KR100543054B1 - 무선주파수 전자기장 발생기를 이용한 플라즈마 절개 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하모니어스 플라즈마 운무로 재료를 절개하는 방법을 제공한다. 저가의 무선주파수 발생기 및 파워 증폭기가 전송 장치의 절개용 프로브로부터 전송되는 전자기파를 발생시킨다. 이 전자기파는, 낮은 원자 입자의 동요 및 혼돈을 갖는 하모니어스 플라즈마 운무를 개시하고 유지하기 위해 임피던스 매칭되고, 주파수 매칭되고, 또한 파워 매칭된다. 이 하모니어스 플라즈마 운무는 절개팁의 표면상에 코팅을 형성할 뿐만 아니라 파워 증폭기로부터 요구되는 에너지 출력을 저감시키도록 동작한다. 또한, 전자기파는 핀치 효과를 생성하여 하모니어스 플라즈마 운무를 압축하여, 윤곽을 뚜렷히 하고, 제어하는데 사용된다. 또한, 전자기파는 물리학의 자기 바틀 효과에 따라 고체 재료의 억제 용기를 필요로 하는 일없이 플라즈마 운무를 트랩하여 포함하도록 사용된다. 물리화학의 터널링 효과는, 의도된 절개 경로 주위의 재료를 잠재적 복사선 노출로부터 차폐하면서, 하모니어스 플라즈마 운무에 전달되는 에너지를 증폭하는데 사용된다. 본 발명의 시스템은, 재료절개 위해 효율적이고, 효과적이며, 안전하고, 청결하면서 저가의 접근 방법을 제공한다.

Description

무선주파수 전자기장 발생기를 이용한 플라즈마 절개 방법{METHOD OF PLASMA INCISION OF MATTER WITH A SPECIFICALLY TUNED RADIOFREQUENCY ELECTROMAGNETIC FIELD GENERATOR}

본 발명은 하모니어스 플라즈마 운무(harmonious plasma cloud), 특히 임피던스 매칭형, 주파수 매칭형 및 출력 파워 매칭형의 무선주파수(radiofrequency) 신호 발생기 시스템으로부터, 활성화된 전송 장치의 절개용 프로브(incision probe)를 코팅하는 하모니어스 플라즈마 운무를 포함하는 원자 입자로 전송된 전자기 에너지파(electromagnetic energy wave)에 의해 개시되어 유지되는 하모니어스 플라즈마 운무를 이용하여 재료(matter)를 절개하는 방법에 관한 것이다.

통상적인 절개 작업은 금속 블래이드, 사파이어 블래이드 또는 다이아몬드 블래이드와 같은 경화된 물리적인 블래이드에 의해 이루어진다. 이러한 절개는 절개될 재료의 표면과 경화된 재료의 날카롭고 예리한 에지 사이의 물리적인 마찰의 상호작용에 근거한다. 하나의 경화된 재료를 또 다른 경화된 재료로 절단하려는 이러한 순수한 물리적인 절개 방법은, 절개될 재료가 대단히 단단하고 조밀한 경우, 현저한 마찰 저항을 발생시켜 비효율적이다. 이러한 이유에 의해, 전자적 발생형 절개, 재료의 전자-절개(electro-incision) 또는 전자서저리(electrosurgery)와 같은 방법에 의존하였다. 이러한 형태의 재료 절개에 대한 접근 방법에서, 절개될 재료내의 전자적인 오믹 저항은 유전체 히스테리시스(dielectric hysteresis) 및 맴돌이 전류(eddy current)와 같은 현상에 기인하여 열을 발생시키는 반면에, 전자 아크(electrical arc)는 아크 연소(arc burn) 또는 물질의 휘발(volatilization)을 야기한다. 야기되는 이러한 두가지 현상은 재료내에서 절단 효과(cutting effect)를 발생시킬 수 있는 물질적인 반응에 기인하는 투열법(diathermy)이라 알려진 효과를 발생시킨다. 단점으로는 연소(burning), 탄화(charring) 및 빈번한 불쾌한 악취의 결과물과 더불어, 의도된 절개 경로 바깥쪽에 광범위한 손상을 초래하므로, 이러한 접근은 한계를 갖는다. 종래의 전자-절개에서는, 절단 팁(cutting tip)에서 절단 효과를 발생시키기 위해, 대개 50W를 넘어서는 고전력을 필요로 한다. 종래의 오믹 투열법과 전자-절개 유닛에서 요구하는 상대적으로 높은 전력은, 불안정한 부식성의 플라즈마 아킹(plasma arcing)의 조합으로 동작하는 이들 유닛의 절단 작업의 비효율성에 대해, 두번째 이유가 된다.

또한, 레이저가 절개와 절단을 위해 사용되어져 왔다. 그러나, 이러한 유닛은 고가이며, 절단하거나 또는 재료 내부를 절개하기 위해 충분한 파워를 갖는 레이저빔을 생성하는 대량의 시스템 입력 에너지를 필요로 한다. 레이저는 플라즈마를 생성하기 위해 사용되어졌고, 마이크로일렉트로닉스 분야의 에칭과 같은 프로세싱에서 사용되어졌다.

플라즈마 아킹은 용접 아크, 스파크 플러그 아크(spark plug arc), 라이트닝 볼트 아크(lightening bolt arc), 네온등 및 전자서지컬 아크와 같은 다수의 영역에서 발견될 수 있다. 아킹, 그 자체는 디스하모니어스 플라즈마(disharmonious plasma) 흐름의 형태로, 제어되지 않은, 플라즈마내의 이온화된 원자 입자의 난류뿐만 아니라 플라즈마내의 원자 입자의 혼돈(chaos)을 증가시킨다. 플라즈마 아크내의 원자 입자의 동요는 원자 입자의 혼돈 형태와 절개될 재료의 의도된 경로 외측으로의 다량의 에너지 넘침(spillover)을 야기하여, 과잉의 가열을 발생시킬 수 있는 원자 입자의 제어되지 않은 특성을 나타낸다. 재료내로의 의도된 절개 경로를 둘러싸는 재료내로의 에너지 스필오버는 에너지 노출과 주변 재료에 대한 손상을 야기한다. 단순한 절단 팁의 파워 감소는 이온화된 원자 입자의 난류를 크게 감소시키지 못한 만큼 플라즈마의 하모니(harmony)를 크게 개선시키지 못한다. 또한, 본 발명은 디스하모니어스 플라즈마 아킹을 최소화하기 위해 물리화학적인 원리의 어레이를 사용한다. 본 발명은 플라즈마 운무내의 원자 입자의 동요를 최소화함으로써 디스하모니어스 플라즈마 아킹을 최소화하여, 플라즈마 운무 원자 입자의 혼돈을 크게 감소시키고, 하모니어스 플라즈마 운무를 발생시킨다. 하모니어스 플라즈마 운무내의 원자 입자 구성요소는 더욱 안정하고, 균형잡혀 있으며, 보다 질서있게 조직화되고 디스하모니어스 플라즈마보다 원자 입자의 더욱 작은 동요를 갖는 제어된 상태에서 존재하기 때문에, 하모니어스 플라즈마는 더욱 제어되고, 효율적이며 안전한 방법으로 절단한다. 본 발명의 하모니어스 플라즈마 운무는 더욱 압축되어 있고, 제어되어 있으며, 핀치 효과(Pinch Effect)의 물리적 특성을 사용하여 윤곽을 뚜렷하게 나타낸다. 본 발명의 압축된 플라즈마 운무는 물리학자에게 잘 알려진 자기 바틀 현상(Magnetic Bottle phenomenon)에 의해 트랩(trap)되어 포함되며, 핵물리학과 같은 분야에서 채택될 수 있을 것이다.

본 발명은 플라즈마내의 원자 입자의 낮은 동요를 갖는 하모니어스 플라즈마 운무를 생성하여, 그 플라즈마 운무에서의 원자 입자의 낮은 혼돈의 상태를 나타내는 방법에 관한 것이다. 물리학에서는 재료를 고체, 액체, 기체 및 플라즈마 4가지 형태로 정의한다. 플라즈마라는 형태의 재료는 지구에서는 그다지 흔하지 않은 물질이지만, 우주는 주로 플라즈마로 이루어져 있다. 본 발명에서의 플라즈마 운무 형태는 표준 규격의 상업용 무선 전송 장치와 유사한 저가의 무선주파수 발생기와 증폭기에 의해 발생된다. 본 발명의 전자기 발생기 시스템의 저입력 에너지 요건은, 전송 장치의 절개용 프로브를 하모니어스 플라즈마 운무와 임피던스 매칭, 주파수 매칭 및 시스템 출력 파워 매칭함으로써 부분적으로 달성된다. 활성화된 전송 장치의 절개용 팁은 이 팁의 표면을 코팅하는 플라즈마 운무를 생성한다. 본 발명의 전송 장치의 절개용 프로브는 고체 상태의 무중공(non-hollow) 도체가 바람직하지만, 전송 장치의 중공의 절개용 프로브를 사용할 수도 있다. 본 발명의 무선주파수 전자기 전송 장치가 작동될 때, 대다수의 전자류(electron flow)는 물리학의 스킨 효과(Skin Effect)에 따라 전송 장치의 절개용 또는 절단용 팁의 표면(surface) 또는 껍질(skin)을 따라 발생한다. 활성화된 전송 장치의 절개용 팁의 무선주파수 전자기파를 절개용 전자 팁을 코팅하는 플라즈마 운무에 임피던스 매칭함으로써 단단히 결합된 에너지 전달 시스템을 생성하여, 높은 백분율의 총 전자기 에너지가 플라즈마 운무로 전송되는데 반하여, 적은 백분율의 전자기 에너지만이 활성화된 전송 장치 절개용 프로브로 되돌아간다. 이러한 개념은 대기에 대하여 표준 무선 전송 장치 안테나를 임피던스 매칭하는 것과 유사하다.

아킹, 그 자체는 디스하모니어스 플라즈마 흐름의 형태이고, 플라즈마에서 원자 입자의 혼돈을 증가시키는, 플라즈마내 이온화된 원자 입자의 비제어 난류를 나타낸다. 그러나, 단순히 절단용 팁의 파워를 감소시키는 것은, 플라즈마 아크를 만드는 이온화된 원자 입자의 난류를 그렇게 감소시키지 않기 때문에 플라즈마의 하모니를 상당히 개선시키지 않는다. 플라즈마 아크에서의 원자 입자의 동요는, 원자 입자 혼돈의 형태를 나타내고, 원자 입자 혼돈의 제어되지 않는 속성은 의도된 재료의 절개 경로 바깥쪽의 재료로 다량의 에너지를 스필오버시키고, 이로 인해 과잉의 열이 생성될 수 있다. 의도된 절개 경로를 둘러싸고 있는 재료로의 이러한 에너지 스필오버는 열 노출 및 방사선 노출을 초래하여, 둘러싸고 있는 재료를 손상시키게 된다. 또한, 본 발명은 플라즈마 운무에서 원자 입자 동요를 최소화함으로써 플라즈마 아킹을 최소화하고, 이로 인해 플라즈마 운무의 원자 입자의 혼돈을 상당히 감소시키고, 또 이로 인해 하모니어스 플라즈마 운무가 생성된다.

일단, 하모니어스 플라즈마 운무가 생성되면, 하모니어스 플라즈마 운무는 활성화된 전송 장치의 절개용 팁으로부터 전송되는 전자기파를 이용함으로써 압축, 제어 및 윤곽 형성될 수 있으며, 이로 인해 핀치 효과의 물리적 특성을 사용할 수 있게 된다. 이렇게 압축된 플라즈마 운무는 물리학자에게 이미 잘 알려져 있고 핵물리학과 같은 분야에서 사용되는 자기 바틀 현상에 따른 전송된 자계를 이용해서 트랩핑하여 보유할 수 있다. 이로 인해 하모니어스 플라즈마 운무를 압축, 집중 및 트랩핑함으로써 절개용 전극을 덮는 플라즈마 코팅의 두께를 감소시킬 수 있게 된다. 이러한 효과는 절개용 팁상의 하모니어스 플라즈마 코팅의 밀도를 증가시킨다. 하모니어스 플라즈마 운무가 증가할수록 원자 입자의 밀도도 증가한다. 그러므로, 절개될 재료에서의 절개 경로의 폭이 더 넓어지고 또한 절개될 재료에서의 절개 효율이 증가한다. 본 발명에서 발생된 전자기파는 플라즈마 코팅을 일단 통과하면, 전자기파가 잘 임피던스 매칭되지 않은 하모니어스 플라즈마 운무를 둘러싸는 재료에 부딪친다. 따라서, 높은 백분율의 총 전자기 방사 에너지는 다시 하모니어스 플라즈마 코팅으로 되돌려지는 반면에, 낮은 백분율의 총 전자기 방사 에너지는 주변 재료로 전달된다. 재료에 있어서의 전자기 방사의 이러한 물리학적 상호 작용은 터널링 효과의 물리화학적 작용으로 기술된다. 하모니어스 플라즈마 운무에 다시 되돌려지는 이러한 전자기파 에너지는 플라즈마 운무의 원자 입자를 더 가동시키도록 동작하고, 이것에 의해 본 발명의 전자기 파형 발생기 시스템에 의해 요구되는 전자기 에너지 출력을 더 감소시킨다.

증가된 플라즈마의 하모니, 증가된 하모니어스 플라즈마 밀도, 활성화된 전송 장치의 절개용 프로브상의 하모니어스 플라즈마의 얇은 코팅 및 본 발명에 따라 발생된 전자기파에 대한 터널 효과의 결합은 의도된 절개 경로를 둘러싼 재료에 대한 스필오버 에너지를 최소화하면서 의도된 절개용 경로로 재료를 고효율이고 깨끗하게 절개할 수 있게 한다. 의도된 절개 경로를 둘러싼 티슈(tissue)에 대한 스필오버 에너지를 감소시킴으로써, 의도된 절개 경로 외측의 재료에 대한 손상이 상당히 감소된다. 물리 이론에 따라, 하모니어스 플라즈마는 기존의 절개 방식에 비해 재료를 더 효율적이고 깨끗하게 절단 및 절개하도록 공식화된다.

전통적인 전자 절단 유닛에 비하여, 본 발명에 따른 전자기 발생 시스템의 발진 주파수는 절개용 팁과 재료 표면 사이의 계면을 따라 플라즈마 운무의 분자 발진 고조파에 동조한다. 이 표면 원자 입자의 얇은 층의 동적 에너지 레벨은 극적으로 고레벨로 되어, 절단 전극을 둘러싼 고에너지 이온 및 전자의 운무를 형성한다. 이어서, 플라즈마 운무의 분자는 전자기파가 방사되는 전송 장치의 절단용 팁으로 공급되는 연속 또는 펄스의 모드 무선주파수 주파수파에 의해 절단 프로브 팁을 향해 구심적으로 끌어당겨진다. 이것에 의해 유효하게 절단 프로브의 표면 상에 하모니어스 절단 플라즈마의 고집중화된 코팅이 형성된다. 본 발명에 따라, 플라즈마 토치(torch) 및 플라즈마 챔버의 에칭 시스템 등의 플라즈마 발생 디바이스에서 발생하는 것와 같이 절단 영역으로 이온화 가능 가스를 주입하지 않고 절단 플라즈마 운무를 생성할 수 있게 된다. 전자기 방사가 오프되면, 플라즈마는 신속하게 에너지를 방전하고, 플라즈마 운무의 원자 입자는 플라즈마 상태를 유지하기 위해 필요한 에너지를 잃는다. 활성화된 전자기 프로브를 하모니어스 플라즈마 운무 코팅에 대해 임피던스 매칭, 주파수 매칭 및 파워 매칭하면서 전극 팁을 무선주파수로 시뮬레이팅함으로써, 플라즈마 원자 입자의 에너지를 끊는 플라즈마 블래이드가 생성된다. 전송된 전자기 방사선을 절개용 팁 주위의 플라즈마에 대해 임피던스 매칭하는 것은 전송 장치 안테나로부터 전자기 방사선을 안테나 주위의 공기로 임피던스 매칭하는 것과 유사하다. 전자기파가 플라즈마층을 통과하면, 전자기파는 의도된 절개 경로가 아닌 경로를 통과하여 임피던스 매칭되지 않은 재료를 만나서, 터널 효과에 대한 물리화학 이론에 의해 설명되는 방식으로 전송된 전자기 신호가 높은 만큼 쇠퇴하게 한다. 이러한 이유로, 절개의 효율은 의도된 절개 경로에서 증폭되는 반면, 의도된 절개 경로 이외의 곳에서는 약하게 되고, 그에 따라 의도된 절개 경로 외측의 재료에 대한 전자기 방사선 노출, 충격 및 부작용을 최소화한다. 결국, 본 발명의 방법에 따르면 안전하고 깨끗하며 효율적인 절개가 이루어진다.

본 발명의 목적 및 이점

따라서, 본 발명의 몇가지 목적 및 이점은 이하와 같다.

(a) 본 발명은 저비용의 전자 무선주파수 주파수 신호 발생기, 증폭기와 전송 장치의 프로브를 이용하여 전자기파를 발생, 증폭 및 전송하는 절개 방법을 제공한다.

(b) 본 발명은 고체이고, 중공형이 아닌 도전성 무선주파수 전송 장치의 프로브를 채용하여, 플라즈마를 생성, 유지 및 제어한다. 그럼에도 불구하고, 전송 장치 프로브는 설계상 완전히 중공형이거나 또는 부분적으로 중공형일 수 있다.

(c) 본 발명은 현재 사용되는 다른 절개 방법과 관련하여 낮은 시스템 입력 에너지를 요구하는 전자형 전자기계 발생기 시스템으로부터 플라즈마 절단 블래이드를 제공한다. 마찬가지로, 이 시스템은 현재 사용되는 다른 절개 방법에 관련하 여 1W의 평균 출력 파워가 될 수 있는 낮은 시스템 출력 에너지를 요구한다.

(d) 본 발명은 플라즈마 토치 및 플라즈마 챔버의 에칭 시스템 등의 플라즈마 발생 디바이스에서 보여지는 것과 같이 이온화 가능한 기체를 절단 영역내로 주입하는 일없이 플라즈마 운무를 생성한다.

(e) 본 발명은 본 발명에 따른 전자기 발생기 시스템으로부터의 에너지를 활성화된 전송 장치의 절개용 전극팁 주위를 코팅하는 플라즈마 운무에 임피던스 매칭함으로써 원자 입자의 혼돈 및 동요를 낮춘 하모니어스 플라즈마 운무를 발생한다.

(f) 본 발명은 본 발명에 따른 전자기 발생기 시스템으로부터의 에너지를 활성화된 전송 장치의 절개용 전극팁 주위를 코팅하는 플라즈마 운무의 원자 입자 발진 고조파에 주파수 매칭함으로써 원자 입자의 혼돈 및 동요를 낮춘 하모니어스 플라즈마 운무를 발생한다.

(g) 본 발명은 전자기 발생기 출력 파워를 하모니어스 플라즈마 운무를 시뮬레이팅하고 유지하는데 필요한 파워 필요 조건에 파워 매칭시킴으로써 원자 입자의 혼돈 및 동요를 낮춘 하모니어스 플라즈마 운무를 발생한다.

(h) 전자기 파형 발생기 에너지를 활성화된 전송 장치의 절개용 팁 주위를 코팅하는 플라즈마 운무로, 강하게 결합된 고효율의 이동을 행함으로써, 활성화된 전송 장치의 절개용 팁 주위의 하모니어스 플라즈마 운무를 자극하고 유지하는 데에 필요한 무선주파수 발생기/증폭기 출력 파워를 감소시킨다.

(i) 활성화된 전송 장치의 절개용 팁을 코팅하는 하모니어스 플라즈마 운무를 집중시키고 압축하여 윤곽을 뚜렷하게 하기 위해 핀치 효과로 알려진 물리적 작용을 이용한다.

(j) 하모니어스 플라즈마 운무를 트랜하여 포함하도록 자기 바틀 효과로 알려진 물리적 작용을 이용하여 플라즈마 운무를 주입하는 고체 물질 제한 용기의 필요성을 없앤다.

(k) 터널링의 물리화학적 작용을 이용하여, 하모니어스 플라즈마 운무 주위의 물질을 제거한 활성화된 전송 장치의 절개용 팁에 의해 활성화된 전송 장치의 절개용 팁 주위의 하모니어스 플라즈마로 역으로 전송된 전자기파를 반사시킨다. 이러한 방식으로, 본 발명은 의도된 절개 경로 외측의 재료와 상호 작용하고 이 물질을 관통하는 것으로부터 전송된 전자기 방사를 최소화시키는 전자기 차폐막을 형성하는 터널링 효과를 이용한다. 이 터널링 효과는 방사 노출의 잠재적 측면 효과를 최소화시키는 작용을 한다. 또한, 플라즈마 운무로 역반사된 이 전자기 방사는 하모니어스 플라즈마 운무에 에너지를 제공하는 작용을 함으로써, 전자기 발생기 시스템으로부터 요구되는 출력 에너지를 감소시킨다.

(l) 의도된 절개 경로 외측의 물질에 대해 최소한의 충격 또는 최소한의 측면 효과를 갖는 물질에 예리하고 청결한 절개를 행하도록 절단 플라즈마의 키네틱 에너지(kinetic energy)를 더 예리한 절단 경로에 집중시키도록 활성화된 전송 장치의 절개용 팁 주위에 응축된 하모니어스 플라즈마 운무를 사용한다.

(m) 나이프 및 블래이드와 같은 순수한 물리적 에너지 절단 기술에 대한 대안으로서, 레이저와 같은 현재 사용 가능한 대체적인 다른 절단 양식보다 더 효율적이고, 더 효과적이며, 더 청결하며 더 저렴한 접근 방법을 제공한다.

본 발명의 절개 물질을 사용하는 방법은 종래 방법의 절개 물질을 사용하는 방법과는 상이하다. 본 발명은 저가의 전자 무선주파수 신호 발생기/증폭기 시스템을 사용하는 절개 핸드피스(handpiece)에 관한 것으로, 전송 장치의 절개용 프로브로부터 전송되는 펄스화되거나 연속적인 무선주파수 전자기파를 생성한다. 본 발명의 절개 프로브는 부분적으로 또는 완전한 중공의 전송 장치의 절개용 프로브가 허용 가능하더라도, 중공이 없는 고체 전도체인 것이 바람직하다. 본 발명의 시스템은 주위 대기와 매칭하는 임피던스를 갖는 표준 무선 전송 장치와 유사하지만, 본 발명의 시스템은 활성화된 전송 장치의 절개용 전극 팁 주위의 하모니어스 플라즈마 운무와 임피던스 매칭, 주파수 매칭, 파워 매칭하도록 조절된다.

플라즈마는 우주에는 매우 풍부하게 존재하는 형태의 물질이지만, 지구에 존재하는 4가지 형태의 재료중 가장 적게 존재하는 형태의 재료이다. 지구상에 존재하는 플라즈마 형태의 재료는, 아크 웰딩, 스파크 플러그 아크, 네온광, 전광 방전 부근의 아크 및 전자서저리에서 나타나는 부식성 플라즈마 아크를 포함한다. 또한 플라즈마는 반도체 에칭과 같은 전기장에서도 사용되지만, 여기서는 레이저 또는 정교한 플라즈마 에칭 챔버와 같은 고가의 고에너지 소비 시스템에 의해 생성된다.

본 발명의 시스템은 저가의 전자 무선주파수 발생기/증폭기 시스템을 사용하여 활성화된 전송 장치의 절개용 프로브로부터 연속적이거나 또는 펄스화된 전자기장을 생성하고 전송한다. 이러한 전자 자기장 발생기 시스템의 각각의 파라미터는 대체로 전송 장치의 절개용 프로브와 절개될 물질 사이의 계면을 따라 원자 입자 성분에 의해 결정된다. 본 발명의 시스템은 절개하는 자기장으로 주입되고 그 후에 에너지가 가해지며 플라즈마로 변환되는 이온화 가능한 기체를 필요로 하는 시스템에 대응하여 전송 장치의 절개용 프로브의 계면을 따라 원자를 사용하여 플라즈마 운무를 발생시킨다. 본 발명의 전송 장치의 절개용 프로브는 설계상으로 직선형이거나 곡선형이 바람직하지만, 전송 장치의 전극 팁의 형태는 그 설계를 특정지을 필요는 없으며, 루프형 설계로 할 수도 있다. 본 발명의 시스템은 임피던스 매칭, 주파수 매칭, 출력 파워 매칭하도록 활성화된 전송 장치의 절개용 프로브를 코팅하는 하모니어스 플라즈마 운무를 발생시켜 유지함으로써, 절개용 팁과 절개될 물질 사이의 계면에서 발생하는 표준 플라즈마 아킹을 최소화한다.

아킹은 그 자체가 디스하모니어스 플라즈마 흐름의 형태이며 플라즈마에서 증가된 원자 입자의 혼돈으로 귀결되는 플라즈마내의 이온화된 원자 입자의 제어되지 않은 난류를 나타낸다. 단, 절단용 팁의 파워를 감소시키는 것은 플라즈마 아크를 발생시키는 이온화된 원자 입자의 난류를 크게 감소시키지 않는 만큼 그 자체가 플라즈마의 하모니를 현저하게 향상시키지 않는다. 다른 물질 형태에서 처럼, 플라즈마는 온도, 밀도, 흐름 특성, 원자 입자 성분 등의 넓은 범위를 포함하는 넓은 물리적 표시를 갖는다. 지구상에서, 플라즈마 아킹은 웰딩 아크, 스파크 플러그 아크, 전광 볼트 아크 네온광 및 전자서지컬 아크와 같은 다수의 아크에서 발견할 수 있다. 플라즈마 아크에서 원자 입자의 높은 동요는 원자 입자의 혼돈 형태로 나타나며, 여기서 원자 입자의 혼돈의 제어되지 않는 특성은 플라즈마 운무내의 원자 입자의 난류에 의해 초래된다. 이러한 형태의 플라즈마는 디스하모니어스 플라즈마로 나타나며 과잉의 열로 귀결되거나 의도된 절개 경로 외측의 재료에 대한 다량의 에너지 스필오버로 귀결된다. 재료에 대한 의도된 절개 경로로 연장되는 이러한 에너지 스필오버는 에너지 노출, 열적 노출 및 주위 물질에 대한 손상으로 귀결된다. 이러한 방식으로, 본 발명은 플라즈마 운무에서 원자 입자의 동요 및 혼돈을 최소화시킴으로써 플라즈마 아킹을 최소화하여 하모니어스 플라즈마 운무를 발생시키는 작용을 한다.

전자기장은 활성화된 전송 장치의 절개용 프로브 주위의 하모니어스 플라즈마의 얇은 막을 횡단하기 때문에, 전자기장은 진폭이 느리게 줄어들거나 감소된다. 마지막으로, 전자기장은 플라즈마 운무를 완전히 통과할 것이고 절개용 플라즈마의 운무 주위의 의도된 절개 경로 외측의 재료를 만나게 될 것이다. 물리화학의 터널링 작용에 따르면, 발생된 전자기파는 조절되거나 임피던스가 매칭되지 않은 경계와 접하게 되어 전자기파의 높은 백분율의 총 에너지는 하모니어스 플라즈마 운무로 역으로 반사된다. 이러한 반사된 전자기 에너지는 플라즈마 운무내의 분자 입자에 에너지를 공급하도록 작용함으로써, 전자기파 발생기 시스템에 의해 전송되어져야 하는 출력 에너지를 감소시킨다. 또한, 이러한 프로세스는 의도된 절개 경로 외측의 물질을 관통하여 상호 작용하여, 이 물질에 잠재적인 방사선 노출 손상을 제공하는 전자기 방사의 총 백분율을 최소화시키기 위해 사용된다.

본 발명의 발생된 자기장의 구심력은 하모니어스 플라즈마 운무내의 원자 입자와 활성화된 전송 장치의 절개용 프로브의 표면 사이의 거리를 제어하기 위해 사용된다. 마지막으로, 플라즈마 물리학과 같은 분야에서 수년동안 사용되어온 핀치 효과가 본 발명의 시스템에서 사용된다. 이러한 방식으로, 고체 또는 중공을 갖는 전송 장치의 절개용 프로브로 하모니어스 플라즈마를 압축하여, 윤곽을 뚜렷하게 하며, 제어할 수 있다. 본 발명은 고체 물질 제한 용기를 필요로 하는 일없이 압축된 플라즈마 운무를 트랩하여 포함하기 위한 핵 물리학과 같은 분야에서 종래에 사용되었던 자기 바틀 효과를 이용함으로써 플라즈마를 트랩하여 제어하기 위한 중공 또는 공동(cavity)을 갖는 절개용 팁 프로브를 이용할 필요가 없다. 하모니어스 플라즈마 운무내의 원자 입자의 밀도를 증가시키는 것은 플라즈마 운무의 파워 밀도를 증가시킴으로써 절단 효율과 플라즈마 운무의 파워를 증가시킨다.

또한, 플라즈마 운무를 압축시키는 것은 플라즈마 운무의 단면의 직경을 감소시켜 의도된 절개 경로의 폭을 감소시키는 것은 물론 의도된 절개 경로 외측의 재료상의 부작용(side effect) 또는 잠재적 악영향(adverse impact)을 최소화한다. 전자기파 발생기 시스템이 파워를 턴오프하면, 하모니어스 플라즈마의 에너지 레벨은 플라즈마 운무를 포함하는 원자 입자가 플라즈마로 알려진 물질의 상태로 유지될 수 없는 지점까지 빠르게 감소한다.

따라서, 형태와 윤곽을 제어할 수 있는 하모니어스 플라즈마를 발생하도록 특별히 조정된 전자기 파를 사용하는 것이 더 효율적이며, 더 제어가 용이하며, 중독성이 적으며, 비용면에서 저렴한 절개 물질을 사용하는 방법을 제공한다는 것을 알 수 있을 것이다.

명세서에 상기되어 있는 상기 설명은 본 발명을 제한하려는 의도는 아니며 본 발명의 바람직한 실시예를 제공하는 단순한 예일 뿐이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 주어진 예에 의해서가 아니라 첨부된 청구항 및 그의 법적 등가물에 의해서만 제한되는 것으로 이해해야 한다.

Claims (31)

1. 무선주파수 신호 발생기와 파워 증폭기를 구비하는 전자 시스템을 채택하는 단계와;

   무선주파수 에너지를 생성하는 단계와;

   상기 무선주파수 에너지를 활성화된 전송 장치의 절개용 전극팁에 공급하는 단계와,

   상기 활성화된 전송 장치의 절개용 전극팁의 표면으로부터 외측으로 전자기장을 발생시키는 단계와;

   상기 활성화된 전송 장치의 절개용 전극팁 주위의 공간에 이온화 가능한 기체를 주입할 필요없이, 상기 활성화된 전송 장치의 절개용 전극팁과 절개될 재료 사이의 계면을 따라 활성 원자 입자의 메카니즘에 의해 상기 활성화된 전송 장치의 절개용 전극팁을 코팅하는 플라즈마 운무를 생성하는 단계와;

   상기 활성화된 전송 장치의 절개용 전극팁의 상기 표면과 상기 절개될 재료 사이의 계면을 따라 전자기파로부터 상기 원자 입자로의 고효율의 에너지 전송에 의해, 상기 플라즈마 운무를 유지하는 단계와;

   상기 재료를 안전하고, 청결하며, 효율적이면서 효과적으로 절개하기 위해 상기 활성화된 전송 장치의 절개용 전극팁 주위의 상기 플라즈마 운무를 이용함으로써, 상기 재료를 절개하는 단계

   를 포함하는 플라즈마를 이용한 재료 절개 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 무선 주파수를 공급하는 단계는, 바람직하게는 고체팁(solid tip)이지만 중공형(hollow) 팁 또는 부분적인 중공형(semi-hollow) 팁일 수도 있는 전기 전도 재료 또는 반도체 재료로, 상기 활성화된 전송 장치의 절개용 전극팁을 구성하는 단계를 포함하는 것인, 플라즈마를 이용한 재료 절개 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 무선주파수를 공급하는 단계는, 바람직하게는 선형 또는 곡선형 형상 디자인, 루프 디자인 혹은 비특정 형상 디자인으로 상기 활성 절개 전송 장치의 전극팁을 구성하는 단계를 포함하는 것인, 플라즈마를 이용한 재료 절개 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 전자기장을 발생시키는 단계는, 연속적인 전자기 파형을 생성하는 단계를 포함하는 것인, 플라즈마를 이용한 재료 절개 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 전자기장을 발생시키는 단계는 펄스형 전자기 파형을 생성하는 단계를 포함하는 것인, 플라즈마를 이용한 재료 절개 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 운무를 생성하고 유지하는 단계는, 상기 무선주파수 신호 발생기 및 파워 증폭기로부터, 상기 활성 절개 전송 장치의 절개용 전극팁을 덮는 상기 플라즈마 운무로의 상기 무선주파수 에너지를, 임피던스를 일치시키고, 주파수를 일치시키며, 파워를 일치시키는 단계를 포함하는 것인, 플라즈마를 이용한 재료 절개 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 무선주파수 신호 발생기와 파워 증폭기로부터 상기 전송 장치의 절개용 전극팁의 상기 표면을 따른 원자 입자로의, 고효율이고 밀착 결합된(tightly-coupled) 에너지의 전송을 생성하는 단계를 더 포함하는, 플라즈마를 이용한 재료 절개 방법.
8. 제7항에 있어서, 하모니어스 플라즈마 운무를 생성하여 유지하기 위해, 상기 무선주파수 신호 발생기와 파워 증폭기의 필요한 출력 파워를 매칭시키는 단계를 더 포함하는, 플라즈마를 이용한 재료 절개 방법.
9. 제6항에 있어서, 상기 전송 장치의 절개용 전극팁의 표면을 따라 상기 플라즈마 운무내의 상기 원자 입자의 동요(turbulence)와 혼돈(chaos)을 감소시키는 단계를 더 포함하는, 플라즈마를 이용한 재료 절개 방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 전송 장치의 절개용 전극팁의 상기 표면을 코팅하는 하모니어스 플라즈마 운무를 개발하는 단계를 더 포함하는, 플라즈마를 이용한 재료 절개 방법.
11. 제6항에 있어서, 상기 무선주파수 신호 발생기와 파워 증폭기로부터 발생된 상기 전자기파의 총 에너지의 높은 백분율이 상기 플라즈마 운무를 통해 전송되어, 상기 전자기파가 물리화학의 터널링 효과(Tunnelling effect)에 따라 상기 플라즈마 운무와 상기 절개될 재료 사이의 계면에 도달할 때 상기 전자기파의 총 에너지의 높은 백분율이 상기 플라즈마 운무내로 되반사되도록 하는 단계를 더 포함하는, 플라즈마를 이용한 재료 절개 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 전자기파의 반사된 에너지가 상기 플라즈마 운무에 추가로 에너지를 공급하여(energize), 상기 플라즈마 운무를 발생시켜 유지하기 위해 상기 무선주파수 신호 발생기와 파워 증폭기에 의해 전송되어야 할 필요한 에너지 출력을 더 감소시키는 단계를 더 포함하는, 플라즈마를 이용한 재료 절개 방법.
13. 제11항에 있어서, 의도된 절개 경로를 둘러싸는 상기 재료를 상기 전자기파의 상기 에너지로부터 차폐(shield)하여, 상기 의도된 절개 경로 바깥쪽 상기 재료를 복사선 노출로부터 보호하는 단계를 더 포함하는, 플라즈마를 이용한 재료 절개 방법.
14. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 운무를 유지하는 상기 단계는, 상기 플라즈마 운무내의 상기 원자 입자와 상기 활성화된 전송 장치의 절개용 전극팁의 상기 표면 사이의 거리를 제어하기 위해 전송된 자기파(magnetic wave)를 이용하는 단계를 포함하는 것인, 플라즈마를 이용한 재료 절개 방법.
15. 제14항에 있어서, 물리학의 핀치 효과(Pinch Effect)에 따라 상기 전송된 자기파의 에너지를 이용하여, 상기 플라즈마 운무를 트랩핑(trapping)하고 압축하고 윤곽을 뚜렷하게 하면서, 그 형태와 밀도를 제어하는 단계를 더 포함하는, 플라즈마를 이용한 재료 절개 방법.
16. 제15항에 있어서, 상기 플라즈마 운무의 단면의 직경과 절개될 재료로의 상기 의도된 절개 경로의 폭을 감소시키면서, 상기 플라즈마 운무의 에너지 밀도를 증가시키는 단계를 더 포함하는, 플라즈마를 이용한 재료 절개 방법.
17. 제14항에 있어서, 상기 플라즈마 운무를 트래핑하여 한정하는 단계를 더 포함하되, 물리학의 자기 바틀 효과(Magnetic Bottle Effect)에 따라 상기 전송된 자기파를 이용하여, 고체 물질(solid matter) 한정이나 용기(containment vessel) 또는 상기 활성화된 전송 장치의 절개용 전극팁 주위의 상기 공간내로 상기 이온화 가능한 기체를 주입할 필요없이 상기 플라즈마 운무를 트래핑하여 한정하는 단계를 더 포함하는, 플라즈마를 이용한 재료 절개 방법.
18. 제1항에 있어서, 상기 재료를 절개하는 단계는, 상기 플라즈마 운무를 포함하는 상기 원자 입자들에서의 변동의 요건 뿐만 아니라 상기 플라즈마 운무의 물리적 파라미터들을 변경하는 능력에 따라, 상기 전자기파의 주파수와 파워를 선택적으로 변화시키는 단계를 포함하는 것인, 플라즈마를 이용한 재료 절개 방법.
19. 무선주파수 에너지를 발생하는 단계와;

    상기 무선주파수 에너지를 조절하는 단계와;

    상기 조절된 무선주파수 에너지를 사용하는 전극의 표면 바깥쪽에 상기 전극을 둘러싸는 플라즈마 운무를 생성 및 유지하도록, 상기 조절된 조절된 무선주파수 에너지를 이용하여 전극 표면으로부터 바깥쪽으로 전자기장을 발생하는 단계로서, 상기 플라즈마 운무는, 상기 전극과 절개가 이루어지는 상기 재료 사이의 계면을 따라 원자 입자들을 활성화하기 위해 상기 조절된 무선주파수 에너지를 이용함으로써 생성되고 유지되는 것인, 상기 전자기장을 발생하는 단계

    를 포함하는 재료 절개 방법.
20. 제19항에 있어서, 상기 전자기장을 발생하는 단계는, 상기 플라즈마 운무에 대해 상기 전자기장을 임피던스 매칭, 주파수 매칭, 파워 매칭, 및 튜닝(tuning)하는 단계를 포함하는 것인, 재료 절개 방법.
21. 제19항에 있어서, 상기 전자기장을 발생하는 단계는,

    상기 전극을 상기 재료 가까이에 가져 갔을 때 상기 전자기장을 재료에 투사하는 단계를 포함하며, 상기 플라즈마 운무는 상기 전극과 상기 재료의 계면을 따라 존재하는 원자 입자와 상기 전자기장의 상호작용에 의해 형성되는 것인, 재료 절개 방법.
22. 제19항에 있어서, 상기 전자기장을 발생하는 단계는,

    조절 네트워크를 통해 상기 전자기장의 특성을 변경하여 상기 전자기장이 상기 플라즈마 운무에 대해 임피던스 매칭, 주파수 매칭, 파워 매칭, 튜닝되는 단계를 포함하는 것인, 재료 절개 방법.
23. 제19항에 있어서, 상기 전자기장을 발생하는 단계는,

    상기 플라즈마 운무를 형성하는 플라즈마를 상기 전자기장의 자력선을 따라 전파시키는 단계를 포함하는 것인, 재료 절개 방법.
24. 제19항에 있어서, 상기 전자기장을 발생하는 단계는,

    연속적인 전자기 파형을 발생하는 단계를 포함하는 것인, 재료 절개 방법.
25. 제19항에 있어서, 상기 전자기장을 발생하는 단계는,

    펄스형 전자기 파형을 발생하는 단계를 포함하는 것인, 재료 절개 방법.
26. 제19항에 있어서, 상기 전자기장의 총 에너지 중 높은 비율이 상기 플라즈마 운무를 통해 전달될 수 있도록 하는는 단계를 더 포함하는, 재료 절개 방법.
27. 제26항에 있어서, 상기 전자기장이 상기 플라즈마 운무와 상기 재료 사이의 계면에 도달하면, 상기 전자기장의 총 에너지 중 높은 비율이 상기 플라즈마 운무내로 되반사되도록 하는 단계를 더 포함하는, 재료 절개 방법.
28. 제27항에 있어서, 상기 플라즈마 운무내로 되반사된 상기 에너지가 상기 플라즈마 운무에 추가로 에너지를 공급하도록 하는 단계를 더 포함하는, 재료 절개 방법.
29. 제19항에 있어서, 상기 절개 경로를 둘러싸는 상기 재료를 상기 전자기장으로부터 차폐시키는 단계를 더 포함하는, 재료 절개 방법.
30. 제19항에 있어서, 상기 플라즈마 운무의 단면 직경과 상기 절개 경로의 폭을 감소시키면서, 상기 플라즈마 운무의 에너지 밀도를 증가시키는 단계를 더 포함하는, 재료 절개 방법.
31. 제19항에 있어서, 상기 플라즈마 운무에서의 상기 원자 입자의 변동에 따라 상기 전자기장의 주파수 특성, 임피던스 특성 또는 파워 특성을 변경하는 단계를 더 포함하는, 재료 절개 방법.