RU208093U1

RU208093U1 - Плазменный источник

Info

Publication number: RU208093U1
Application number: RU2021127805U
Authority: RU
Inventors: Виктор Николаевич Тихонов; Александр Викторович Тихонов; Игорь Анатольевич Иванов; Сергей Андреевич Горбатов
Priority date: 2021-09-13
Filing date: 2021-09-13
Publication date: 2021-12-01

Abstract

Полезная модель относится к плазменной технике, в частности к устройствам для генерирования низкотемпературной (нетермальной, недеструктивной) плазмы с использованием внешних электромагнитных полей сверхвысокой частоты, и может быть использована для проведения низкотемпературных плазмохимических процессов, а также для плазменной обработки поверхности различных теплочувствительных материалов, в том числе биологических тканей. Техническим результатом полезной модели является снижение температуры потока рабочего газа при сохранении его концентрации и ионизации/ активации путем установки на внешний конец наконечника газового концентратора, выполненного в виде усеченного конуса и снабжения прямоугольного волновода волноводной согласованной нагрузкой. Вышеуказанный технический результат достигается за счет того, что плазменный источник (1) содержит ионизационную камеру (2) с впускным патрубком (3) для ввода газа, ионизирующий электрод (4) внутри ионизационной камеры (2) и микроволновый генератор (8). При этом ионизирующий электрод (4) расположен внутри ионизационной камеры (2) и выполнен в виде разомкнутого конца внутреннего проводника (5) жесткой коаксиальной линии, которая проходит сквозь прямоугольный волновод (6) посередине его широких стенок, перпендикулярно к ним. Внешний проводник (7) коаксиальной линии снабжен разрывом, равным высоте узкой стенки волновода (6), который делит его на два патрубка (7а) и (7б), неразрывно сочлененных с волноводом (6). На внешнем конце одного из патрубков (7а) расположена ионизационная камера (2), имеющая выходное отверстие (9), выполненное в наконечнике (10). Кроме того, прямоугольный волновод (6) снабжен волноводной согласованной нагрузкой (13). А на внешним конце наконечника (10) выполнен газовый концентратор (14) с корпусом толщиной 0,4 мм, в виде усеченного конуса, в котором площадь внутреннего круга S1, сочлененного с наконечником (10) и соплом плазменного источника (1), с площадью внешнего круга S2находится в соотношении, равном 1:2.

Description

Полезная модель относится к плазменной технике, в частности к устройствам для генерирования низкотемпературной (нетермальной, недеструктивной) плазмы с использованием внешних электромагнитных полей сверхвысокой частоты, и может быть использована для проведения низкотемпературных плазмохимических процессов, а также для плазменной обработки поверхности различных теплочувствительных материалов, в том числе биологических тканей.

Известно «Газоразрядное устройство для обработки плазмой при атмосферном давлении поверхности биосовместимых полимеров», содержащее электродную систему из острийного катода и плоского анода с протоком газа в разрядном промежутке, модифицируемый полимер, высоковольтный источник питания и систему нагнетания газа, отличающееся тем, что острийный катод представляет собой стальной стержень диаметром 1,5-2 мм с радиусом закругления вершины острия 25 мкм и нагружен на регулируемое балластное сопротивление, а плоский анод выполнен в виде стального круга диаметром 3-24 см и установлен перпендикулярно острийному катоду, причем центр симметрии анода расположен на расстоянии 30-100 мм от вершины острия острийного катода, катод и анод размещены в среде аргона, прокачиваемого продольно либо перпендикулярно катоду, при этом модифицируемый полимер толщиной 10-100 мкм выполнен в форме круга или прямоугольника, и удерживается на аноде заточенным краем торцевого среза стальной накидной шайбы, электрически соединенной с анодом.

Патент РФ на изобретение №2751547 МПК: Н05Н 1/24, д. публ. 14.07.2021 г.

Известен «Плазменный источник излучения», состоящий из источника питания, двух коаксиальных электродов, устройства для напуска газа в область сжатия плазмы, вспомогательного и рабочего газов, причем вспомогательный газ имеет большую молярную массу, чем рабочий газ, и отличающийся тем, что содержит систему регулировки напуска рабочего газа, состоящую из устройства временной задержки инициации разряда и устройства накачки и контроля давления газа под клапаном устройства для напуска рабочего газа, при этом плазменный источник излучения выполнен с возможностью инициации разряда между электродами во вспомогательном газе; а с помощью системы регулировки напуска рабочего газа формируется неравномерное распределение рабочего газа, напущенного через устройство для напуска, в межэлектродном промежутке устройства.

Патент РФ на изобретение №270865, МПК: Н05Н 1/24, д. публ. 14.01.2020 г.

Известно «Устройство для генерации потока нетермальной плазмы», содержащее высоковольтный источник питания, сопло с электродной системой, устройство прокачки рабочего газа через сопло, отличающееся тем, что на электродах напряжение подано в виде импульсов с длительностью 2 мкс и с паузами между импульсами продолжительностью 200 мкс с целью снижения температуры газовой струи и исключения контракции газового разряда при низкой скорости прокачки рабочего газа, что увеличит площадь контакта плазмы с обрабатываемой поверхностью.

Патент РФ на ПМ №202393, МПК: Н05Н 1/24, д. публ. 16.02.2021 г.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому в качестве полезной модели устройству является «Плазменный источник» (1), содержащий ионизационную камеру (2) с впускным патрубком (3) для ввода газа, ионизирующий электрод (4) внутри ионизационной камеры (2) и микроволновый генератор (8), отличающийся тем, что ионизирующий электрод (4), расположенный внутри ионизационной камеры (2), выполнен в виде разомкнутого конца внутреннего проводника (5) жесткой коаксиальной линии, которая проходит сквозь прямоугольный волновод (6) посередине его широких стенок, перпендикулярно к ним, а внешний проводник (7) коаксиальной линии снабжен разрывом, равным высоте узкой стенки волновода (6), который делит его на два патрубка (7а) и (7б), неразрывно сочлененных с волноводом (6), по которому проходит от микроволнового генератора (8) электромагнитная волна основного типа колебаний Н₁₀, при этом на внешнем конце одного из патрубков (7а) расположена ионизационная камера (2), имеющая выходное отверстие (9), выполненное в наконечнике (10), снабженный внутренней полостью, образующей ионизационную камеру (2), которая вместе с выходным отверстием (9) наконечника (10), обеспечивает выполнение условий холостого хода на разомкнутом конце внутреннего проводника (5) жесткой коаксиальной линии, наконец на внешнем конце второго патрубка (7б) закреплен узел короткого замыкания (11), который выполнен в виде подвижного цангового сочленения с внутренним проводником (5), кроме того, на конце ионизирующего электрода (4)) на всю его толщину, и вдоль оси внутреннего проводника (5), выполнены сквозные радиальные пропилы (12), при этом длина пропилов по оси равна четверти длины волны микроволнового генератора (8), а суммарная длина ионизирующего электрода (4) и внутреннего проводника (5) жесткой коаксиальной линии кратна нечетному числу четвертей длин волн микроволнового генератора (8). Заявка на ПМ №2021106762(014565), МПК: Н05Н 1/24, д. подачи 15.03.2021 г.

Техническим результатом полезной модели является снижение температуры потока рабочего газа при сохранении его концентрации и ионизации/ активации путем установки на внешний конец наконечника газового концентратора, выполненного в виде усеченного конуса и снабжения прямоугольного волновода волноводной согласованной нагрузкой.

Вышеуказанный технический результат достигается за счет того, что плазменный источник (1), содержит ионизационную камеру (2) с впускным патрубком (3) для ввода газа, ионизирующий электрод (4) внутри ионизационной камеры (2) и микроволновый генератор (8). При этом ионизирующий электрод (4), расположен внутри ионизационной камеры (2) и выполнен в виде разомкнутого конца внутреннего проводника (5) жесткой коаксиальной линии, которая проходит сквозь прямоугольный волновод (6) посередине его широких стенок, перпендикулярно к ним. Внешний проводник (7) коаксиальной линии снабжен разрывом, равным высоте узкой стенки волновода (6), который делит его на два патрубка (7а) и (7б), неразрывно сочлененных с волноводом (6). На внешнем конце одного из патрубков (7а) расположена ионизационная камера (2), имеющая выходное отверстие (9), выполненное в наконечнике (10). Кроме того, прямоугольный волновод (6) снабжен волноводной согласованной нагрузкой (13). А на внешним конце наконечника (10) выполнен газовый концентратор (14), с корпусом толщиной 0,4 мм, в виде усеченного конуса, в котором площадь внутреннего круга S₁, сочлененного с наконечником (10) и соплом плазменного источника (1), с площадью внешнего круга S₂ находится в соотношении, равном 1:2.

«Плазменный источник» поясняется чертежом-схемой на фиг. 1 и 2.

Фиг. 1 - Плазменный источник (схема общего вида).

Фиг 2 - Плазменный источник (схема газового концентратора).

Плазменный источник (1), содержащий ионизационную камеру (2), имеющую впускной патрубок (3) для ввода рабочего газа в ионизационную камеру (2), где рабочий газ ионизируется с помощью ионизирующего электрода (4), расположенного внутри ионизационной камеры (2). Ионизирующий электрод (4), расположенный внутри ионизационной камеры (2), представляет собой разомкнутый конец внутреннего проводника (5) жесткой коаксиальной линии, которая проходит сквозь прямоугольный волновод (6) посередине его широких стенок, перпендикулярно к ним. Внешний проводник (7) коаксиальной линии имеет разрыв, равный высоте узкой стенки волновода (6) и, таким образом, состоит из двух патрубков (7а) и (7б), неразрывно сочлененных с волноводом (6) микроволнового генератора (8). На внешнем конце одного из патрубков (7а) сформирована ионизационная камера (2), имеющая выходное отверстие (9), выполненное в наконечнике (10), сочленения с внутренним проводником (5). Кроме того, прямоугольный волновод (6) снабжен согласованной нагрузкой (13). При этом внешний конец наконечника (10) снабжен газовым концентратором, с корпусом толщиной 0,4 мм, выполненном в виде усеченного конуса, в котором площадь внутреннего круга S₁, соединенного с наконечником с площадью выходного круга S₂ находится в соотношении, равном 1:2.

Устройство работает следующим образом.

При включении микроволнового генератора (8) часть энергии электромагнитной волны, распространяющейся по волноводу (6) в направлении согласованной волноводной нагрузки (13), поступает в жесткую коаксиальную линию, поскольку их сочленение образует волноводно-коаксиальный переход. В результате выполнения условий резонанса, для чего длина жесткой коаксиальной линии выбирается кратной нечетному числу четвертей длин волн микроволнового генератора (8), на разомкнутом конце центрального проводника (5) возрастает напряженность электрического поля и создаются условия для возникновения и поддержания микроволнового разряда в полости ионизационной камеры (2) - между торцом ионизирующего электрода (4) и внутренней поверхностью наконечника (10).

При этом в СВЧ-плазматроне на выходе из сопла (9) плазменного источника (1) на расстоянии 10 мм, поток рабочего газа имеет высокие значения температуры, а также содержит высокую концентрацию ионизации/активации потока рабочего газа. На расстоянии 30 мм от плазменного источника (1) ионизация/ активация потока рабочего газа минимальна, а температура равна комнатной.

Для этого прямоугольный волновод (6) снабжают волноводной согласованной нагрузкой (13), а на внешний конец наконечника (10) устанавливают газовый концентратор (4) с корпусом толщиной 0,4 мм, выполненном в виде усеченного конуса, в котором площадь внутреннего круга S₁, соединенного с наконечником с площадью выходного круга S₂ находится в соотношении, равном 1:2, что способствует снижению температуры потока и сохранению концентрации ионизации/активации потока газа.

Предложенный в качестве полезной модели «Плазменный источник» сохраняет концентрацию ионизации/ активации потока рабочего газа, а также уменьшает температуру потока.

Claims

Плазменный источник (1), содержащий ионизационную камеру (2) с впускным патрубком (3) для ввода газа, ионизирующий электрод (4) внутри ионизационной камеры (2) и микроволновый генератор (8), при этом ионизирующий электрод (4), расположенный внутри ионизационной камеры (2), выполнен в виде разомкнутого конца внутреннего проводника (5) жесткой коаксиальной линии, которая проходит сквозь прямоугольный волновод (6) посередине его широких стенок, перпендикулярно к ним, а внешний проводник (7) коаксиальной линии снабжен разрывом, равным высоте узкой стенки волновода (6), который делит его на два патрубка (7а) и (7б), неразрывно сочлененных с волноводом (6), кроме того, на внешнем конце одного из патрубков (7а) расположена ионизационная камера (2), имеющая выходное отверстие (9), выполненное в наконечнике (10), отличающийся тем, что прямоугольный волновод (6) снабжен волноводной согласованной нагрузкой (13), а на внешним конце наконечника (10) выполнен газовый концентратор (14) с корпусом толщиной 0,4 мм, в виде усеченного конуса, в котором площадь внутреннего круга S₁, сочлененного с наконечником (10) и соплом плазменного источника (1), с площадью внешнего круга S₂ находится в соотношении, равном 1:2.