KR20100017374A - 플라즈마 소스 - Google Patents

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KR20100017374A
KR20100017374A KR1020097024607A KR20097024607A KR20100017374A KR 20100017374 A KR20100017374 A KR 20100017374A KR 1020097024607 A KR1020097024607 A KR 1020097024607A KR 20097024607 A KR20097024607 A KR 20097024607A KR 20100017374 A KR20100017374 A KR 20100017374A
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plasma
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plasma source
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conduit
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KR1020097024607A
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Inventor
그레고르 모르필
베른트 스테페스
Original Assignee
막스-플랑크-게젤샤프트 츄어 푀르더룽 데어 비쎈샤프텐 에.파우.
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Publication date
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Abstract

본 발명은 가스 흐름을 운반하는 도관(3, 4); 및 플라즈마가 발생되는 이온화 챔버(10)를 포함하며, 상기 이온화 챔버(10)는, 상기 도관(3, 4)에서의 가스 흐름이 상기 이온화 챔버(10)의 외부로 가스 파티클들을 내보냄으로써 이온화 챔버(10) 내에서의 압력을 감소시킬 수 있도록, 상기 도관(3, 4)에 연결되는 플라즈마 소스(1)에 관련된다.
Figure P1020097024607
플라즈마, 소스, 이온화, 챔버, 도관, 가스 흐름

Description

플라즈마 소스{PLASMA SOURCE}
본 발명은 플라즈마 소스, 특히 청구항 제1항의 전제부에 따른 상처 소독용 플라즈마 소스에 관한 것이다.
생체 내에서 상초 소독용 불균형 상태의 플라즈마 사용은 'http://www.phys.tue.nl.'에 공지된, 스토펠스, 이(Stoffels, E.)와 스토펠스, 더블유(Stoffels, W.)에 의한 '마이크로-플라즈마의 치유 접촉(The healing touch of a micro-plasma'에 공개되었다. 그러나 생체 내에서 상처 소독은, 기존의 플라즈마 소스가 생체 내에서 상처의 소독에 적합화될 수 있도록, 플라즈마의 낮은 온도와 낮은 전자기적인 방사를 요구한다.
아울러, WO 2007/031250 A1의 특허공개공보는 전술한 생체 내에서 상처의 소독에 적합화될 수 있는 플라즈마 소스를 개시한다.
고온의 플라즈마 소스들은, 예를 들면 US 2007/0021748 A1, US 5573682, US 5296672, FR 1376216, US 6114649 및 US 6121569에 공개되었다. 다른 종류의 종래 플라즈마 소스들은 WO 2005/026650 A2 및 US 3692431에 공개되었다. 그러나, 이 러한 플라즈마 소스들은 저온의 플라즈마를 요구하는 생체 내 상처 소독에는 적합화될 수 없다.
그러므로, 본 발명의 목적은, 생체 내에서의 상처 소독에 적합화될 수 있는 플라즈마 소스 내에서의 플라즈마 발생을 개선하는 것이다.
이러한 목적은, 청구항 제1항에 정의된 것처럼, 본 발명에 따른 플라즈마 소스에 의해 달성된다.
본 발명에 따르면, 플라즈마 소스는, 플라즈마가 발생되는 이온화 챔버(ionization chamber)를 구비하며 제공된다. 아울러, 플라즈마 소스는 캐리어 가스(carrier gas, 예를 들면, 대기(ambient air), 아르곤(argon) 또는 질소(nitrogen))의 가스 흐름을 운반하는 도관(conduit)을 포함한다. 본 발명에 따른 플라즈마 소스는, 도관에서의 가스 흐름이 이온화 챔버의 외부로 가스 파티클(예를 들면, 이온들, 전자들, 원자들)을 운반함으로써 이온화 챔버 내에서의 압력이 감소될 수 있도록, 이온화 챔버와 도관은 연결되는 것을 특징으로 한다. 이온화 챔버 내에서의 압력 감소는, 보통 가스들의 이온화 가능성(이 상승하는 압력과 함께 감소되기 때문에, 플라즈마 생산의 효율성에 있어서 유리하게 개선을 발생시킨다. 그러므로 저압을 갖는 가스에서 플라즈마를 생산하는 것이 더 쉽고 더 효율적이다.
본 발명의 바람직한 실시예에서는, 가스 흐름을 운반하는 도관은 노즐(nozzle)을 포함하며, 이온화 챔버는, 노즐의 하류에서 도관에 연결된다. 본 실시예에서, 이온화 챔버 내에서의 압력 감소는 노즐의 하류의 도관에서 가스 흐름에 의해 생산된다.
바람직하게는, 노즐은 벤튜리 노즐(Venturi nozzle) 또는 레이벌 노즐(Laval nozzle)이다. 레이벌 노즐을 사용할 때, 노즐은 캐리어 가스 흐름 내에서 쇼크 파장(shock wave)을 발생시키므로 도관에 이온화 챔버가 연결되는 접합점에서 캐리어 가스 흐름의 흐름 속도가 증가되고, 차례로 압력 감소로 결론된다. 그러나, 본 발명이 전술한 타입의 노즐들에 제한되지 않는다는 것은 자명하다.
하지만, 도관에서의 가스 흐름이 노즐의 상류에서는 아음속(subsonic)의 흐름 속도(M<1)와 노즐의 하류에서는 초음속(supersonic)의 흐름 속도(M>1)와 노즐 내에서는 음속의 흐름 속도(M≒1)를 갖도록, 노즐은 바람직하게 형상화된다. 도관을 따라서 이러한 흐름 속도의 분배는, 잘 알려진 베르누이 법칙(laws of Bernoulli)의 법칙에 따라 도관 내의 초음속의 가스 흐름에서 기대한 압력 감소를 생산한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서는, 이온화 챔버는 링 형상(ring-shaped)이며, 도관을 감싼다. 본 실시예에서, 노즐과 그 주변의 이온화 챔버는 같은 횡단면으로 배열될 수 있다. 선택적으로, 이온화 챔버가 노즐에 대하여 축 방향으로 이동되는 것이 가능하다. 바람직하게는, 이온화 챔버는 가스 흐름을 운반하는 도관의 노즐에 대하여 흐름 방향을 따라 축 방향으로 이동된다. 즉, 이온화 챔버는 노즐의 하류에 배치되는 것이 바람직하다. 그러므로 이온화 챔버와 도관의 접합점은 노즐의 하부에 위치되고, 그 곳에서의 압력은 전술한 것처럼 감소된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 이온화 챔버는 컵 형상(cup-shaped)이며 흐름 방향으로 개방되고, 이온화 챔버는 노즐 내에서 특히 도관 내부에 배치된다. 본 실시예에서, 컵 형상의 이온화 챔버와 그 주변의 도관(예를 들면 노즐)은 동축으로 배열되는 것이 바람직하며, 이에 따라 도관 내의 가스 흐름은 노즐의 내벽과 컵 형상의 이온화 챔버의 외면 사이의 링 형상의 갭에서 흐른다. 그리고 나서, 링 형상의 갭에서의 가스 흐름은 이온화 챔버를 통과하고 이온화 챔버의 내부의 외부로 가스 파티클을 배출함으로써 이온화 챔버 내에서 압력이 감소될 수 있다.
전술한 실시예에서, 컵 형상의 이온화 챔버는 이온화 챔버의 하류단에서 노즐의 내면에 접촉되는 것이 바람직하며, 이에 따라 노즐의 내면과 컵 형상의 이온화 챔버의 외면 사이에서 링 형상의 전술한 갭이 닫힌다. 그러나, 컵 형상의 이온화 챔버는, 가스 챔버와 노즐 사이의 링 형상의 접촉점에서 축 방향으로 배열된 노치들을 구비하는 것이 바람직하며, 이에 따라 노즐의 내면과 이온화 챔버의 외면 사이의 링 형상의 갭에서 가스 흐름이 이러한 노치들을 지나 흐를 수 있다.
아울러, 컵 형상의 이온화 챔버는, 축 방향으로 조절될 수 있는, 즉 컵 형상의 이온화 챔버가 그 주변의 도관에 대해 축 방향으로 조절될 수 있는 축 위치(axial position)를 갖는 것이 바람직하다.
나아가, 본 발명에 따른 플라즈마 소스는 이온화 챔버 내에 플라즈마를 발생시키기 위한 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명은 플라즈마 발생을 위한 두 개의 전극을 갖는 전극 배열에 제한되지 않는다. 또한, 여기에서 리퍼런스에 의해 합병된, WO 2007/031250 A1에 공개된 두 개의 전극 이상을 갖는 전극 배열이 사용될 수도 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 제1 전극은 노즐에 의해 형성되고, 반면에 제2 전극은 도관의 원뿔 부분에 의해 형성되며, 도관의 원뿔 부분은 흐름 방향으로 테이퍼링(tapering)되고 이미 전술한 바와 같이 노즐을 감싼다. 본 발명의 실시예에서, 노즐은 도관의 깔때기(funnel) 형상의 원뿔 부분으로 흘러 든다.
본 발명의 다른 실시예에서, 제1 전극과 제2 전극 모두는 이온화 챔버 안에 배치된다. 이러한 전극 배열은 전술한 실시예처럼 컵 형상의 이온화 챔버를 포함하는 것이 바람직하다.
그러나 본 발명의 다른 실시예에서, 제1 전극은 도관 특히 노즐에 의해 형성되고, 반면에 제2 전극은 이온화 챔버 내에서 홀로 배치된다. 본 실시예에서는, 전기적인 방전이 일측에서의 도관의 내면과 타측에서의 이온화 챔버 내의 제2 전극 사이에서 발생된다. 그러므로, 다른 전기적인 잠재력들이 일측에서의 도관과 타측에서의 이온화 챔버 내의 제2 전극에 적용된다. 예를 들면, 도관은 전기적으로 그라운딩되고, 반면에 양 또는 음의 고전압의 잠재력이 이온화 챔버 내에서 제2 전극에 적용된다.
이온화 챔버 내에서 플라즈마 발생은 보통 무선 주파수(RF, Radio Frequency) 방사(radiation)와 마이크로웨이브(microwave)들을 생산하고, 이것들은, 플라즈마 소스의 무선 주파수 도는 마이크로웨이브 방사를 감소시키기 위해, 이온화 챔버의 벽들 또는 그 주변 도관의 벽들에 의해 보호된다. 아울러, 무선 주파수 도는 마이크로웨이브 방사를 감소시키기 위해, 전기적으로 전도성인 물질로 제작되는 하우징에 의해 플라즈마를 감싸는 것이 가능하다.
나아가, 본 발명에 따른 플라즈마 소스는 이온화 챔버의 내부로부터 가스 흐름을 운반하는 도관의 내측으로, 그리고 도관의 아웃렛를 따라 직접적인 방사 경로가 없도록 형성되며, 이로 인해 플라즈마 소스는 전자기적인 방사, 예를 들면 자외선 방사가 발생되는 플라즈마를 실질적으로 자유롭게 한다.
그러나, 플라즈마 소스의 여러 적용에서 자외선 방사는, 예를 들면 상처 소독용 또는 외면의 오염 제거용으로 바람직할 것이다. 그러므로, 본 발명에 따른 플라즈마 소스는 이온화 챔버의 내부로부터 가스 흐름을 운반하는 도관의 내측으로, 그리고 도관의 아웃렛를 따라 직접적인 방사 경로가 있도록 형성되는 것이 가능하며, 따라서 플라즈마 소스는 전자기적인 방사가 발생되는 플라즈마를 배출한다.
아울러, 이온화 챔버는, 이온화 챔버 내에서 플라즈마 발생의 시각적인 조절이 가능할 수 있도록 적어도 일부분이 투명한 벽들을 구비할 수도 있다. 예를 들면, 윈도우(window)는 이온화 챔버 내에서 플라즈마 발생이 윈도우를 통해 시각적으로 확인될 수 있도록 이온화 챔버의 벽들 내부 그리고/또는 그 주변의 도관의 벽들 내부에 배치될 수 있으며, 이로 인해 가시광선은 투과되고 자외선은 투과될 수 없는 것이 바람직하다. 나아가, 포토 다이오드(photo diode), CCD 카메라(Charge coupled device camera) 또는 다른 광센서(optical sensor)는 윈도우를 통해 플라즈마 발생을 확인하는 데 사용될 수 있다.
더욱이, 이온화 챔버가 진공 미터(vacuum meter) 또는 그와 같은 것들과의 연결을 위한 커넥션(connection)을 포함한다고 공고되었다.
본 발명의 다른 실시예에서, 플라즈마 소스는 이온화 챔버의 내부 그리고/또는 도관에서 이온화 챔버의 하류에 자기장을 발생시키는 마그네트(magnet)를 포함하며, 여기서 자기장은 플라즈마 발생을 강화한다. 플라즈마의 차지(charge) 캐리어들(즉, 전자들)의 평범한 자유 경로가 로렌츠 힘(Lorentz force)로 인해 차지 캐리어들 상에서 자기장의 중대한 효과를 발생시키기에 충분하다면, 이것은 합리적이다.
아울러, 캐리어 가스 흐름을 운반하는 도관은, 도관 내부로 가스 흐름을 안내하는 인렛(inlet)과, 플라즈마로 처리되는 대상체 상으로 혼합된 플라즈마와 함께 가스 흐름을 분산시키는 아웃렛(outlet)을 포함하는 것이 언급된 바 있다.
나아가, 이온화 챔버 내의 진공은 5 mbar 내지 900 mbar 사이의 범위(range)를 갖는 것이 바람직하고, 400 mbar 내지 600 mbar 사이의 범위를 갖는 것이 더 바람직하다. 그러나, 본 발명이 전술한 압력 범위에 제한되지 않는다.
더욱이, 도관 내측으로 안내되는 가스 흐름은 대기, 질소, 희(稀)가스(예를 들면, 아르곤) 또는 첨가제들, 특히 이산화탄소와 조합된 전술한 가스들 중의 하나로 구성된다고 공고되었다.
아울러, 도관 내에서의 가스 흐름은 50리터/분(l/min), 40리터/분, 30리터/분 또는 심지어 10리터/분보다 더 작은 양인 것이 바람직하다. 하지만, 본 발명은 도관 내에서의 가스 흐름에 있어서 전술한 한계로 제한되지 않는다.
나아가, 본 발명에 따른 플라즈마 소스는 이온화 챔버 내에서 전극들을 구동시키는 플라즈마 제너레이터(plasma generator)를 포함하는 것이 바람직하다. 본 발명의 실시예에서, 플라즈마 제너레이터는 이온화 챔버 내부에서 직류 여자(DC excitation)를 발생시킨다. 다른 실시예에서, 플라즈마 제너레이터는 이온화 챔버 내부에서 교류 여자(AC excitation), 특히 무선 주파수 여자(RF excitation)를 발생시킨다.
더욱이, 본 발명에 따른 플라즈마 소스는 저온을 갖는 비열적인(non-thermal) 플라즈마를 발생시키는 것이 바람직하며, 이로 인해 플라즈마가 상처 또는 다른 온도의 민감한 표면을 치료하는 사용된다는 것은 공개되었다. 그러므로, 플라즈마 소스에 의해 발생되는 플라즈마는 100℃, 75℃, 50℃, 40℃ 또는 심지어 플라즈마 소스의 아웃렛에서 측정된 30℃보다 작은 온도를 갖는 것이 바람직하다.
도관에서의 가스 흐름은 이온화 챔버의 외부로 가스 파티클들을 내보내며 이로 인해 이온화 챔버 내에서의 압력을 감소시킬 수 있다는 것은 이미 언급되었다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는, 다른 종류의 가스 파티클들은 이온화 챔버의 밖으로, 예를 들면 가스 분자들, 가스 원자들, 가스 이온들 그리고/또는 전자들은 내보낸다.
더욱이, 본 발명이 전술한 플라즈마 소스를 갖는 메디컬 장치에 한정된다고 공개되었다. 예를 들면, 소독 장치(sterilizer) 또는 마비 장치(cauterizer)는 본 발명에 따른 플라즈마 소스를 갖출 수 있다.
아울러, 본 발명은, 대상체의 치료를 위한 본 발명에 따른 플라즈마 소스의 비치료적인(non-therapeutic) 사용 방법과 연결되며, 대상체는 플라즈마에 의해 소독되거나 오염이 제거될 수 있다.
대상체의 비파괴적인 오염 제거는, 예를 들면 우주 비행선의 일부분이 지구로의 귀한 후에 오염 제거될 때, 우주 비행사에게 흥미로울 수 있다. 그러므로, 본 발명에 따른 플라즈마 소스는 전자의 회로들, 전기 또는 전자의 구성들, 우주 비행선의 하위 부품들 또는 우주복의 표면으로부터 오염 제거하는 데 사용될 수 있다.
본 발명과 그것의 특별한 특징과 이점들은 동반된 도면들과 관련하여 고려된 다음의 상세한 도면들로부터 더욱 명백해 질 것이다.
도 1은 레이벌 노즐과 깔때기 형상의 카운터 전극(역전극)을 갖는 본 발명에 따른 플라즈마 소스의 단면도이다.
도 2는 노즐과 노즐 내에서 컵 형상을 갖는 이온화 챔버를 구비하는 본 발명에 따른 플라즈마 소스의 다른 실시예의 횡단면도이다.
도 3은 노즐이 원뿔 형상으로 확장되는 아웃렛을 갖는, 도 2에 따른 실시예의 변경이다.
도 4는 하나의 전극이 이온화 챔버 내에서 배치되는, 도 2의 변형 단면도이다.
도 5는 노즐이 원뿔 형상으로 확장되는 아웃렛을 갖는, 도 4에 따른 실시예의 변경 단면도이다.
도 6은 마그네트가 노즐 내에서 자기장을 발생시키는 노즐을 둘러싸는, 도 4에 따른 실시예의 변경 단면도이다.
도 7은 노즐이 원뿔 형상으로 확장되는 아웃렛을 갖는, 도 6에 따른 실시 예의 변경이다.
도 8은 플라즈마 발생을 위한 중공의 캐소드를 구비한, 도 6에 따른 실시예의 변경이다.
도 9는 노즐이 원뿔 형상으로 확장되는 아웃렛을 갖는. 도 8에 따른 실시예의 변경 횡단면도이다.
도 10은 플라즈마 발생을 위한 중공의 캐소드의 확대 횡단면도이다.
도 11은 도 2의 A-A선에 따른 이온화 챔버의 횡단면도이다.
도 12는 플라즈마로 환자를 치료하는 의료 장비의 개략적인 도면이다.
도 13은 마비 장치로서의 플라즈마 소스를 사용하여 시술하는 것을 보여주는 개략적인 도면이다.
도 14는 도 1의 것과 동일하나 다른 전극 배열을 갖는 플라즈마 소스를 도시한 개략적인 도면이다.
도 15는 플라즈마 발생을 위한 2개의 직류 소스들을 구비한, 도 14의 실시예의 변경이다.
도 16은 자유롭게 운동하는 펄스의(pulsed) 플라즈마 여자를 구비한 도 14의 실시예의 변경이다.
도 17은 도 15의 것과 동일하나 추가적인 마그네트를 갖는 플라즈마 소스를 보여주는 개략적인 도면이다.
도 18은 플라즈마 발생을 위한 두 개의 직류 소스들을 갖는 도 17의 실시예의 변경이다.
도 19는 자유롭게 운동하는 펄스의(pulsed) 플라즈마 여자를 구비한 도 17의 실시예의 변경이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1, 13 : 플라즈마 소스 2 : 대상체
3, 14 : 레이벌 노즐 4, 14´ : 도관 파이프
5, 20 : 인렛 6 : 내벽
7, 8, 27 : 아웃렛 9, 31 : 하우징
10, 15, 30 : 이온화 챔버 11 : 플라즈마 제너레이터
12 : 커넥션 16 : 커버 플레이트
17, 18 : 고전압 컨택트 19 : 로드
21-24 : 노치 25, 26, 37, 38 : 전극
28 : 마그네트 29 : 중공 캐소드
32 : 환자 34 : 의사
35 : 코터라이저 36 : 작동 범위
39, 40 : 영구 자석
도 1은 대상체(2, object) 예를 들면 소독되는 상처의 플라즈마 치료에 적용될 수 있는 본 발명에 따른 플라즈마 소스(1)의 실시예의 단면을 보여준다.
플라즈마 소스(1, Plasma source)는 가스 흐름을 운반하는 도관(Conduit) 을 포함하며, 도관은 레이벌 노즐(3, Laval nozzle))과 도관 파이프(4)로 구성된다.
레이벌 노즐(3)은 상류에(upstream) 배치되고, 플라즈마 소스(1) 내부로 캐리어 가스 흐름(carrier gas flow)을 도입하는 인렛(5, inlet)을 포함한다. 나아가, 레이벌 노즐(3)은, 레이벌 노즐(3) 내부에서의 캐리어 가스 흐름이 인렛(5)에서 아음속의 흐름 속도(M<1)와, 레이벌 노즐(3)의 아웃렛(7, outlet)에서 초음속의 흐름 속도(M>1)와, 레이벌 노즐(3)의 병목(bottleneck)에서 실질적으로 음속의 흐름 속도(M≒1)를 갖도록, 형상화된 내벽(6)을 구비한다. 따라서, 자세히 후술하겠지만, 레이벌 노즐(2)의 아웃렛(7)에서의 가스 압력이 감소되고, 플라즈마 발생을 향상시킬 수 있다.
도관 파이프(4)는 레이벌 노즐(3) 후미의 하류에 배치되고, 깔때기 형상의 상류부와 원통형으로 형상화된 하류부와 대상체(2)의 표면에 플라즈마를 적용하는 아웃렛(8)을 포함한다.
나아가, 레이벌 노즐(3)과 도관 파이프(4) 사이에 갭이 있는 반면에 가스 제트가 갭에서 자유롭게 유동함으로써 진공을 발생시킬 수 있도록, 레이벌 노즐(3)과 도관 파이프(4) 사이에는 축 변위(axial displacement)가 있다고 공고되었다.
아울러, 레이벌 노즐(3)과 도관 파이프(4)는, 내측에서 레이벌 노즐(3)과 도관 파이프(4)의 사이에 있는 이온화 챔버(10)와, 외측에서 벽들로 한정되는 하우징(9, housing)에 의해 감싸진다.
레이벌 노즐(3)은 하우징(9)의 내부 나사와 스크루(screw) 결합되는 외부 나사를 포함한다.
아울러, 도관 파이프(4)의 원통형의 하류부는 하우징(9)의 내부 나사와 스크루 결합되는 외부 나사를 포함한다.
본 실시예에서, 레이벌 노즐(3)과 도관 파이프(4)는 전기적으로 전도성인 물질로 구성되는 반면에, 하우징(9)은 전기적으로 비전도성인 물질로 구성된다.
플라즈마 소스(1)는, 플라즈마 발생에 적용되는 여자 메커니즘(excitation mechanism)에 따라 AC 소스, DC 소스, 또는 RF 소스일 수 있는 플라즈마 제너레이터(11, plasma generator)를 더 포함한다. 플라즈마 제너레이터(11)는 레이벌 노즐(3) 및 도관 파이프(4)에 연결되며, 이로 인해 레이벌 노즐(3)의 하류단과 도관 파이프(4)의 상류단 사이의 이온화 챔버(10)에서, 도면에서 화살표로 도시한 바와 같이, 전기적인 방전이 발생될 수 있다.
이미 전술한 바와 같이, 레이벌 노즐(3)의 아웃렛(7)에서 캐리어 가스 흐름의 초음속의 흐름 속도는 레이벌 노즐(3)의 아웃렛(7)에서 감소된 가스 압력으로 귀착된다. 그러므로, 캐리어 가스 흐름은 이온화 챔버(10)의 외부로 가스 파티클들(즉, 이온들, 전자들, 분자들)을 내보내며, 이에 따라 이온화 챔버(10) 내에서의 가스 압력은 감소됨으로써 플라즈마 발생의 효율성을 향상시킬 수 있다.
나아가, 하우징(9)은 진공 미터(vacuum meter) 또는 그와 같은 것에 연결되는 커넥션(12, connection)을 포함한다.
도 2는 본 발명에 따른 플라즈마 소스(13)의 다른 실시예의 횡단면을 보여준다.
플라즈마 소스(13)는, 레이벌 노즐(14)과, 레이벌 노즐(14)의 내부에서 축 방향으로 배치되는 컵 형상(cup-shaped)의 이온화 챔버(15)를 포함한다.
나아가, 플라즈마 소스(13)는, 레이벌 노즐(14)의 상부의 전면에 스크루 결합되는 커버 플레이트(16, cover plate)를 포함한다. 커버 플레이트(16)에서는, 플라즈마 제너레이터와 연결될 수 있는 고전압 컨택트(17, 18, high voltage contact)들을 위한 덕트들이 있다. 아울러, 커버 플레이트(16)는 이온화 챔버(15)를 지지하는 로드(19, rod)를 위한 덕트를 포함한다. 로드(19)는 스크루에 의해 고정되며, 이에 따라 로드(19)는, 레이벌 노즐(14) 내에서 이온화 챔버(15)의 축 위치를 조절하기 위해서, 화살표의 방향으로 축방향 조절될 수 있다.
아울러, 레이벌 노즐(14)은 레이벌 노즐(14)의 내부로 캐리어 가스 흐름을 도입시키기 위한 인렛(20)을 포함한다.
캐리어 가스는, 이온화 챔버의 외벽과, 이온화 챔버(15)와 레이벌 노즐(14)의 내벽이 접촉되는 이온화 챔버(15)의 하류단에 이르기까지 레이벌 노즐(14)의 내벽 사이의 링 형상의 갭 내측에서 흐른다.
그러므로 이온화 챔버(15)는, 이온화 챔버(15)의 하류단에서 이온화 챔버(15)의 외벽에 배치되는 노치(21-24, 도 11 참조)들을 포함하며, 이로 인해 캐리어 가스는 노치(21-24)들을 통해 흐를 수 있다.
또한, 이온화 챔버(15)는, 고전압 컨택트(17, 18)들에 연결되는 두 개의 전극(25, 26, electrode)을 포함하며, 이로 인해 여자(excitation)는, 화살표로 도시된 바와 같이, 두 개의 전극(25, 26) 사이에서 발생될 수 있다.
노치(21-24)들을 통해서 흐르는 캐리어 가스는 이온화 챔버(15)의 하류단에서 압력 감소를 발생시키며, 따라서 캐리어 가스 흐름은 이온화 챔버(15) 내부의 외부로 가스 파티클들을 내보내며, 이에 따라 이온화 챔버(15) 내에서의 가스 압력은 감소됨으로써 플라즈마 발생의 효율성을 향상시킬 수 있다.
아울러, 플라즈마 소스(13)는, 그것의 하류단에서 대상체(2, object)의 표면에 플라즈마가 적용되는 아웃렛(27)을 포함한다.
도 3은 레이벌 노즐(14) 대신에 도관 파이프(14´)를 구비하는 플라즈마 소스(13)의 변형을 보여준다. 도관 파이프(14´)는 원통형의 상류부와, 원추형의 확장되는 하류부와, 테이퍼 형상의 중간부를 포함한다.
도 4는, 이온화 챔버(15) 내에 하나의 전극(25)만이 있는 것을 특징으로 하는, 도 2의 실시예의 변형을 보여준 반면에, 레이벌 노즐(14)은 역 전극(counter electrode)의 역할을 하며 따라서 전기적으로 전도성인 물질로 제작된다.
아울러, 플라즈마가 이온화 챔버(15) 내에서 발생되는 것은 공고되었다.
도 5는, 도 3에서처럼 레어벌 노즐(14)이 도관 파이프(14´)로 대체되는 것을 특징으로 하는, 도 4의 실시예의 변형이다.
도 6은, 레이벌 노즐(14)이 레이벌 노즐(14)의 병목 내에서 축 방향으로 얼라인된 자기장을 발생시킴으로써 플라즈마 발생을 향상시키는 마그네트(28)에 의해 둘러싸이는 것을 특징으로 하는, 도 5에 따른 실시예의 변형이다.
도 7은, 전술한 바와 같이, 레이벌 노즐(14)이 도관 파이프(14´)로 대체되는 것을 특징으로 하는 도 6의 실시예의 변형이다.
도 8은, 이온화 챔버(15)의 내부에 배치되는 하나의 중공 캐소드(29)가 있는 것을 특징으로 하는, 도 6에 따른 실시예의 변형이다.
도 9는 아웃렛이 원추 형상으로 확장하는 것을 특징으로 하는, 도 8의 실시예의 변형이다.
도 10은 중공 캐소드를 형성하는 이온화 챔버(30)의 다른 실시예의 횡단면을 보여준다. 이온화 챔버(30)는 전기적으로 전도성인 물질로 구성되고, 전기적으로 절연인 하우징(31)을 포함한다.
도 11은 전술한 도면들에서 도시된 A-A 선에 따른 이온화 챔버(15)의 횡단면을 보여준다. 이온화 챔버(15)는 그것의 하류단에서 노치(21-24)들을 포함한다고 설명되었다.
도 12는 비열적인(non-thermal) 플라즈마로 환자를 치료하는 메디컬 장치(32)를 보여준다. 본 실시예에서, 플라즈마가 다른 측부로부터 환자(33)에게 적용될 수 있도록, 환자(33)의 주변으로 배치되는 다수의 플라즈마 소스가 있다.
아울러, 도 13은, 작동 범위(36)에서 조직(tissue)을 마비시키기 위한 마비 장치(35, cauterizer)를 조절하는 의사(34)를 보여준다. 본 실시예에서, 마비 장치(35)는 전술한 바와 같이 플라즈마 소스를 구비한다.
도 14는, 리퍼런스가 도 1과 관련된 상기 설명에 의해 만들어질 수 있도록, 도 1의 실시예의 변형이다.
그러나, 레이벌 노즐(3)과 도관 파이프(4)는 플라즈마 제너레이터(11)에 의해 연결되지 않는다. 대신에, 이온화 챔버(10) 내에서 플라즈마의 여자를 위한 두 개의 전극(37, 38)이 있다.
전극(37, 38)은 방사 방향으로 얼라인되고, 레이벌 노즐(3)과 도관 파이프(4) 사이의 가스 흐름과 수직을 이루는 평면에 배치된다.
전극(37)은 지면에 연결되고 전극(38)은 AC/DC 소스인 플라즈마 제너레이터(11)에 연결된다.
도 15는, 리퍼런스가 도 14와 관련된 상기 설명에 의해 만들어질 수 있도록, 도 14의 실시예의 변형이다.
그러나, 전극(37, 38)에 연결되는 DC 소스들로 형성되는 두 개의 플라즈마 제너레이터(11)가 있다.
도 16은, 리퍼런스가 도 14와 관련된 상기 설명에 의해 만들어질 수 있도록, 도 14의 실시예의 변형이다.
그러나, 자유롭게 운동하는 펄스의 플라즈마 여자(excitation)가 있다. 그러므로, DC 소스 형태의 플라즈마 제너레이터(11)는 두 개의 레지스터, Rv1≒1MΩ, Rv2≒1Ω-100 Ω와, 그라운드(GND)와 연결된 커패시터 C=1nF를 지나 전극(38)에 연결된다. 플라즈마 제너레이터(11)는 충전 시간 τCHARGE≒1ms, 방전 주파수 fDISCHARGE≒1kHz 및 진동 주기 τPULSE≒1ns-10ms에 의해 결과된 약 U≒6kV의 고전압을 발생시킨다.
도 17은, 리퍼런스가 도 14와 관련된 상기 설명에 의해 만들어질 수 있도록, 도 14의 실시예의 변형이다.
본 실시예의 하나의 뚜렷한 특징은 전극(37, 38) 내에 결합된 영구 자석(39, 40)이 있다는 것이다. 영구 자석(39, 40)은 이온화 챔버(10) 내에서 자기장을 발생시킴으로써 플라즈마 발생을 개선할 수 있다.
도 18은, 리퍼런스가 도 17과 관련된 상기 설명에 의해 만들어질 수 있도록, 도 17의 실시예의 변형이다.
그러나, 전극(37, 38)들과 연결된 DC 소스 형태의 두 개의 플라즈마 제너레이터(11)가 있다.
마지막으로, 도 19는, 리퍼런스가 도 17과 관련된 상기 설명에 의해 만들어질 수 있도록, 도 17의 실시예의 변형이다.
그러나, 자유롭게 운동하는 펄스의 플라즈마 여자(excitation)가 있다. 그러므로, DC 소스 형태의 플라즈마 제너레이터(11)는 두 개의 레지스터, Rv1, Rv2와, 그라운드(GND)와 연결된 커패시터 C를 지나 전극(38)에 연결된다.
본 발명이 부분들의 특별한 배치, 특징 그리고 그와 같은 것들과 관련하여 묘사되었을지라도, 특징의 모든 가능한 배치를 나타내지는 못하며, 많은 다른 수정 그리고 변형들은 본 발명의 기술을 규명할 것이다.

Claims (30)

  1. 가스 흐름을 운반하는 도관(3, 4, 14, 14′, conduit); 및
    플라즈마(plasma)가 발생되는 이온화 챔버(10, 15, 30, ionization chamber)을 포함하며,
    상기 이온화 챔버(10, 15, 30)는, 상기 도관(3, 4, 14, 14′)에서의 가스 흐름이 상기 이온화 챔버(10, 15, 30)의 외부로 가스 파티클들을 내보냄으로써 이온화 챔버(10, 15, 30) 내에서의 압력을 감소시킬 수 있도록, 도관(3, 4, 14, 14′)에 연결되는 것을 특징으로 하는,
    상처의 생체 내 소독에 적합화된 저온의 플라즈마를 특히 발생시키는 플라즈마 소스(1, 13).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도관(3, 4)은 노즐(3)을 포함하고,
    상기 이온화 챔버(10)는 노즐(3)의 하류에서 도관(3, 4)에 연결되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 소스.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 노즐(3, 14)은 벤튜리 노즐(Venturi nozzle) 또는 레이벌 노즐(Laval nozzle)인 것을 특징으로 하는 플라즈마 소스(1, 13).
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 노즐(3)의 상류의 상기 도관(3, 4) 내에서 상기 가스 흐름이 아음속 흐름 속도(M<1), 그리고/또는
    상기 노즐(3)의 하류의 상기 도관(3, 4) 내에서 상기 가스 흐름이 초음속 흐름 속도(M>1), 그리고 또는
    상기 노즐(3)에서 상기 가스 흐름이 실질적으로 음속 흐름 속도(M?1)인 것에 의해 특징화되는 플라즈마 소스(1).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이온화 챔버(10)는 링 형상(ring-shaped)이며, 상기 도관(3, 4)을 감싸는 것을 특징으로 하는 플라즈마 소스(1).
  6. 제5항에 있어서,
    상기 링 형상의 플라즈마는 이온화 챔버(10) 내부에서 방전하고, 상기 플 라즈마의 방전은 도관(3, 4)을 감싸는 것에 의해 특징화되는 플라즈마 소스(1).
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이온화 챔버(15, 360)는 컵 형상(cup-shaped)이고, 흐름 방향으로 개방되며,
    상기 이온화 챔버(15, 30)는 상기 도관(14, 14′) 내부, 특히 상기 노즐(14) 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 소스.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 컵 형상의 이온화 챔버(15, 30)는 축 방향으로 조절될 수 있는 축 위치를 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 소스(13).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 전극(26)과 제2 전극(25)은 상기 이온화 챔버(15) 내에서 발생하는 플라즈마 발생을 위하여 제공되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 소스(13).
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 전극은 상기 노즐(3)에 의해 형성되고,
    상기 제2 전극은 상기 도관의 원뿔 부분(4)에 형성되고, 상기 원뿔 부분은 상기 흐름 방향으로 테이퍼지고 노즐을 감싸는 것을 특징으로 하는 플라즈마 소스(13).
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제1 전극(26)과 상기 제2 전극(25)은 상기 이온화 챔버(15) 내부에 모두 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 소스(13).
  12. 제9항에 있어서,
    상기 제1 전극(26)은 상기 도관(14′), 특히 상기 노즐에 의해 형성되고,
    상기 제2 전극(25)은 상기 이온화 챔버(10, 15, 30) 내에서 홀로 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 소스(1, 13).
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생으로 인해, 상기 이온화 챔버(10) 내부에서 발생되는 마이크로웨이브(microwave)들이 발생되고,
    상기 이온화 챔버(10) 내에서 발생된 상기 마이크로웨이브들은 상기 이온화 챔버(10) 또는 상기 플라즈마 소스(1)의 마이크로웨이브 방사를 감소시키기 위하여 전기적으로 전도성인 물질로 마련되는 하우징에 의해 방어막이 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 소스(1).
  14. 제13항에 있어서,
    상기 플라즈마 소스(1)가 전자기적인 방사가 발생되는 플라즈마로부터 실질적으로 자유롭도록, 상기 이온화 챔버(10)의 내부로부터 상기 도관(3, 4)의 내부로, 그리고 상기 도관(3, 4)의 아웃렛을 따라 방사 경로의 방향이 없는 것을 특징으로 하는 플라즈마 소스(1).
  15. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라즈마 소스(13)가 상기 전자기적인 방사가 발생되는 플라즈마를 방출할 수 있도록, 상기 이온화 챔버의 내부로부터 상기 도관(14, 14′)의 내부로, 그리고 상기 도관(14, 14′)의 아웃렛을 따라 방사 경로의 방향이 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 소스(13).
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이온화 챔버(10, 15, 30)는, 상기 이온화 챔버(10, 15, 30) 내부에서 플라즈마 발생의 시각적인 컨트롤이 가능할 수 있도록 적어도 일부분이 투명한 벽들을 포함하는 플라즈마 소스(1, 13).
  17. 제16항에 있어서,
    상기 이온화 챔버(10, 15, 30)는 가시광선이 투영되고 자외선이 비투영되는 물질로 제작되는 윈도우(window)를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 소스(1, 13)
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이온화 챔버(10, 15, 30)는 진공 미터 또는 그와 같은 것과 연결되는 커넥션(12, connection)을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 소스(1, 13).
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이온화 챔버(10, 15, 30)의 내부 그리고/또는 상기 도관(3, 4, 14, 14′)내의 상기 이온화 챔버(10, 15, 30)의 하류부에서 자기장을 발생시키는 마그네트(28)가 마련되며, 상기 자기장은 상기 플라즈마 발생을 향상시키는 것에 의하여 특징화되는 플라즈마 소스(1, 13)
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도관(3, 4, 14, 14′)은 상기 도관(3, 4, 14, 14′) 내부로 가스 흐름을 도입하는 인렛(5, 20)을 포함하며,
    상기 도관(3, 4, 14, 14′)은 대상체(2, object) 상으로 혼합된 플라즈마와 함께 가스 흐름을 분사하는 아웃렛(8, 27)을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 소스(1, 13).
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서
    상기 이온화 챔버(10, 15, 30) 내부에서 발생된 상기 진공은 5mbar 내지 900mbar의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 소스(1, 13).
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서
    상기 도관(3, 4, 14, 14′) 내부로 도입되는 상기 가스 흐름은, 대 기(ambient air) 또는 질소(nitrogen) 또는 희가스(noble gas) 특히 아르곤, 첨가물 특히 이산화탄소와 함께 혼합된 상기 가스들 중의 어느 하나를 실질적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 소스(1, 13).
  23. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도관(3, 4, 14, 14′) 내에서의 상기 가스 흐름은 50 l/min(리터/분), 40 l/min, 30 l/min, 20 l/min 또는 10 l/min보다 작은 양을 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 소스(1, 13).
  24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    직류 여자(direct current excitation) 또는 상기 이온화 챔버(10, 15, 30) 내에서의 플라즈마의 교류 여자(alternating current excitation), 특히 무선 주파수 여자(RF excitation)를 얻기 위한 플라즈마 제너레이터(11)에 의해 특징화되는 플라즈마 소스(1, 13).
  25. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라즈마는 100, 75, 50, 40 또는 30℃보다 작은 온도를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 소스(1, 13).
  26. 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도관(3, 4, 14, 14′) 내에서의 상기 가스 흐름은 이온화 챔버(10, 15, 30)의 외부로 분자들(molecules), 원자들(atoms), 이온들(ions) 그리고/또는 전자(electrons)들의 가스 파티클들을 방출하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 소스(1, 13).
  27. 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 따른 플라즈마 소스(1, 13)를 구비하는 메디컬 장치(32, 35), 특히 소독 장치(sterilizer) 또는 마비 장치(5, cauterizer).
  28. 대상체(2)의 치료를 위하여 제1항 내지 25항 중 어느 한 항에 따른 플라즈마 소스(1, 13)의 비치료적인(non-therapeutic) 사용 방법.
  29. 제28항에 있어서,
    치료되는 대상체(2)는 상기 플라즈마 소스(1, 13)에 의해 발생되는 상기 플라즈마에 의해 오염 제거되는 방법.
  30. 제29항에 있어서,
    오염 제거되는 상기 대상체(2)는, 전자회로, 전기 구성, 전자 구성, 우주선의 구성, 우주선의 하위 부품, 우주복으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 방법.
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