cannot occur at room temperature to low temperature can proceed at extremely high speeds, and various substances can be produced.

下記にいくつかp例をあげる。Below are some examples.

(a)  NaC,g水溶液より塩酸を抽出する1、2
NaCd + HzO412HCl+ Na202Na
C6+2SiO2・Al2O3拳21120 d 21
LCl+2S102・Al2O3・Na2O−1−2H
20S i02・Al2O3・2H20としては、カオ
リンまだはメタカオリンを使用することができる。
(a) Extracting hydrochloric acid from NaC,g aqueous solution 1, 2
NaCd + HzO412HCl+ Na202Na
C6+2SiO2・Al2O3 fist 21120 d 21
LCl+2S102・Al2O3・Na2O-1-2H
As 20S i02.Al2O3.2H20, kaolin or metakaolin can be used.

(b)  2FeC’f?3+3H20−> Fe2O
3+ 6I−IClこの反応によってγ−酸化鉄の微粒
子と塩酸を生成することができ、しかも両者の分離は極
めて容易である。
(b) 2FeC'f? 3+3H20->Fe2O
3+ 6I-ICl Through this reaction, fine particles of γ-iron oxide and hydrochloric acid can be produced, and separation of the two is extremely easy.

(c)  金属微粉末の製造 酸素を除去した雰囲気中で固体金属を気化させ、冷却し
て回収すれば、金属の超微粒子を製造することができる
(c) Production of fine metal powder Ultrafine metal particles can be produced by vaporizing solid metal in an oxygen-free atmosphere, cooling and recovering it.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は従来のプラズマジェット発生装置ノ断面図、第
2図は本発明のプラズマジェット発生装置の実施例を示
す断面図、第:3図はその平面図である。 1・・・筒状放電室、2・・・環状磁石1,9・・・棒
状電極。 工業技術院長の復代理人 中野電子工業株式会社の代理人 弁理士、 小 川 信 − 弁理士 野 口 賢 照 弁理士 斎 下 和 彦 第1図 3′
FIG. 1 is a sectional view of a conventional plasma jet generating device, FIG. 2 is a sectional view showing an embodiment of the plasma jet generating device of the present invention, and FIG. 3 is a plan view thereof. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Cylindrical discharge chamber, 2... Annular magnet 1, 9... Rod-shaped electrode. Shin Ogawa, Patent Attorney for Nakano Electronics Co., Ltd., a sub-agent of the Director of the Agency of Industrial Science and Technology - Patent Attorney Ken Noguchi Teru Patent Attorney Kazuhiko Saishita Figure 1 3'

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 アーク放電によりプラズマジェットを一元化させる
方法において、磁場の作用によって陰極点または陽極点
を水平面」二を円状に回転させ、この陰極点まだは陽極
点と、他の陽極点または陰極点との間にアーク放電を行
なわせることを特徴とするプラズマジェット発生方法。 2 環状磁石と、該環状磁石の中心に回心的に設けた両
端を開口した筒状放電室とからなり、該筒状放電室の中
に該筒状放電室の内周壁から間隔を置いて棒状電極を同
心的に設け、前記筒状放電室と前記棒状電極との間隙を
通してプラズマ形成用気体を供給するようにしたことを
特徴とするプラズマジェット発生装置。
[Claims] 1. In a method of unifying a plasma jet by arc discharge, a cathode point or an anode point is circularly rotated in a horizontal plane by the action of a magnetic field, and this cathode point or anode point is connected to another anode point. A plasma jet generation method characterized by causing arc discharge to occur between a point or a cathode point. 2 Consisting of an annular magnet and a cylindrical discharge chamber with both ends open, which is centrally provided at the center of the annular magnet, and a cylindrical discharge chamber with a spaced apart from the inner circumferential wall of the cylindrical discharge chamber. A plasma jet generating device characterized in that rod-shaped electrodes are provided concentrically, and plasma-forming gas is supplied through a gap between the cylindrical discharge chamber and the rod-shaped electrodes.
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