RU2326512C9 - Method for plasma formation (variants) - Google Patents

Method for plasma formation (variants) Download PDF

Info

Publication number
RU2326512C9
RU2326512C9 RU2004135553/06A RU2004135553A RU2326512C9 RU 2326512 C9 RU2326512 C9 RU 2326512C9 RU 2004135553/06 A RU2004135553/06 A RU 2004135553/06A RU 2004135553 A RU2004135553 A RU 2004135553A RU 2326512 C9 RU2326512 C9 RU 2326512C9
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cavity
plasma
catalyst
radiation
ignition
Prior art date
Application number
RU2004135553/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2004135553A (en
RU2326512C2 (en
Inventor
Сатьендра КУМАР (US)
Сатьендра КУМАР
Дивендра КУМАР (US)
Дивендра КУМАР
Original Assignee
БиТиЮ Интернешнл, Инк.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by БиТиЮ Интернешнл, Инк. filed Critical БиТиЮ Интернешнл, Инк.
Publication of RU2004135553A publication Critical patent/RU2004135553A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2326512C2 publication Critical patent/RU2326512C2/en
Publication of RU2326512C9 publication Critical patent/RU2326512C9/en

Links

Images

Classifications

    • Y02T10/47

Landscapes

  • Catalysts (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

FIELD: heating.
SUBSTANCE: invention relates to methods of ignition, formation and retention of plasma consisting of gases, using catalyst. In an example of invention realisation, plasma is ignited by the gas exposed to electromagnetic radiation (in a multimode treatment cavity) with frequency between 1 MHz and 333 GHz at the presence of plasma catalyst, which can be active or passive. Passive plasma catalyst can include, for example, any object able to induce plasma by deformation of local electric field. Active plasma catalyst can include any particle or high-energy wave packet, able to transfer sufficient energy to gaseous atom or molecule in order to remove, at least, one electron from the gaseous atom or molecule at the presence of electromagnetic radiation.
EFFECT: reduction of energy cost and enhancement of thermal treatment efficiency.
48 cl, 9 dwg

Description

Ссылка на относящиеся к вопросу заявкиLink to related applications

Приоритет заявлен по первоначальной заявке на патент США №60/378,693, поданной 8 мая 2002, 60/430,677, поданной 4 декабря 2002, и №60/435,278, поданной 23 декабря 2002, все из которых полностью включены здесь в виде ссылок.Priority is claimed on US patent application No. 60/378,693, filed May 8, 2002, 60 / 430,677, filed December 4, 2002, and No. 60 / 435,278, filed December 23, 2002, all of which are incorporated herein by reference in their entirety.

Область изобретенияField of Invention

Данное изобретение относится к способам для зажигания, формирования и удержания плазмы из газов, используя плазменные катализаторы.This invention relates to methods for igniting, forming and retaining plasma from gases using plasma catalysts.

Предпосылки создания изобретенияBACKGROUND OF THE INVENTION

Известно, что плазма может быть зажжена путем подвергания газа воздействию достаточного количества микроволнового излучения. Зажигание плазмы, однако, обычно легче при давлениях газа значительно ниже атмосферного давления. Однако вакуумное оборудование, которое требуется для снижения давления газа, может быть дорогим, а также медленным и потребляющим много энергии. Более того, использование подобного оборудования может ограничить гибкость производства.It is known that plasma can be ignited by exposing the gas to a sufficient amount of microwave radiation. Plasma ignition, however, is usually easier at gas pressures well below atmospheric pressure. However, the vacuum equipment that is required to reduce gas pressure can be expensive, as well as slow and consuming a lot of energy. Moreover, the use of such equipment may limit production flexibility.

Сущность некоторых аспектов изобретенияSUMMARY OF SOME ASPECTS OF THE INVENTION

Могут быть обеспечены плазменные катализаторы для зажигания, формирования и удержания плазмы. Плазменный катализатор может быть пассивным или активным. Пассивный плазменный катализатор может включать любой объект, способный индуцировать плазму путем деформации электрического поля (например, электромагнитного поля), соответствующей данному изобретению, без добавления дополнительной энергии. Активный плазменный катализатор, с другой стороны, представляет собой любой пакет частиц или высокоэнергетической волны, способный передавать достаточное количество энергии газообразному атому или молекуле для удаления, по крайней мере, одного электрона из газообразного атома или молекулы в присутствии электромагнитного излучения. В обоих случаях плазменный катализатор может улучшить или ослабить воздействие условий окружающей среды, необходимых для зажигания плазмы.Plasma catalysts may be provided for igniting, forming and retaining the plasma. The plasma catalyst may be passive or active. A passive plasma catalyst may include any object capable of inducing plasma by deforming the electric field (e.g., electromagnetic field) of the present invention without adding additional energy. An active plasma catalyst, on the other hand, is any packet of particles or a high-energy wave that can transfer enough energy to a gaseous atom or molecule to remove at least one electron from a gaseous atom or molecule in the presence of electromagnetic radiation. In both cases, the plasma catalyst can improve or attenuate the environmental conditions necessary to ignite the plasma.

Представлены способ и устройство для формирования плазмы.A method and apparatus for plasma formation are presented.

Способ формирования плазмы включает пропускание газа в многомодовую полость обработки; и зажигание плазмы путем подвергания газа в полости воздействию электромагнитного излучения, имеющего частоту менее 333 ГГц в присутствии, по крайней мере, одного пассивного плазменного катализатора, включающего материал, который является, по крайней мере, электрически полупроводниковым.A plasma forming method includes passing gas into a multimode processing cavity; and igniting the plasma by exposing the gas in the cavity to electromagnetic radiation having a frequency of less than 333 GHz in the presence of at least one passive plasma catalyst comprising a material that is at least electrically semiconductor.

При этом материал включает, по крайней мере, один металл, неорганическое вещество, углерод, сплав на основе углерода, композит на основе углерода, электропроводный полимер, проводящий силиконовый эластомер, полимерный нанокомпозит, органический-неорганический композит и любую их комбинацию.The material includes at least one metal, inorganic substance, carbon, carbon-based alloy, carbon-based composite, conductive polymer, conductive silicone elastomer, polymer nanocomposite, organic-inorganic composite, and any combination thereof.

Кроме того, материал представлен, по крайней мере, в одной из форм: наночастицы, нанотрубки, порошок, пыль, хлопья, волокна, лист, иголки, нити, пряди, волосы, пряжа, бечевка, волос бороды, осколок, щепки, тканый материал, лента, волокнистый кристалл или любой их комбинации.In addition, the material is presented in at least one of the forms: nanoparticles, nanotubes, powder, dust, flakes, fibers, sheet, needles, threads, strands, hair, yarn, twine, beard hair, shard, slivers, woven material , tape, fiber crystal, or any combination thereof.

Также материал может включать углеродное волокно.The material may also include carbon fiber.

В другом примере осуществления изобретения материал включает углерод и представлен, по крайней мере, в одной из форм: наночастицы, нанотрубки, порошок, пыль, хлопья, волокна, лист, иголки, нити, пряди, волосы, пряжа, бечевка, волос бороды, осколок, щепки, тканый материал, лента, волокнистый кристалл или любой их комбинации.In another embodiment, the material includes carbon and is presented in at least one of the forms: nanoparticles, nanotubes, powder, dust, flakes, fibers, sheet, needles, threads, strands, hair, yarn, twine, beard hair, splinter , wood chips, woven material, tape, fiber crystal, or any combination thereof.

Материал может включать, по крайней мере, одну нанотрубку.The material may include at least one nanotube.

Материал, по крайней мере, частично может быть покрыт вторым материалом.The material can at least partially be coated with a second material.

По крайней мере, один пассивный плазменный катализатор включает множество удлиненных электропроводных позиций, распределенных в разных местах в полости.At least one passive plasma catalyst includes a plurality of elongated electrically conductive positions distributed at different places in the cavity.

Излучение имеет линии электрического поля, при этом каждая из удлиненных позиций имеет продольную ось, при этом продольные оси не являются в значительно степени сцентрованными с линиями электрического поля.The radiation has electric field lines, each of the elongated positions has a longitudinal axis, while the longitudinal axes are not significantly centered with the electric field lines.

Плазменный катализатор включает, по крайней мере, один электропроводный компонент и, по крайней мере, одну добавку в соотношении, при этом способ далее включает удержание плазмы, при этом удержание включает: направление дополнительного электромагнитного излучения в полость; и предоставление возможности катализатору быть поглощенным плазмой, так что плазма содержит, по крайней мере, одну добавку.The plasma catalyst includes at least one electrically conductive component and at least one additive in the ratio, the method further comprising confining the plasma, the confinement comprising: directing additional electromagnetic radiation into the cavity; and allowing the catalyst to be absorbed by the plasma, so that the plasma contains at least one additive.

Соотношение отличается для разных порций катализатора, при этом предоставление возможности включает предоставление возможности различным частям катализатора быть поглощенными плазмой в различное время таким образом, что плазма содержит варьирующееся соотношение электропроводного компонента, по крайней мере, к одной добавке.The ratio is different for different portions of the catalyst, wherein enabling includes enabling various parts of the catalyst to be absorbed by the plasma at different times so that the plasma contains a varying ratio of the electrically conductive component to at least one additive.

Многомодовая полость имеет конфигурацию для поддержания, по крайней мере, первой моды и второй моды излучения, при этом каждая из мод имеет максимальный вектор электрического поля в полости, и каждый вектор имеет величину, при этом соотношение между величиной первой моды и величиной второй моды менее чем 1:10, в другом примере осуществления изобретения данное соотношение может составлять менее чем 1:5 или менее чем 1:2.The multimode cavity is configured to maintain at least the first mode and the second radiation mode, each mode having a maximum electric field vector in the cavity, and each vector has a magnitude, the ratio between the magnitude of the first mode and the magnitude of the second mode being less than 1:10, in another embodiment, the ratio may be less than 1: 5 or less than 1: 2.

При этом многомодовая полость может иметь конфигурацию для поддержания, по крайней мере, первой моды и второй моды излучения, при этом каждая из мод имеет максимальный вектор электрического поля в полости в позиции, при этом способ далее перемещает каждую из позиций с помощью смешивания мод.In this case, the multimode cavity can be configured to maintain at least the first mode and the second radiation mode, while each of the modes has a maximum electric field vector in the cavity at the position, and the method further moves each of the positions using mode mixing.

Зажигание включает зажигание множества плазменных катализаторов в различных местах в полости.Ignition involves igniting a plurality of plasma catalysts at various locations in the cavity.

Полость представляет собой камеру излучения, и катализатор размещен полностью в камере таким образом, что катализатор практически не проводит электрический ток в камеру или к любому электропроводному объекту, расположенному за пределами камеры.The cavity is a radiation chamber, and the catalyst is placed completely in the chamber in such a way that the catalyst practically does not conduct electric current to the chamber or to any electrically conductive object located outside the chamber.

Катализатор может быть расположен наверху практически неэлектропроводного удлинителя, который проходит через отверстие поджига в камере излучения. Он включает множество прерывистых сегментов, отделенных и механически соединенных с множеством электрически непроводящих сегментов, при этом во время поджига катализатор проходит через отверстие поджига в полости между местом внутри полости и другим местом за пределами полости.The catalyst may be located at the top of a practically non-conductive extension, which passes through the ignition hole in the radiation chamber. It includes a plurality of discontinuous segments separated and mechanically connected to a plurality of electrically non-conductive segments, wherein during ignition, the catalyst passes through the ignition hole in the cavity between a place inside the cavity and another place outside the cavity.

Зажигание включает зажигание плазмы катализатором, подвешенным в полости.Ignition involves igniting a plasma with a catalyst suspended in a cavity.

Способ формирования плазмы включает зажигание плазмы путем подвергания газа воздействию электромагнитного излучения, имеющего частоту менее чем 333 ГГц в присутствии плазменного катализатора, включающего порошок. Подвергание воздействию может происходить в камере, и способ далее включает пропускание газа в камеру.A plasma forming method involves igniting a plasma by exposing the gas to electromagnetic radiation having a frequency of less than 333 GHz in the presence of a plasma catalyst including a powder. Exposure may occur in the chamber, and the method further includes passing gas into the chamber.

В другом примере осуществления изобретения подвергание воздействию может происходить в полости, расположенной в камере. При этом камера является многомодовой камерой.In another embodiment, exposure may occur in a cavity located in the chamber. In this case, the camera is a multimode camera.

Способ также включает введение порошка в излучение с использованием газа-носителя.The method also includes introducing the powder into the radiation using a carrier gas.

В другом примере осуществления способ может включать введение порошка в излучение с помощью последовательности операций, где порошок, по крайней мере, временно подвисает в полости, при этом данные операции состоят, по крайней мере, из подачи, гравитационной подачи, передачи, разбрызгивания, распрыскивания и продувания.In another embodiment, the method may include introducing the powder into the radiation using a sequence of operations, where the powder at least temporarily hangs in the cavity, while these operations consist of at least a feed, gravity feed, transfer, spray, spray and blowing.

Введение порошка в полость может осуществляться через множество отверстий поджига.The introduction of powder into the cavity can be carried out through many ignition holes.

Зажигание включает зажигание плазмы, в то время как порошок находится в подвешенном состоянии.Ignition involves igniting the plasma while the powder is suspended.

Плазменный катализатор включает несгораемый материал или представляет собой, по крайней мере, одно из: металл, углерод, сплав на основе углерода, электропроводный полимер, проводящий силиконовый эластомер, полимерный нанокомпозит и органический - неорганический композит.The plasma catalyst includes a non-combustible material or is at least one of a metal, carbon, carbon-based alloy, an electrically conductive polymer, a conductive silicone elastomer, a polymer nanocomposite, and an organic - inorganic composite.

Способ формирования плазмы включает подвергание газа в полости воздействию электромагнитного излучения, имеющего частоту менее 333 ГГц, в присутствии активного плазменного катализатора, включающего, по крайней мере, одну ионизирующую частицу.A method of forming a plasma includes exposing a gas in a cavity to electromagnetic radiation having a frequency of less than 333 GHz in the presence of an active plasma catalyst comprising at least one ionizing particle.

При этом, по крайней мере, одна ионизирующая частица включает пучок частиц; или частица представляет собой, по крайней мере, одну частицу рентгеновского луча, альфа частицу, бета частицу, нейтрон и протон.In this case, at least one ionizing particle includes a particle beam; or the particle is at least one X-ray particle, alpha particle, beta particle, neutron and proton.

По крайней мере, одна ионизирующая частица может являться заряженной частицей.At least one ionizing particle may be a charged particle.

Кроме того, ионизирующая частица включает продукт радиоактивного деления.In addition, the ionizing particle includes a radioactive fission product.

Полость формируется в сосуде, который, по крайней мере, частично пропускает продукт деления, при этом способ далее включает позиционирование источника деления за пределами полости таким образом, что источник направляет продукт деления через сосуд в полость.The cavity is formed in the vessel, which at least partially passes the fission product, the method further includes positioning the fission source outside the cavity so that the source directs the fission product through the vessel into the cavity.

Сосуд и источник деления находятся внутри камеры излучения, при этом камера включает материал, который практически предотвращает утечку продукта из камеры.The vessel and the fission source are located inside the radiation chamber, while the chamber includes material that practically prevents product leakage from the chamber.

Способ может далее включать позиционирование источника радиоактивного деления в полости, при этом источник генерирует, по крайней мере, один продукт деления.The method may further include positioning the source of radioactive fission in the cavity, wherein the source generates at least one fission product.

Ионизирующая частица является свободным электроном, при этом способ далее включает генерацию электрона путем подачи энергии на источник электронов. Подача энергии включает нагревание источника электронов.The ionizing particle is a free electron, the method further comprising generating an electron by supplying energy to an electron source. Energy supply includes heating an electron source.

Частица может включать свободный протон, при этом способ далее включает генерирование свободного протона путем ионизации водорода.The particle may include a free proton, the method further comprising generating a free proton by ionizing hydrogen.

Полость может являться, по крайней мере, частично открытой, позволяя газу протекать через нее.The cavity may be at least partially open, allowing gas to flow through it.

Один из вариантов способа формирования плазмы в системе предполагает также, что система имеет, по крайней мере, одну полость зажигания и вторую полость в жидкостной связи с первой полостью, при этом способ включает: подвергание газа в первой полости зажигания воздействию электромагнитного излучения, имеющего частоту менее 333 ГГц, так что плазма в первой полости вызывает формирование плазмы во второй полости; и удержание второй плазмы путем подвергания ее воздействию дополнительного электромагнитного излучения.One of the options for the method of plasma formation in the system also assumes that the system has at least one ignition cavity and a second cavity in fluid communication with the first cavity, the method comprising: exposing the gas in the first ignition cavity to electromagnetic radiation having a frequency of less than 333 GHz, so that the plasma in the first cavity causes the formation of plasma in the second cavity; and holding the second plasma by exposing it to additional electromagnetic radiation.

Подвергание воздействию включает подвергание газа излучению в присутствии плазменного катализатора.Exposure includes exposing the gas to radiation in the presence of a plasma catalyst.

Первая полость может быть меньше, чем вторая полость.The first cavity may be smaller than the second cavity.

Первая полость может практически являться одномодовой полостью, а вторая полость также может являться многомодовой или высокомодовой полостью.The first cavity can practically be a single-mode cavity, and the second cavity can also be a multimode or high-mode cavity.

Плазменный катализатор включает углеродное волокно.Plasma catalyst includes carbon fiber.

В одном примере осуществления данного изобретения способ включает направление газа в многомодовую обрабатывающую полость и зажигание газа путем подвергания газа в полости воздействию электромагнитного излучения, имеющему частоту менее чем 333 ГГц, в присутствии, по крайней мере, одного пассивного плазменного катализатора, включающего материал, являющийся, по крайней мере, электрически полупроводниковым.In one embodiment of the invention, the method includes directing gas into a multimode processing cavity and igniting the gas by exposing the gas in the cavity to electromagnetic radiation having a frequency of less than 333 GHz in the presence of at least one passive plasma catalyst including at least electrically semiconductor.

В другом примере осуществления изобретения представлены способы и устройство для зажигания плазмы путем подвергания газа воздействию электромагнитного излучения, имеющего частоту около менее 333 ГГц, в присутствии плазменного катализатора, включающего порошок.In another embodiment of the invention, methods and apparatus for igniting a plasma by exposing a gas to electromagnetic radiation having a frequency of less than about 333 GHz in the presence of a plasma catalyst including a powder are provided.

В еще одном примере осуществления изобретения представлены дополнительные способы и устройство для формирования плазмы с использованием системы сдвоенной полости. Система может включать первую полость зажигания и вторую полость, имеющие жидкостное сообщение между собой. Способ может включать: (i) подвергание газа в первой полости для зажигания воздействию электромагнитного излучения с частотой около менее 333 ГГц, так что плазма в первой полости вызывает формирование плазмы во второй полости, и (ii) удержание второй плазмы во второй полости путем подвергания ее воздействию дополнительного электромагнитного излучения.In yet another embodiment, additional methods and apparatus for plasma formation using a dual cavity system are provided. The system may include a first ignition cavity and a second cavity having fluid communication with each other. The method may include: (i) exposing the gas in the first ignition cavity to electromagnetic radiation with a frequency of less than about 333 GHz, so that the plasma in the first cavity causes the formation of plasma in the second cavity, and (ii) holding the second plasma in the second cavity by exposing it exposure to additional electromagnetic radiation.

Представлены дополнительные плазменные катализаторы и способы для зажигания, формирования и удержания плазмы, соответствующие данному изобретению.Additional plasma catalysts and methods for ignition, formation and retention of plasma in accordance with this invention are provided.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Дальнейшие аспекты изобретения будут очевидны после рассмотрения следующего детального описания совместно с сопроводительными чертежами, в которых подобные позиции относятся к подобным позициям по всему тексту и в которых:Further aspects of the invention will be apparent after consideration of the following detailed description in conjunction with the accompanying drawings in which like items refer to like items throughout the text and in which:

фиг.1 представляет собой принципиальную схему иллюстративной плазменной системы, соответствующей данному изобретению;figure 1 is a schematic diagram of an illustrative plasma system corresponding to this invention;

фиг.1А представляет собой иллюстративный пример осуществления части плазменной системы для добавления порошкового плазменного катализатора к плазменной полости для зажигания, формирования или удержания плазмы в полости в соответствии с данным изобретением;1A is an illustrative embodiment of a portion of a plasma system for adding a powder plasma catalyst to a plasma cavity for igniting, forming, or retaining plasma in a cavity in accordance with this invention;

На фиг.2 показан иллюстративный пример волокна плазменного катализатора с, по крайней мере, одним компонентом, имеющим градиент концентрации по его длине, соответствующий данному изобретению;Figure 2 shows an illustrative example of a plasma catalyst fiber with at least one component having a concentration gradient along its length according to this invention;

На фиг.3 показан иллюстративный пример волокна плазменного катализатора с множеством компонентов с соотношением, которое меняется воль его длины в соответствии с данным изобретением;Figure 3 shows an illustrative example of a plasma catalyst fiber with many components with a ratio that varies the length of its length in accordance with this invention;

На фиг.4 показан еще один иллюстративный пример волокна плазменного катализатора, который включает сердцевинный подслой и покрытие в соответствии с данным изобретением;Figure 4 shows another illustrative example of a plasma catalyst fiber, which includes a core sublayer and a coating in accordance with this invention;

На фиг.5 показано поперечное сечение волокна плазменного катализатора по фиг.4, взятое по линии 5-5 фиг.4, соответствующее данному изобретению;Figure 5 shows a cross section of the plasma catalyst fiber of figure 4, taken along line 5-5 of figure 4, corresponding to this invention;

На фиг.6 показан иллюстративный пример другой части плазменной системы, включающий удлиненный плазменный катализатор, который распространяется через раскаляющее отверстие в соответствии с настоящим изобретением;FIG. 6 shows an illustrative example of another part of a plasma system, including an elongated plasma catalyst that extends through a burning hole in accordance with the present invention;

На фиг.7 показан иллюстративный пример удлиненного плазменного катализатора, который может использоваться в системе по фиг.6, соответствующей данному изобретению;Figure 7 shows an illustrative example of an elongated plasma catalyst that can be used in the system of figure 6, corresponding to this invention;

На фиг.8 показан еще один иллюстративный пример удлиненного плазменного катализатора, который может использоваться в системе по фиг.6, соответствующей данному изобретению; иOn Fig shows another illustrative example of an elongated plasma catalyst that can be used in the system of Fig.6, corresponding to this invention; and

На фиг.9 показан иллюстративный пример части плазменной системы для направления излучения в камеру излучения, соответствующие данному изобретению;Fig. 9 shows an illustrative example of a portion of a plasma system for directing radiation into a radiation chamber in accordance with this invention;

Подробное описание примеров осуществления изобретенияDetailed Description of Embodiments

Данное изобретение может относиться к способам и устройству для зажигания, формирования и удержания плазмы для разнообразных применений, включая термообработку, синтезирование и отложение карбидов, нитридов, боридов, оксидов и других веществ, легирование, науглероживание, нитрирование и карбонитрирование, агломерацию, многозвенную обработку, соединение, декристаллизацию, изготовление и эксплуатацию печей, обработку выходящих газов, обработку сточных вод, прокаливание, чистку, озоление, выращивание углеродных структур, генерирование водорода и других газов, формирование безэлектродных плазмотронов, плазменной обработки на производственных линиях, стерилизации, очистке и т.д.This invention may relate to methods and apparatus for igniting, forming and retaining plasma for a variety of applications, including heat treatment, synthesis and deposition of carbides, nitrides, borides, oxides and other substances, alloying, carburization, nitration and carbonitriding, agglomeration, multi-link processing, compound , decrystallization, manufacture and operation of furnaces, treatment of exhaust gases, wastewater treatment, calcination, cleaning, ashing, growing carbon structures, generating odoroda and other gases forming electrodeless plasma torches, plasma treatment on production lines, sterilization, cleaning, etc.

Данное изобретение может использоваться для контролируемой генерации тепла и для сопровождаемой плазмой обработки для снижения стоимости энергии и увеличения эффективности теплообработки и гибкости в сопровождаемом плазмой производстве.The present invention can be used for controlled heat generation and for plasma-assisted treatment to reduce energy costs and increase heat-treatment efficiency and flexibility in plasma-assisted production.

Следовательно, предлагается плазменный катализатор для зажигания, формирования и удержания плазмы. Катализатор может быть пассивным или активным. Пассивный плазменный катализатор может включать любой объект, способный индуцировать плазму путем деформации местного электрического поля (например, электромагнитного поля) в соответствии с данным изобретением без необходимости добавления дополнительной энергии через катализатор, подобно применению напряжения для создания искры. С другой стороны, активный плазменный катализатор может быть любой частицей или высокоэнергетическим волновым пакетом, способным передавать достаточное количество энергии газообразному атому или иону для удаления, по крайней мере, одного электрона из газообразного атома или молекулы в присутствии электромагнитного излучения.Therefore, a plasma catalyst is proposed for ignition, formation and retention of plasma. The catalyst may be passive or active. A passive plasma catalyst may include any object capable of inducing plasma by deforming a local electric field (e.g., an electromagnetic field) in accordance with this invention without the need to add additional energy through the catalyst, similar to applying voltage to create a spark. On the other hand, the active plasma catalyst may be any particle or high-energy wave packet capable of transferring a sufficient amount of energy to a gaseous atom or ion to remove at least one electron from a gaseous atom or molecule in the presence of electromagnetic radiation.

Иллюстративная плазменная системаIllustrative Plasma System

На фиг.1 показана иллюстративная плазменная система 10, соответствующая одному аспекту изобретения. В данном примере осуществления изобретения полость 12 формируется в сосуде, который помещен внутри камеры излучения 14, (т.е. аппликатора). В другом примере осуществления изобретения (не показано) сосуд 12 и камера излучения 14 являются одним и тем же, тем самым устраняя необходимость в двух дополнительных компонентах. Сосуд, в котором формируется полость 12, может включать один или более пропускающих излучения слоя для улучшения его термоизоляционных свойств без значительного закрытия полости 12 от излучения.1 illustrates an exemplary plasma system 10 in accordance with one aspect of the invention. In this embodiment, a cavity 12 is formed in a vessel that is placed inside the radiation chamber 14, (i.e., an applicator). In another embodiment (not shown), the vessel 12 and the radiation chamber 14 are one and the same, thereby eliminating the need for two additional components. The vessel in which the cavity 12 is formed may include one or more radiation transmitting layers to improve its thermal insulation properties without significantly closing the cavity 12 from the radiation.

В одном примере осуществления изобретения полость 12 формируется в сосуде, выполненном из керамики. В связи с чрезвычайно высокими температурами, которые могут быть получены у плазм по данному изобретению, можно использовать керамику, эксплуатирующуюся при около 3000°F (1648,9°C). Керамический материал может включать по весу 29,8% кремнезема, 68,2% глинозема, 0,4 оксида железа, 1% титана, 0,1% извести, 0,1% магния, 0,4% щелочи, которые продаются под моделью №LW-30 компанией Нью-Кастл Рефректориз, Нью Кастл, Пенсильвания. Специалисты в данной области, однако, поймут, что другие материалы, такие как кварц и отличные от описанных выше, могут также соответствовать данному изобретению.In one embodiment, a cavity 12 is formed in a vessel made of ceramic. Due to the extremely high temperatures that can be obtained from the plasmas of this invention, ceramics operating at about 3000 ° F (1648.9 ° C) can be used. Ceramic material may include 29.8% by weight silica, 68.2% alumina, 0.4 iron oxide, 1% titanium, 0.1% lime, 0.1% magnesium, 0.4% alkali, which are sold under the model No.LW-30 by New Castle Refactors, New Castle, PA. Specialists in this field, however, will understand that other materials, such as quartz and other than those described above, may also be consistent with this invention.

В одном успешном эксперименте плазма образовывалась в частично открытой полости внутри первого кирпича, на котором сверху находился второй кирпич. Полость имела размеры около: 2 дюйма × 2 дюйма × 1,5 дюйма (около 50,78 мм × 50,78 мм × 38,085 мм). По крайней мере два отверстия были сделаны в кирпиче в соединении с полостью: одно для осмотра плазмы и, по крайней мере, одно отверстия для обеспечения газом. Размер полости может зависеть от выполняемого желаемого плазменного процесса. Также полость должна иметь такую конфигурацию, чтобы предотвратить подъем плазмы и ее удаление из первичного района обработки.In one successful experiment, plasma formed in a partially open cavity inside the first brick, on which the second brick was on top. The cavity was about: 2 inches × 2 inches × 1.5 inches (about 50.78 mm × 50.78 mm × 38.085 mm). At least two holes were made in the brick in connection with the cavity: one for inspection of the plasma and at least one hole for gas supply. The size of the cavity may depend on the desired plasma process being performed. Also, the cavity must be configured in such a way as to prevent the rise of the plasma and its removal from the primary treatment area.

Полость 12 может быть соединена с одним или более источником газа 24 (например, источником аргона, азота, водорода, ксенона, криптона) по линии 20 и контрольного клапана 22, которые могут получать питание от источника питания 28. Линия 20 может быть трубкой (например, между около 1/16 дюйма (1,586875 мм) и около 1/4 дюйма (6,3475 мм), т.е. порядка 1/8 дюйма (3,17175 мм)). Также, если желательно, к камере может быть подсоединен вакуумный насос для удаления паров, которые могут генерироваться во время плазменной обработки. В одном примере осуществления изобретения газ может протекать в и/или из полости 12 через один или более зазор в составном сосуде. Таким образом, газовые отверстия по данному изобретению не должны быть четкими отверстиями и могут принимать также и другие формы, такие как многочисленные небольшие распределенные отверстия.The cavity 12 can be connected to one or more gas sources 24 (for example, a source of argon, nitrogen, hydrogen, xenon, krypton) through line 20 and a control valve 22, which can be powered by power source 28. Line 20 can be a tube (for example , between about 1/16 inch (1.586875 mm) and about 1/4 inch (6.3475 mm), i.e. on the order of 1/8 inch (3.17175 mm)). Also, if desired, a vacuum pump can be connected to the chamber to remove the vapors that can be generated during the plasma treatment. In one embodiment, gas may flow into and / or from cavity 12 through one or more gaps in the composite vessel. Thus, the gas openings of the present invention do not have to be clear openings and can also take other forms, such as numerous small distributed openings.

Детектор утечки излучения (не показано) был установлен около источника 26 и волновода 30 и подсоединен к системе блокировки для безопасности для автоматического отключения источника питания излучения (например, микроволнового), если детектируется утечка выше заданного уровня безопасности, подобного определенному Федеральной комиссией по связи и Администрацией по профессиональной безопасности и здоровью (например, 5 мВ/см2).A radiation leak detector (not shown) was installed near source 26 and waveguide 30 and connected to a safety lock to automatically turn off the radiation power source (for example, a microwave) if a leak was detected above a predetermined safety level similar to that defined by the Federal Communications Commission and the Administration occupational safety and health (e.g. 5 mV / cm 2 ).

Источник излучения 26, который может питаться от источника электроэнергии 28, направляет энергию излучения в камеру 14 через один или более волновод 30. Специалистам в данной области будет понятно, что источник 26 может быть подсоединен к полости 12 напрямую, тем самым устраняя волновод 30. Энергия излучения, поступающая в полость 12, используется для зажигания плазмы внутри полости. Эта плазма может значительно удерживаться и ограничиваться в полости путем присоединения дополнительного излучения катализатором. Также частота излучения (например, микроволнового излучения) считается некритичной во многих применениях.A radiation source 26, which can be powered by an electric power source 28, directs the radiation energy into the chamber 14 through one or more waveguides 30. Those skilled in the art will understand that the source 26 can be connected directly to the cavity 12, thereby eliminating the waveguide 30. Energy radiation entering the cavity 12 is used to ignite the plasma inside the cavity. This plasma can be significantly retained and limited in the cavity by attaching additional radiation to the catalyst. Also, the frequency of radiation (e.g., microwave radiation) is considered uncritical in many applications.

Энергия излучения может подаваться через циркулятор 32 и тюнер 34 (например, 3-шлейфовое настроечное устройство). Тюнер 34 может быть использован для сведения к минимуму отраженной энергии в качестве функцией изменения условий инициации или обработки, особенно после формирования плазмы, потому что микроволновая мощность, например, будет сильно поглощаться плазмой.The radiation energy can be supplied through the circulator 32 and the tuner 34 (for example, a 3-loop tuner). Tuner 34 can be used to minimize reflected energy as a function of changing initiation or processing conditions, especially after plasma formation, because microwave power, for example, will be strongly absorbed by the plasma.

Как это более полно объясняется ниже, расположение пропускающей излучение полости 12 в камере 14 может и не быть критическим, если камера 14 поддерживает множественные режимы, и особенно когда режимы непрерывно или периодически смешиваются. Как также более полно объясняется ниже, двигатель 36 может присоединяться к смесителю режимов работы 38 для того, чтобы сделать усредненное по времени распределение энергии излучения практически однородным по камере 14. Далее окно 14 (например, кварцевое окно) может быть расположено в одной из стенок камеры 14, примыкающей к полости 12, что позволяет температурному датчику 42 (например, оптическому пирометру) быть использованным для обзора процесса внутри полости 12. В одном примере осуществления изобретения выход оптического пирометра может быть увеличен от нуля вольт по мере подъема температуры до улавливаемого диапазона.As explained more fully below, the location of the radiation-transmitting cavity 12 in the chamber 14 may not be critical if the chamber 14 supports multiple modes, and especially when the modes are continuously or intermittently mixed. As also more fully explained below, the engine 36 can be connected to the mixer operating modes 38 in order to make the time-averaged distribution of radiation energy almost uniform over the chamber 14. Further, the window 14 (for example, a quartz window) can be located in one of the walls of the chamber 14 adjacent to the cavity 12, which allows the temperature sensor 42 (for example, an optical pyrometer) to be used to view the process inside the cavity 12. In one embodiment, the output of the optical pyrometer can be l is increased from zero volts as the temperature rises to the captured range.

Датчик 42 может вырабатывать выходные сигналы как функцию температуры или любого другого контролируемого условия, связанного с обрабатываемой деталью (не показано) внутри полости 12, и подавать сигналы на контроллер 44. Могут также использоваться сдвоенное восприятие температуры и нагревание, а также автоматизированное управление нормой охлаждения и потоком газа. Контроллер 44 в свою очередь может использоваться для управления работой источника питания 28, один выход которого подсоединен к источнику 26, как было описано выше, а другой выход подсоединен к клапану 22 для управления потоком газа в полость 12.The sensor 42 may generate output signals as a function of temperature or any other controlled condition associated with the workpiece (not shown) inside the cavity 12, and provide signals to the controller 44. Dual temperature sensing and heating, as well as automated cooling rate control and gas stream. The controller 44, in turn, can be used to control the operation of the power source 28, one output of which is connected to the source 26, as described above, and the other output is connected to the valve 22 to control the flow of gas into the cavity 12.

Изобретение использовалось с равным успехом при использовании микроволновых источников при как 915 МГц, так и 2,45 ГГц, обеспечиваемых промышленностью коммуникаций и энергии (CPI), хотя может использоваться излучение, имеющее любую частоту около менее 333 ГГц. Система 2,45 ГГЦ обеспечивала непрерывную переменную микроволновую энергию от около 0,5 кВт до около 5,0 кВт. 3-Шлейфовый тюнер позволял согласовывать импеданс для максимальной передачи энергии и использовался двунаправленный совместитель для измерения направленной и отраженной энергии. Также использовались оптические пирометры для дистанционного восприятия образца температуры.The invention was used with equal success when using microwave sources at both 915 MHz and 2.45 GHz provided by the communications and energy (CPI) industry, although radiation having any frequency of less than about 333 GHz can be used. The 2.45 GHz system provided continuous variable microwave energy from about 0.5 kW to about 5.0 kW. A 3-loop tuner made it possible to match impedance for maximum energy transfer, and a bi-directional combiner was used to measure directional and reflected energy. Optical pyrometers were also used for remote sensing of the temperature sample.

Как было упомянуто выше, излучение, имеющее любую частоту, меньшую около 333 ГГц, может использоваться по данному изобретению. Например, могут использоваться частоты, такие как линейные частоты питания (около 50 до около 60 Гц), хотя давление газа, из которого формируется плазма, может быть понижено для помощи в зажигании плазмы. Также любая радиочастота или микроволновая частота могут использоваться по данному изобретению, включая частоты большие, чем около 100 кГц. В большинстве случаев давление газа для таких относительно высоких частот должно быть понижено для зажигания, формирования или удержания плазмы, тем самым позволяя многим плазменным процессам происходить при атмосферных давлениях и выше.As mentioned above, radiation having any frequency lower than about 333 GHz can be used according to this invention. For example, frequencies such as linear supply frequencies (about 50 to about 60 Hz) can be used, although the pressure of the gas from which the plasma is formed can be lowered to help ignite the plasma. Also, any radio frequency or microwave frequency can be used according to this invention, including frequencies greater than about 100 kHz. In most cases, the gas pressure for such relatively high frequencies should be lowered to ignite, form, or hold the plasma, thereby allowing many plasma processes to occur at atmospheric pressures and above.

Оборудование управлялось компьютером с помощью программного обеспечения LabView 6i, которое позволяло контролировать температуру в реальном масштабе времени и управлять микроволновой энергией. Шум снижался путем использования усреднения приемлемого количества точек данных. Также для улучшения скорости и эффективности вычислений, число запоминаемых точек данных в буферном массиве ограничивалось использованием сдвиговых регистров и выставлением размера буфера.The equipment was controlled by a computer using LabView 6i software, which made it possible to control temperature in real time and control microwave energy. Noise was reduced by using averaging of an acceptable number of data points. Also, to improve the speed and efficiency of calculations, the number of data points stored in the buffer array was limited by using shift registers and setting the buffer size.

Пирометр измерял температуру чувствительной зоны около 1 см2, которая использовалась для расчета средней температуры. Пирометр воспринимал интенсивности излучения на двух длинах волн и подгонял эти интенсивности, используя закон Планка для определения температуры. Однако следует оценить, что также имеются в распоряжении и другие устройства и способы для контроля и управления температурой и они могут использоваться по данному изобретению.The pyrometer measured the temperature of the sensitive area of about 1 cm 2 , which was used to calculate the average temperature. The pyrometer perceived radiation intensities at two wavelengths and adjusted these intensities using Planck's law to determine the temperature. However, it should be appreciated that other devices and methods for controlling and controlling the temperature are also available and they can be used according to the present invention.

Камера 14 имеет несколько покрытых стеклом смотровых отверстий с радиационными экранами и одним кварцевым окном для доступа пирометра. Также предусмотрено несколько отверстий для подсоединения к вакуумному насосу и источнику газа, хотя они и не обязательно используются.The chamber 14 has several glass-covered inspection openings with radiation screens and one quartz window for pyrometer access. There are also several openings for connecting to a vacuum pump and a gas source, although they are not necessarily used.

Система 10 также включала замкнутую систему охлаждения деионизированной водой (не показано), при этом внешний теплообменник охлаждается водой из-под крана. Во время работы деионизированная вода сначала охлаждала магнетрон, затем сброс нагрузки в циркуляторе (используемый для защиты магнетрона) и в конечном итоге камеру излучения через водяные каналы, приваренные на наружной поверхности камеры.The system 10 also included a closed cooling system with deionized water (not shown), while the external heat exchanger is cooled by tap water. During operation, deionized water first cooled the magnetron, then the load was released in the circulator (used to protect the magnetron) and ultimately the radiation chamber through the water channels welded to the outer surface of the chamber.

Плазменные катализаторыPlasma catalysts

Плазменный катализатор по данному изобретению может включать одно или более различных веществ и может быть либо пассивным либо активным. Плазменный катализатор может использоваться, помимо прочего, для зажигания, формирования и/или удержания плазмы при давлении газа меньшем или равном или большем, чем атмосферное давление.The plasma catalyst of this invention may include one or more different substances and may be either passive or active. A plasma catalyst can be used, inter alia, to ignite, form and / or hold plasma at a gas pressure less than or equal to or greater than atmospheric pressure.

Один способ формирования плазмы, соответствующий данному изобретению может включать подвергание газа в полости воздействию электромагнитного излучения, имеющего частоту менее чем около 333 ГГц в присутствии пассивного плазменного катализатора. Пассивный плазменный катализатор по данному изобретению может включать любой объект, способный индуцировать плазму путем деформации местного электрического поля (например, электромагнитного поля) в соответствии с данным изобретением, без необходимости добавления дополнительной энергии через катализатор, как, например, приложения электрического напряжения для создания искры.One plasma forming method of this invention may include exposing the gas in the cavity to electromagnetic radiation having a frequency of less than about 333 GHz in the presence of a passive plasma catalyst. The passive plasma catalyst of this invention may include any object capable of inducing plasma by deforming a local electric field (e.g., an electromagnetic field) in accordance with this invention, without the need to add additional energy through the catalyst, such as applying an electrical voltage to create a spark.

Пассивный плазменный катализатор в соответствии с данным изобретением может также быть наночастицей или нанотрубкой. При использовании здесь термин «наночастица» может включать любую частицу, имеющую максимальный физический размер около менее 100 нм, которая является, по крайней мере, полупроводниковой электрически. Так же как одностеночные, так и многостеночные углеродные нанотрубки, легированные и нелегированные, могут быть особенно эффективными для зажигания плазмы по данному изобретению из-за их исключительной электрической проводимости и удлиненной формы. Нанотрубки могут иметь любую удобную длину и могут быть порошком, фиксированным к субстрату. Если они фиксированные, то нанотрубки могут быть произвольно ориентированы на поверхности субстрата или зафиксированы к субстрату (например, в какой-то заданной ориентации), в то время как плазма зажигается или удерживается.The passive plasma catalyst in accordance with this invention may also be a nanoparticle or nanotube. As used herein, the term “nanoparticle” can include any particle having a maximum physical size of less than about 100 nm, which is at least electrically semiconductor. As single-walled and multi-walled carbon nanotubes, alloyed and undoped, can be especially effective for igniting the plasma according to this invention due to their exceptional electrical conductivity and elongated shape. Nanotubes can be of any convenient length and can be powder fixed to the substrate. If they are fixed, then the nanotubes can be randomly oriented on the surface of the substrate or fixed to the substrate (for example, in some given orientation), while the plasma is ignited or held.

Пассивный плазменный катализатор может быть также порошком в соответствии с данным изобретением, и нет необходимости компромисса между наночастицами или нанотрубками. Он может быть образован, например, из волокон, частиц пыли, хлопьев, листов, и т.д. Когда он находится в порошковой форме, катализатор может быть подвешен, по крайней мере, временно в газе. Путем подвешивания порошка в газе порошок может быстро диспергироваться по полости и, если это желательно, более легко употребляться.The passive plasma catalyst may also be a powder in accordance with this invention, and there is no need for a compromise between nanoparticles or nanotubes. It can be formed, for example, from fibers, dust particles, flakes, sheets, etc. When it is in powder form, the catalyst may be suspended, at least temporarily, in the gas. By suspending the powder in a gas, the powder can be rapidly dispersed throughout the cavity and, if desired, more easily consumed.

В одном примере осуществления изобретения порошковый катализатор может быть занесен в полость и по крайней мере временно подвешен в газе-носителе. Газ-носитель может быть одинаковым или отличным от газа, который формирует плазму. Также порошок может быть добавлен в газ до введения в полость. Например, как показано на фиг.1А, источник излучения 52 может подавать излучение на полость излучения 55, в которой размещена плазменная полость 60. Источник порошка 65 обеспечивает каталитический порошок 70 в поток газа 75. В альтернативном примере осуществления изобретения порошок 70 сначала добавляется в полость 60 насыпью (например, кипой) и затем распределяется в полости любым из путей, включая пропускание газа через или над ссыпанной пудрой. В дополнение пудра может добавляться в газ для зажигания, формирования или удержания плазмы путем перемещения, передачи, разбрызгивания, распыления, продувания или по иному, подавая пудру в и внутри полости.In one embodiment of the invention, the powder catalyst may be introduced into the cavity and at least temporarily suspended in a carrier gas. The carrier gas may be the same or different from the gas that forms the plasma. Also, the powder may be added to the gas prior to introduction into the cavity. For example, as shown in FIG. 1A, the radiation source 52 may supply radiation to the radiation cavity 55 in which the plasma cavity 60 is located. The powder source 65 provides the catalytic powder 70 to the gas stream 75. In an alternative embodiment, the powder 70 is first added to the cavity 60 in bulk (for example, bales) and then distributed in the cavity by any of the paths, including passing gas through or over the dusted powder. In addition, the powder can be added to the gas to ignite, form, or hold the plasma by moving, transferring, spraying, spraying, blowing, or otherwise, feeding the powder into and inside the cavity.

В одном примере осуществлении изобретения плазма зажигалась в полости путем размещения кипы углеродоволокнистой пудры в медной трубе, которая проходила в полости. Хотя в полость направлялась достаточное излучение, медная труба экранировала порошок от излучения, и не происходило зажигания плазмы. Однако, как только через трубу начинал проходить газ-носитель, вынуждая порошок переместиться из трубы в полость и тем самым подвергая порошок воздействию излучения, плазма почти мгновенно зажигалась в полости.In one embodiment, the plasma was ignited in the cavity by placing a bale of carbon fiber powder in a copper pipe that passed through the cavity. Although sufficient radiation was directed into the cavity, the copper tube shielded the powder from the radiation, and plasma ignition did not occur. However, as soon as the carrier gas began to pass through the tube, forcing the powder to move from the tube into the cavity and thereby exposing the powder to radiation, the plasma ignited almost instantly in the cavity.

Порошковый плазменный катализатор по данному изобретению может быть в значительной степени несгораемым, так что он не должен содержать кислород или гореть в присутствии кислорода. Таким образом, катализатор может включать металл, углерод, углеродистые сплавы, композитные материалы на основе углерода, электропроводный полимер, проводящий силиконовый эластомер, полимерный нанокомпозит, органический - неорганический композит и любую их комбинацию.The powder plasma catalyst of the present invention can be substantially non-combustible, so that it should not contain oxygen or burn in the presence of oxygen. Thus, the catalyst may include metal, carbon, carbon alloys, carbon-based composite materials, an electrically conductive polymer, a conductive silicone elastomer, a polymer nanocomposite, an organic-inorganic composite, and any combination thereof.

Также порошковые катализаторы могут быть практически однородно распределены в плазменной полости (например, при подвешенном состоянии в газе), и инициация плазмы может точно контролироваться внутри полости. Однородное инициирование может быть важным в некоторых применениях, включая применения, требующие короткое воздействие плазмы, как в форме одного или более всплесков. Все равно некоторое количество времени может потребоваться на то, чтобы порошковый катализатор распределился бы по полости, особенно в сложных, многокамерных полостях. Следовательно, в соответствии с другим аспектом данного изобретения порошковый катализатор может вводиться в полость через множество отверстий зажигания, чтобы более быстро получить более однородное распределение катализатора в ней (см. ниже).Also, powder catalysts can be almost uniformly distributed in the plasma cavity (for example, when suspended in a gas), and the initiation of the plasma can be precisely controlled inside the cavity. Uniform initiation may be important in some applications, including applications requiring a short plasma exposure, such as in the form of one or more bursts. Anyway, a certain amount of time may be required for the powder catalyst to be distributed throughout the cavity, especially in complex, multi-chamber cavities. Therefore, in accordance with another aspect of the present invention, a powder catalyst can be introduced into the cavity through a plurality of ignition holes in order to more quickly obtain a more uniform distribution of the catalyst in it (see below).

В дополнение к порошку пассивный плазменный катализатор по данному изобретению может включать, например, одно или более микроскопических или макроскопических волокон, листов, игл, нитей, прядей, волосков, пряжи, бечевок, стружек, осколков, щепок, тканого материала, ленты, волос бороды или любой их комбинации. В этих случаях плазменный катализатор может иметь, по крайней мере, одну порцию с одним физическим размером, который значительно превышает другой физический размер. Например, соотношение между, по крайней мере, двумя ортогональными размерами должно быть, по крайней мере, около 1:2, но может и быть больше чем около 1:5, или даже больше чем около 1:10.In addition to the powder, the passive plasma catalyst of this invention may include, for example, one or more microscopic or macroscopic fibers, sheets, needles, threads, strands, hairs, yarn, twine, shavings, chips, chips, woven material, tape, beard hair or any combination thereof. In these cases, the plasma catalyst may have at least one portion with one physical size that is significantly larger than the other physical size. For example, the ratio between at least two orthogonal dimensions should be at least about 1: 2, but it can also be more than about 1: 5, or even more than about 1:10.

Таким образом, пассивный плазменный катализатор может включать, по крайней мере, одну часть из материала, который относительно тонкий по сравнению с его длиной. Может также использоваться связка катализаторов (например, волокон) и может включать, например, секцию графитовой ленты. В одном эксперименте успешно использовалась секция ленты, имеющая приблизительно тридцать тысяч прядей графитового волокна, каждая диаметром около 2-3 мкм. Число волокон и длина связки не имеют критического значения для зажигания, формирования и удержания плазмы. Например, удовлетворительные результаты были получены при использовании секции графитовой ленты длиной около одной четверти дюйма (около 6,3475 мм). Один тип углеродного волокна, который успешно использовался по данному изобретению, продается под товарным знаком Magnamite®, модель №AS4C-GP3K, корпорацией Хексель, из Андерсона, Южная Каролина, США. Также успешно использовались волокна из карбида силикона.Thus, a passive plasma catalyst may include at least one part of a material that is relatively thin compared to its length. A bundle of catalysts (e.g. fibers) may also be used and may include, for example, a section of graphite tape. In one experiment, a section of tape was successfully used, having approximately thirty thousand strands of graphite fiber, each with a diameter of about 2-3 microns. The number of fibers and the length of the bundle are not critical for ignition, formation and retention of plasma. For example, satisfactory results were obtained using a graphite tape section about one quarter of an inch long (about 6.3475 mm). One type of carbon fiber that has been used successfully in this invention is marketed under the trademark Magnamite ® Model No. AS4C-GP3K, Hexel Corporation, from Anderson, South Carolina, USA. Silicon carbide fibers have also been used successfully.

Пассивный плазменный катализатор, соответствующий другому аспекту данного изобретения, может включать одну или две части, которые, например, практически сферические, кольцевые, пирамидальные, кубические, планарные, прямоугольные или удлиненные.A passive plasma catalyst in accordance with another aspect of the present invention may include one or two parts that are, for example, substantially spherical, annular, pyramidal, cubic, planar, rectangular or elongated.

Пассивные плазменные катализаторы, рассматриваемые выше, включают, по крайней мере, один материал, который является, по крайней мере, электрически полупроводниковым. В одном примере осуществления изобретения материал может иметь высокую проводимость. Например, пассивный плазменный катализатор по данному изобретению может включать металл, неорганическое вещество, углерод, углеродистый сплав, углеродистый композит, электропроводный полимер, проводимый силиконовый эластомер, полимерный нанокомпозит, органический-неорганический композит и любую их комбинацию. Некоторые возможные неорганические вещества, которые могут быть включены в плазменный катализатор, включают углерод, карбид кремния, молибден, платину, тантал, вольфрам, нитрид углерода и алюминий, хотя есть основания полагать, что другие электропроводные неорганические вещества действуют также хорошо.Passive plasma catalysts discussed above include at least one material that is at least electrically semiconductor. In one embodiment, the material may have high conductivity. For example, the passive plasma catalyst of the present invention may include metal, inorganic matter, carbon, carbon alloy, carbon composite, conductive polymer, conductive silicone elastomer, polymer nanocomposite, organic-inorganic composite, and any combination thereof. Some possible inorganic substances that can be included in a plasma catalyst include carbon, silicon carbide, molybdenum, platinum, tantalum, tungsten, carbon nitride and aluminum, although there are reasons to believe that other electrically conductive inorganic substances also work well.

В дополнение к одному или более электропроводным материалам пассивный плазменный катализатор по данному изобретению может включать одну или более добавок (которые не должны быть электропроводными). При использовании в данном изобретении добавка может включать любое вещество, которое пользователь хочет добавить к плазме. Например, при легировании полупроводников и других материалов одна или более легирующая примесь может быть добавлена к плазме через катализатор. Катализатор может включать саму легирующую примесь или он может включать материал-предшественник, который после разложения может образовывать легирующую примесь. Таким образом, плазменный катализатор может включать одну или более добавок и один или более электропроводный материал в любом желательном соотношении, в зависимости от желательного конечного состава плазмы и использующего плазму процесса.In addition to one or more electrically conductive materials, the passive plasma catalyst of the present invention may include one or more additives (which should not be electrically conductive). When used in this invention, the additive may include any substance that the user wants to add to the plasma. For example, when doping semiconductors and other materials, one or more dopants can be added to the plasma via a catalyst. The catalyst may include the dopant itself, or it can include a precursor material which, after decomposition, can form a dopant. Thus, the plasma catalyst may include one or more additives and one or more electrically conductive materials in any desired ratio, depending on the desired final plasma composition and plasma-using process.

Соотношение электропроводных компонентов к добавкам в пассивном плазменном катализаторе может меняться в зависимости от времени во время потребления. Например, во время зажигания плазменный катализатор мог бы желательно включать относительно большой процент электропроводных компонентов для улучшения условий зажигания. С другой стороны, если он используется при удержании плазмы, то катализатор мог бы включать относительно большой процент добавок. Специалисты в данной области поймут, что соотношение компонентов плазменного катализатора, используемого для инициации и поддержания плазмы, могут быть одинаковыми.The ratio of electrically conductive components to additives in a passive plasma catalyst may vary with time during consumption. For example, during ignition, a plasma catalyst could desirably include a relatively large percentage of electrically conductive components to improve ignition conditions. On the other hand, if it is used in plasma confinement, the catalyst could include a relatively large percentage of additives. Specialists in this field will understand that the ratio of the components of the plasma catalyst used to initiate and maintain plasma can be the same.

Заранее заданный профиль соотношения может использоваться для упрощения многих плазменных процессов. Во многих обычных плазменных процессах по необходимости в плазму добавляются компоненты, но подобное добавление требует программируемого оборудования для добавления компонентов в соответствии с заранее заданным графиком. Однако в соответствии с данным изобретением соотношение компонентов в катализаторе может варьироваться и таким образом может автоматически варьироваться соотношение компонентов в самой плазме. То есть соотношение компонентов в плазме в любое определенное время зависит от того, какие порции катализатора в настоящее время потребляются плазмой. Таким образом, соотношение компонентов катализатора может быть различным в разных местах внутри катализатора. И текущее соотношение компонентов в плазме может зависеть от пропорций катализатора, который был употреблен сейчас и/или ранее, особенно когда норма расхода газа, проходящего через плазменную камеру, относительно медленная.A predetermined ratio profile can be used to simplify many plasma processes. In many conventional plasma processes, components are added to the plasma as needed, but such an addition requires programmable equipment to add the components according to a predetermined schedule. However, in accordance with this invention, the ratio of components in the catalyst may vary, and thus the ratio of components in the plasma itself may automatically vary. That is, the ratio of the components in the plasma at any given time depends on what portions of the catalyst are currently consumed by the plasma. Thus, the ratio of the components of the catalyst can be different in different places inside the catalyst. And the current ratio of the components in the plasma may depend on the proportions of the catalyst that was used now and / or earlier, especially when the rate of gas flow through the plasma chamber is relatively slow.

Пассивный плазменный катализатор по данному изобретению может быть однородным, неоднородным или дифференцированным. Также соотношение компонентов плазменного катализатора может меняться непрерывно или прерывисто по катализатору. Например, на фиг. 2 соотношение может меняться гладко, образуя градиент вдоль длины катализатора 100. Катализатор 100 может включать связку материала, который содержит относительно низкую концентрацию компонентов в секции 105 и непрерывно увеличивает концентрацию по направлению к секции 110.The passive plasma catalyst of this invention may be uniform, heterogeneous, or differentiated. Also, the ratio of the components of the plasma catalyst can vary continuously or intermittently in the catalyst. For example, in FIG. 2, the ratio can vary smoothly, forming a gradient along the length of the catalyst 100. The catalyst 100 may include a bundle of material that contains a relatively low concentration of components in section 105 and continuously increases the concentration towards section 110.

Альтернативно, как показано на фиг.3, соотношение может меняться прерывисто в каждой части катализатора 120, который включает, например, чередующиеся секции 125 и 130, имеющие разные концентрации. Следует отметить, что катализатор 120 может иметь более двух типов секций. Таким образом, соотношение компонентов катализатора, потребляемых плазмой, может варьироваться любым заранее заданным образом. В одном примере осуществления изобретения, когда плазма контролируется и детектируется определенная добавка, дальнейшая обработка может автоматически быть начата или закончена.Alternatively, as shown in FIG. 3, the ratio may vary intermittently in each part of the catalyst 120, which includes, for example, alternating sections 125 and 130 having different concentrations. It should be noted that the catalyst 120 may have more than two types of sections. Thus, the ratio of the components of the catalyst consumed by the plasma can vary in any predetermined manner. In one embodiment of the invention, when a specific additive is monitored and detected in the plasma, further processing can be automatically started or completed.

Другим способом изменить соотношение компонентов в удерживаемой плазме является введение множества катализаторов, имеющих различное соотношение компонентов в различное время или при различной скорости. Например, множественный катализатор может быть введен в приблизительно одно и тоже место или в различные места внутри полости. Когда он вводится в различных местах, формируемая в полости плазма может иметь градиент концентрации компонентов, определяемых местоположение различных катализаторов. Таким образом, автоматизированная система может включать устройство, с помощью которого потребляемый плазменный катализатор механически вставляется до и/или во время зажигания, формирования и/или удержания плазмы.Another way to change the ratio of the components in the retained plasma is to introduce a plurality of catalysts having different component ratios at different times or at different speeds. For example, a multiple catalyst may be introduced at approximately the same place or at different places within the cavity. When it is introduced in various places, the plasma formed in the cavity may have a concentration gradient of the components determined by the location of the various catalysts. Thus, the automated system may include a device by which the consumed plasma catalyst is mechanically inserted before and / or during ignition, formation and / or retention of the plasma.

Плазменный катализатор по данному изобретению может также быть покрытым. В одном примере осуществления изобретения катализатор может включать практически неэлектропроводное покрытие, наносимое на поверхность практически электропроводного материала. Альтернативно катализатор может включать в значительной степени электропроводное покрытие, осаждаемое на поверхности практически неэлектропроводного материала. Например, на фиг.4 и 5 показано волокно 140, которое включает низлежащий слой 145 и покрытие 150. В одном примере осуществления изобретения плазменный катализатор, включающий углеродную сердцевину, покрывается никелем для предотвращения окисления углерода.The plasma catalyst of this invention may also be coated. In one embodiment, the catalyst may include a substantially non-conductive coating applied to the surface of the substantially conductive material. Alternatively, the catalyst may include a substantially conductive coating deposited on the surface of a substantially non-conductive material. For example, FIGS. 4 and 5 show a fiber 140 that includes an underlying layer 145 and a coating 150. In one embodiment, a plasma catalyst comprising a carbon core is coated with nickel to prevent carbon oxidation.

Отдельный плазменный катализатор может также включать множество покрытий. Если покрытия потребляются во время контакта с плазмой, покрытия могли бы вводиться в плазму последовательно, от наружного покрытия к самому внутреннему покрытию, тем самым создавая механизм задержки срабатывания. Таким образом, покрытый плазменный катализатор может включать любое число материалов, пока часть катализатора является, по крайней мере, полупроводниковой электрически.A single plasma catalyst may also include multiple coatings. If the coatings are consumed during contact with the plasma, the coatings could be introduced into the plasma sequentially, from the outer coating to the innermost coating, thereby creating a delay mechanism. Thus, a coated plasma catalyst may include any number of materials, as long as the portion of the catalyst is at least electrically semiconductor.

В соответствии с другим примером осуществления данного изобретения плазменный катализатор может быть полностью расположен внутри полости излучения, чтобы значительно снизить или предотвратить утечку энергии излучения. Таким образом, плазменный катализатор не связан электрически или магнитно с сосудом, содержащим полость, или с любым электропроводным объектом снаружи полости. Это предотвращает образование искры у окна зажигания и предотвращает утечку излучения за пределы полости во время зажигания и, возможно, позже, когда плазма удерживается. В одном примере осуществления изобретения катализатор может быть расположен вверху практически электрически непроводящего удлинителя, который простирается через отверстие зажигания.According to another embodiment of the present invention, the plasma catalyst can be completely located inside the radiation cavity to significantly reduce or prevent leakage of radiation energy. Thus, the plasma catalyst is not electrically or magnetically coupled to the vessel containing the cavity, or to any electrically conductive object outside the cavity. This prevents the formation of a spark at the ignition window and prevents leakage of radiation outside the cavity during ignition and possibly later when the plasma is held. In one embodiment, the catalyst may be located at the top of a substantially electrically non-conductive extension cable that extends through the ignition hole.

На фиг.6, например, показана камера излучения 160, в которой размещена плазменная полость 165. Плазменный катализатор 170 удлиненный и распространяется через отверстие зажигания 175. Как показано на фиг.7, и в соответствии с изобретением катализатор 170 может включать электропроводную дистальную часть 180 (которая помещена в камере 160) и электрически непроводящую часть 185 (которая помещена практически снаружи камеры 160). Эта конфигурация предотвращает электрическое соединение (например, искрение) между дистальной частью 180 и камерой 160.6, for example, a radiation chamber 160 is shown in which a plasma cavity 165 is placed. The plasma catalyst 170 is elongated and extends through the ignition hole 175. As shown in FIG. 7, and in accordance with the invention, the catalyst 170 may include an electrically conductive distal portion 180 (which is placed in the chamber 160) and an electrically non-conductive part 185 (which is placed practically outside the chamber 160). This configuration prevents electrical connection (e.g., arcing) between the distal portion 180 and the chamber 160.

В другом примере осуществления изобретения, показанном на фиг.8, катализатор может быть сформирован из множества электропроводных сегментов 190, отделенных от и механически соединенных с множеством электрически непроводящих сегментов 195. В данном примере осуществления изобретения катализатор может распространяться через отверстие зажигания между точкой внутри полости и другой точкой снаружи полости, но электрически прерывистый профиль значительно предотвращает искрение и утечку энергии.In another embodiment shown in FIG. 8, the catalyst may be formed of a plurality of electrically conductive segments 190 separated from and mechanically connected to a plurality of electrically non-conductive segments 195. In this embodiment, the catalyst can propagate through an ignition hole between a point inside the cavity and another point outside the cavity, but an electrically intermittent profile significantly prevents sparking and energy leakage.

Другой способ формирования плазмы по данному изобретению включает подвергание газа в полости воздействию электромагнитного излучения, имеющего частоту около менее 333 ГГц в присутствии активного плазменного катализатора, который генерирует или включает, по крайней мере, одну ионизирующую частицу.Another plasma forming method of this invention involves exposing the gas in the cavity to electromagnetic radiation having a frequency of less than about 333 GHz in the presence of an active plasma catalyst that generates or includes at least one ionizing particle.

Активный плазменный катализатор по данному изобретению может быть любой частицей или высокоэнергетическим волновым пакетом, способным передавать значительное количество энергии газообразному атому или молекуле для удаления, по крайней мере, одного электрона из газообразного атома или молекулы в присутствии электромагнитного излучения.The active plasma catalyst of this invention can be any particle or high-energy wave packet capable of transferring a significant amount of energy to a gaseous atom or molecule to remove at least one electron from a gaseous atom or molecule in the presence of electromagnetic radiation.

В зависимости от источника ионизирующие частицы могут быть направлены в полость в форме сфокусированного или коллимированного луча или они могут быть распрысканы, выдавлены, разбрызганы или введены по-иному.Depending on the source, the ionizing particles can be directed into the cavity in the form of a focused or collimated beam, or they can be sprayed, squeezed out, sprayed or introduced differently.

Например, на фиг.9 показан источник излучения 200, направляющий излучение в камеру излучения 205. Плазменная полость 210 расположена внутри камеры 205 и может дать возможность газу протекать через отверстия 215 и 216. Источник 220 направляет ионизирующие частицы 225 в полость 210. Источник 220 может быть защищен, например, металлическим экраном, который позволяет ионизирующим частицам проходить, но экранирует источник 220 от излучения. Если необходимо, источник 220 может иметь водяное охлаждение.For example, FIG. 9 shows a radiation source 200 directing radiation to a radiation chamber 205. Plasma cavity 210 is located inside chamber 205 and may allow gas to flow through openings 215 and 216. Source 220 directs ionizing particles 225 to cavity 210. Source 220 may be protected, for example, by a metal shield that allows ionizing particles to pass through, but shields the source 220 from radiation. If necessary, source 220 may be water cooled.

Примеры ионизирующих частиц по данному изобретению могут включать частицы рентгеновских лучей, частицы гамма-лучей, альфа-частицы, бета-частицы, нейтроны, протоны и любую их комбинацию. Таким образом, катализатор на ионизирующих частицах может быть заряжен (например, ион от источника ионов) или разряжен и может быть продуктом процесса деления ядра. В одном примере осуществления изобретения сосуд, в котором формируется плазменная полость, может полностью или частично пропускать катализатор на основе ионизирующих частиц. Источник радиоактивного деления может быть расположен внутри камеры излучения и практически предотвращать продукты деления (например, катализатор на основе ионизирующих частиц) от создания угрозы безопасности.Examples of ionizing particles of this invention may include x-ray particles, gamma-ray particles, alpha particles, beta particles, neutrons, protons, and any combination thereof. Thus, the catalyst on ionizing particles can be charged (for example, an ion from an ion source) or discharged and may be the product of a nuclear fission process. In one embodiment of the invention, the vessel in which the plasma cavity is formed can completely or partially pass the ionizing particle catalyst. The source of radioactive fission can be located inside the radiation chamber and practically prevent fission products (for example, a catalyst based on ionizing particles) from creating a security risk.

В другом примере осуществления изобретения ионизирующая частица может представлять собой свободный электрон, но он не должен излучаться в процессе деления. Например, электрон может быть введен в полость путем возбуждения источника электронов (подобного металлу), так чтобы у электронов было достаточно энергии для ухода из источника. Источник электронов может быть размещен внутри полости, рядом с полостью, или даже в стенке полости. Обычные специалисты в данной области поймут, что возможна любая комбинация источников электронов. Обычным способом получения электронов является нагревание металла, и эти электроны могут далее ускоряться путем применения электрического поля.In another embodiment, the ionizing particle may be a free electron, but it should not be emitted during the fission process. For example, an electron can be introduced into a cavity by exciting an electron source (like a metal) so that the electrons have enough energy to escape from the source. The electron source can be placed inside the cavity, next to the cavity, or even in the wall of the cavity. Ordinary specialists in this field will understand that any combination of electron sources is possible. The usual way to produce electrons is by heating a metal, and these electrons can be further accelerated by applying an electric field.

В дополнении к электронам свободные энергетические протоны могут также использоваться для катализации плазмы. В одном примере осуществления изобретения свободный протон может быть сгенерирован ионизацией водорода и, по выбору, быть ускорен электрическим полем.In addition to electrons, free energy protons can also be used to catalyze plasma. In one embodiment, a free proton can be generated by ionization of hydrogen and, optionally, be accelerated by an electric field.

Одним преимуществом активного и пассивного катализатора по данному изобретению является то, что они могут производить катализацию плазмы практически непрерывно. Искровое устройство, например, может только производить катализацию плазмы, когда присутствует искра. Искра, однако, обычно генерируется путем применения напряжения между двумя электродами. Обычно искры генерируются периодически и отделяются периодами, в которых искра не генерируется. Во время подобных безыскровых периодов плазма не катализируется. Также искровым устройствам, например, обычно требуется электрическая энергия для работы, хотя активные и пассивные катализаторы плазмы по данному изобретению не требуют электрической энергии для работы.One advantage of the active and passive catalyst of this invention is that they can catalyze plasma almost continuously. A spark device, for example, can only catalyze plasma when a spark is present. A spark, however, is usually generated by applying a voltage between two electrodes. Usually sparks are generated periodically and separated by periods in which a spark is not generated. During such sparkless periods, plasma is not catalyzed. Also, spark devices, for example, typically require electrical energy to operate, although the active and passive plasma catalysts of this invention do not require electrical energy to operate.

Многомодовые полости излученияMultimode radiation cavities

Радиационный волновод, полость или камера могут быть сконструированы для поддержания или облегчения распространения, по крайней мере, одной моды электромагнитного излучения. При использовании здесь термин «мода» относится к определенной схеме любой стоящей или распространяющейся электромагнитной волны, которая удовлетворяет уравнениям Максвелла и приемлемым граничным условиями (например, «полость»). В волноводе или полости мода может быть любой одной из различных схем распространения или стояния электромагнитных полей. Каждая мода характеризуется своей частотой и поляризацией векторов электрического и/или магнитного поля. Схема электромагнитного поля моды зависит от частоты, коэффициентов отражения или диэлектрических постоянных и геометрии волновода или полости.A radiation waveguide, cavity or chamber may be designed to maintain or facilitate the propagation of at least one mode of electromagnetic radiation. As used herein, the term “mode” refers to a specific pattern of any standing or propagating electromagnetic wave that satisfies the Maxwell equations and acceptable boundary conditions (eg, “cavity”). In a waveguide or cavity, a mode can be any one of various propagation or standing patterns of electromagnetic fields. Each mode is characterized by its frequency and polarization of the vectors of the electric and / or magnetic field. The scheme of the electromagnetic field of the mode depends on the frequency, reflection coefficients or dielectric constants, and the geometry of the waveguide or cavity.

Поперечная электрическая мода (ТЭ) - это такая мода (электромагнитных колебаний), при которой вектор электрического поля нормален (перпендикулярен) к направлению распространения (электромагнитных волн). Подобным же образом поперечная магнитная (ТМ) мода - это мода, при которой вектор магнитного поля нормален к направлению распространения. Поперечная электрическая и магнитная (ТЭМ) мода - это мода, при которой оба вектора как электрического, так и магнитного поля нормальны к направлению распространения. Полый металлический волновод обычно не поддерживает нормальную моду (ТЭМ) распространения излучения. Даже несмотря на то, что складывается впечатление, что излучение перемещается вдоль длины волновода, оно может делать это, только отражаясь от внутренних стенок волновода под некоторым углом. Следовательно, в зависимости от моды распространения излучение (например, микроволновое) может иметь любо некоторый компонент электрического поля либо некоторый компонент магнитного поля по оси волновода (часть называемой осью z).A transverse electric mode (TE) is a mode (of electromagnetic waves) in which the electric field vector is normal (perpendicular) to the direction of propagation (of electromagnetic waves). Similarly, the transverse magnetic (TM) mode is a mode in which the magnetic field vector is normal to the direction of propagation. A transverse electric and magnetic (TEM) mode is a mode in which both vectors of both electric and magnetic fields are normal to the direction of propagation. A hollow metal waveguide usually does not support the normal mode (TEM) of radiation propagation. Even though the impression is that the radiation moves along the length of the waveguide, it can do this only by reflecting from the internal walls of the waveguide at a certain angle. Therefore, depending on the propagation mode, the radiation (for example, microwave) can have either some component of the electric field or some component of the magnetic field along the waveguide axis (part called the z axis).

Действительное распределение поля внутри полости или волновода является суперпозицией (наложением) мод в нем. Каждая мода может быть идентифицирована одним или более подстрочным индексом (например, ТЭ10 («т э один ноль»)). Эти подстрочные индексы обычно указывают сколько «полуволн» по длине волновода содержится в направлениях х и у. Специалисты в данной области поймут, что длина волны может отличаться от длины волны свободного пространства, потому что излучение распространяется внутри волновода путем отражения под определенным углом от внутренних стенок волновода. В некоторых случаях может быть добавлен третий подстрочный индекс для определения числа полуволн в схеме стоящей волны по оси z.The actual distribution of the field inside the cavity or waveguide is a superposition (superposition) of modes in it. Each mode can be identified by one or more subscripts (for example, TE 10 ("t e one zero")). These subscripts usually indicate how many "half-waves" along the length of the waveguide are contained in the x and y directions. Specialists in this field will understand that the wavelength may differ from the wavelength of free space, because the radiation propagates inside the waveguide by reflection at a certain angle from the inner walls of the waveguide. In some cases, a third subscript may be added to determine the number of half-waves in the standing wave pattern along the z axis.

Для данной частоты излучения может быть выбран достаточно малый размер волновода, чтобы он мог поддерживать единую моду распространения. В подобном случае система называется "одномодовая система" (т.е. одномодовый аппликатор). Мода ТЭ10 обычно преобладает в прямоугольном одномодовом волноводе.For a given radiation frequency, a sufficiently small waveguide size can be chosen so that it can support a single propagation mode. In such a case, the system is called a “single-mode system” (ie, a single-mode applicator). The TE 10 mode usually prevails in a rectangular single-mode waveguide.

По мере увеличения размера волновода (или полости, к которой подсоединен волновод), волновод или аппликатор может иногда поддерживать дополнительные моды более высокого порядка, формируя многомодовую систему. Когда одновременно может быть поддержано много мод, система часто называется высокомодовой.As the size of the waveguide (or the cavity to which the waveguide is connected) increases, the waveguide or applicator can sometimes support additional higher-order modes, forming a multimode system. When many modes can be supported at the same time, the system is often called high-mod.

Простая, одномодовая система имеет распределение поля, которое включает, по крайней мере, один максимум и/или минимум. Величина максимума в значительной степени зависит от величины излучения, подаваемого в систему. Таким образом, распределение поля одномодовой системы сильно колеблется и является в значительной степени неоднородным.A simple, single-mode system has a field distribution that includes at least one maximum and / or minimum. The magnitude of the maximum largely depends on the magnitude of the radiation supplied to the system. Thus, the field distribution of a single-mode system fluctuates strongly and is largely inhomogeneous.

В отличие от одномодовой полости многомодовая полость может поддерживать одновременно несколько мод распространения, которые при наложении приводят к сложной схеме распределения поля. В подобной схеме поля имеют тенденцию пространственно расплываться, и таким образом распределение поля обычно не демонстрирует одинаковые типы сильных минимальных и максимальных значений полей внутри полости. В дополнение, как это более полно объяснено ниже, для «перетряхивания» или «перераспределения» мод может использоваться смеситель мод (к примеру, механически перемещающийся рефлектор излучения). Это перераспределение желательно обеспечивает более однородное усредненное по времени распределение поля внутри полости.Unlike a single-mode cavity, a multimode cavity can support several propagation modes simultaneously, which, when superimposed, lead to a complex field distribution scheme. In such a scheme, the fields tend to spatially diffuse, and thus the field distribution usually does not show the same types of strong minimum and maximum field values inside the cavity. In addition, as explained more fully below, a mode mixer (for example, a mechanically moving radiation reflector) can be used to “shake” or “redistribute” the modes. This redistribution desirably provides a more uniform time-averaged field distribution within the cavity.

Многомодовая полость в соответствии с данным изобретением может поддерживать, по крайней мере, две моды и может поддерживать значительно более двух мод. Каждая мода имеет максимальный вектор электрического поля. Хотя может быть две или более мод и одна мода может быть доминантной и имеет величину максимального вектора электрического поля, большую, чем у других мод. При использовании здесь многомодовая полость может быть любой полостью, в которой соотношение между величинами первой и второй моды менее чем около 1:10 или менее чем около 1:5 или даже менее чем около 1:2. Обычные специалисты в данной области поймут, что чем меньше соотношение, тем более распределенной будет энергия электрического поля между модами и, следовательно, более распределенной будет энергия излучения в полости.The multimode cavity in accordance with this invention can support at least two modes and can support significantly more than two modes. Each mode has a maximum electric field vector. Although there can be two or more modes and one mode can be dominant and has a maximum electric field vector that is larger than other modes. When used here, a multimode cavity can be any cavity in which the ratio between the values of the first and second modes is less than about 1:10 or less than about 1: 5 or even less than about 1: 2. Ordinary specialists in this field will understand that the smaller the ratio, the more distributed will be the energy of the electric field between the modes and, therefore, the more distributed will be the radiation energy in the cavity.

Распределение плазмы внутри обрабатывающей полости может сильно зависеть от распределения применяемого излучения. Например, в чисто одномодовой системе может быть только одно место, в котором электрическое поле достигает максимума. Следовательно, сильная плазма может формироваться только в данном единственном месте. Во многих применениях подобная сильнолокализованная плазма может нежелательно приводить к неоднородной обработке плазмы или нагреванию (т.е. локализованному перегреву и недогреву).The distribution of the plasma inside the treatment cavity can greatly depend on the distribution of the applied radiation. For example, in a purely single-mode system, there can only be one place in which the electric field reaches a maximum. Consequently, a strong plasma can form only in this single place. In many applications, such a strongly localized plasma can undesirably lead to inhomogeneous plasma treatment or heating (i.e., localized overheating and underheating).

Независимо от того, используется ли одномодовая или многомодовая полость в соответствии с данным изобретением, обычные специалисты в данной области поймут, что полость, в которой формируется плазма, может быть полностью замкнутой или частично открытой. Например, в некоторых применениях, таких как плазменно стимулированных печах, полость может быть полностью закрытой. Однако в других применениях может быть желательным продувать газ через полость и, следовательно, полость должна быть в некоторой степени открытой. Таким образом, поток, тип и давление протекающего газа может со временем меняться. Это может быть желательно потому, что некоторые газы, которые облегчают формирование плазмы, такие как аргон, легче зажигаются, но они может быть и не нужны во время последующей обработки плазмы.Regardless of whether a single-mode or multi-mode cavity is used in accordance with this invention, ordinary specialists in this field will understand that the cavity in which the plasma is formed can be completely closed or partially open. For example, in some applications, such as plasma-stimulated furnaces, the cavity may be completely closed. However, in other applications it may be desirable to purge the gas through the cavity and, therefore, the cavity should be somewhat open. Thus, the flow, type and pressure of the flowing gas can change over time. This may be desirable because some gases that facilitate the formation of plasma, such as argon, are more easily ignited, but they may not be needed during subsequent plasma treatment.

Смеситель модMixer mod

Для многих применений полость, содержащая однородную плазму, является желательной. Однако потому, что микроволновое излучение может иметь относительно длинную длину волны (например, несколько десятых сантиметров), может быть трудно добиться однородного распределения. В результате в соответствии с одним аспектом данного изобретения моды излучения в многомодовой полости могут смешиваться или перераспределяться в течение периода времени. Так как распределение поля внутри полости должно удовлетворять всем граничным условиям, накладываемым внутренней поверхностью полости (если она металлическая), то можно изменить эти распределения поля путем изменения позиции любой части этой внутренней поверхности.For many applications, a cavity containing a uniform plasma is desirable. However, because microwave radiation can have a relatively long wavelength (for example, a few tenths of a centimeter), it can be difficult to achieve a uniform distribution. As a result, in accordance with one aspect of the present invention, radiation modes in a multimode cavity can be mixed or redistributed over a period of time. Since the distribution of the field inside the cavity must satisfy all the boundary conditions imposed by the inner surface of the cavity (if it is metal), it is possible to change these field distributions by changing the position of any part of this inner surface.

В одном примере осуществления данного изобретения внутри полости излучения можно поместить передвижную отражающую поверхность. Форма и движение отражающей поверхности при объединении должны изменить внутреннюю поверхность полости во время движения. Например, L-образный металлический объект (т.е. «смеситель мод») при вращении вокруг любой оси изменит местоположение и ориентацию отражающих поверхностей в полости и, следовательно, изменит распределение излучения в ней. Может также использоваться любой другой асимметрический объект (при вращении), но можно также использовать объекты симметричной формы в той степени, в которой их относительное движение (например, вращение, поступательное движение, или комбинация того и другого) вызывает некоторое изменение местоположения или ориентации отражающих поверхностей. В одном примере осуществления изобретения смеситель мод может быть цилиндром, который вращается вокруг оси, которая не является продольной осью цилиндра.In one embodiment of the invention, a movable reflective surface may be placed inside the radiation cavity. The shape and movement of the reflective surface when combined should change the internal surface of the cavity during movement. For example, an L-shaped metal object (ie, “mode mixer”), when rotated around any axis, will change the location and orientation of the reflecting surfaces in the cavity and, therefore, will change the distribution of radiation in it. Any other asymmetric object can also be used (when rotating), but symmetrical objects can also be used to the extent that their relative motion (for example, rotation, translational motion, or a combination of both) causes some change in the location or orientation of the reflecting surfaces . In one embodiment, the mode mixer may be a cylinder that rotates around an axis that is not the longitudinal axis of the cylinder.

Каждая мода многомодовой полости может иметь, по крайней мере, один максимальный вектор электрического поля, но каждый из этих векторов может возникать периодически по внутреннему размеру полости. Обычно эти максимумы являются фиксированными, предположив, что не меняется частота излучения. Однако путем передвижения смесителя мод таким образом, чтобы он взаимодействовал с излучением, можно передвинуть позиции максимумов. Например, смеситель мод 38 может использоваться для оптимизации распределения поля внутри полости 14 таким образом, чтобы условия зажигания плазмы и/ удержания плазмы были бы оптимизированы. Следовательно, как только плазма возбуждена, позиция смесителя мод может быть изменена и передвинуться в положение максимумов для однородного усредненного во времени плазменного процесса (например, нагревания).Each mode of a multimode cavity can have at least one maximum electric field vector, but each of these vectors can occur periodically according to the internal size of the cavity. Usually these maxima are fixed, assuming that the radiation frequency does not change. However, by moving the mode mixer in such a way that it interacts with the radiation, one can move the positions of the maxima. For example, a mod mixer 38 can be used to optimize the distribution of the field inside the cavity 14 so that the conditions for ignition of the plasma and / or confinement of the plasma are optimized. Therefore, as soon as the plasma is excited, the position of the mode mixer can be changed and moved to the maximum position for a homogeneous time-averaged plasma process (for example, heating).

Таким образом, в соответствии с данным изобретением смешивание мод может быть полезным во время зажигания плазмы. Например, когда электрически проводящее волокно используется в качестве плазменного катализатора, известно, что ориентация волокна может сильно влиять на минимальные условия зажигания плазмы. Например, отмечалось, что когда подобное волокно ориентировано под углом более 60° к электрическому полю, то катализатор мало способствует улучшению или ослаблению этих условий. Однако путем передвижения отражающей поверхности либо внутри или около полости можно значительно изменить распределение электрического поля.Thus, in accordance with the present invention, mode mixing can be useful during plasma ignition. For example, when an electrically conductive fiber is used as a plasma catalyst, it is known that the orientation of the fiber can greatly affect the minimum ignition conditions of the plasma. For example, it was noted that when such a fiber is oriented at an angle of more than 60 ° to the electric field, the catalyst does little to improve or weaken these conditions. However, by moving the reflective surface either inside or near the cavity, the distribution of the electric field can be significantly changed.

Смешивание мод можно также получить путем запуска излучения в камеру аппликатора через, например, вращающееся сочленение волновода, которое может быть установлено внутри камеры аппликатора. Вращающееся сочленение может быть механически передвинуто (например, повернуто) для эффективного запуска излучения в разных направлениях в камере излучения. В результате внутри камеры аппликатора может быть генерирована меняющаяся картина поля.Mode mixing can also be obtained by triggering radiation into the applicator chamber through, for example, the rotating articulation of the waveguide, which can be mounted inside the applicator chamber. The rotating joint can be mechanically moved (for example, rotated) to effectively start radiation in different directions in the radiation chamber. As a result, a changing field pattern can be generated inside the applicator chamber.

Смешивание мод можно также получить путем запуска излучения в камеру аппликатора через гибкий волновод. В одном примере осуществления изобретения волновод может простираться в камеру. Позиция концевой части гибкого волновода может непрерывно или периодически перемещаться (например, изгибаться) любым приемлемым образом для запуска излучения (например, микроволнового излучения) в камеру в различных направлениях и/или местах. Это передвижение может также привести к смешиванию мод и облегчить более однородную обработку плазмы (например, нагревание) на усредненной во времени основе. Альтернативно это движение может использоваться для оптимизации местоположения плазмы для зажигания или других плазменных процессов.Mode mixing can also be obtained by triggering radiation into the applicator chamber through a flexible waveguide. In one embodiment, the waveguide may extend into the chamber. The position of the end part of the flexible waveguide can be continuously or periodically moved (for example, bent) in any suitable way to trigger radiation (for example, microwave radiation) into the chamber in various directions and / or places. This movement can also lead to mode mixing and facilitate more uniform plasma processing (e.g., heating) on a time-averaged basis. Alternatively, this motion can be used to optimize the location of the plasma for ignition or other plasma processes.

Если гибкий волновод является прямоугольным, простое скручивание открытого конца волновода перевернет ориентацию векторов электрического и магнитного поля в излучении внутри камеры аппликатора. Затем периодическое скручивание волновода может привести к смешиванию мод, а также к вращению электрического поля, которые могут использоваться для оказания помощи в зажигании, формировании или удержании плазмы.If the flexible waveguide is rectangular, simply twisting the open end of the waveguide will invert the orientation of the vectors of the electric and magnetic fields in the radiation inside the applicator chamber. Then, periodic twisting of the waveguide can lead to mixing of the modes, as well as to the rotation of the electric field, which can be used to assist in ignition, formation or retention of the plasma.

Таким образом, даже если первоначальная ориентация катализатора является перпендикулярной к электрическому полю, перенаправление векторов электрического поля может изменить неэффективную ориентацию на более эффективную. Специалисты в данной области поймут, что смешивание мод может быть непрерывным, периодическим или перепрограммируемым.Thus, even if the initial orientation of the catalyst is perpendicular to the electric field, redirection of the electric field vectors can change the ineffective orientation to a more effective one. Those skilled in the art will understand that mode mixing can be continuous, batch, or reprogrammable.

В дополнении к зажиганию плазмы смешивание мод может быть полезным во время последующей обработки плазмы для снижения или создания (например, настройки) «горячих точек» в камере. Когда микроволновая полость поддерживает только небольшое количество мод (например, менее 5), один или более локализованных максимумов поля могут привести к «горячим точкам» (например, внутри полости 12). В одном примере осуществления изобретения эти горячие точки могут иметь такую конфигурацию, чтобы совпадать с одним или более отдельных, но одновременных зажиганий плазмы или событиями обработки. Таким образом, плазменный катализатор может быть расположен при одной из данных позиций зажигания или последующей обработки.In addition to plasma ignition, mode mixing can be useful during subsequent plasma processing to reduce or create (for example, adjust) hot spots in the chamber. When the microwave cavity supports only a small number of modes (for example, less than 5), one or more localized field maxima can lead to “hot spots” (for example, inside the cavity 12). In one embodiment of the invention, these hot spots may be configured to coincide with one or more separate but simultaneous plasma ignitions or processing events. Thus, the plasma catalyst can be located at one of these positions of ignition or subsequent processing.

Множественное зажиганиеMultiple ignition

Плазма может зажигаться при использовании множественных плазменных катализаторов в различных местах. В одном примере осуществления изобретения множественные волокна можно было использовать для поджига плазмы в различных точках внутри полости. Подобное многоточечное зажигание может быть особенно полезным, когда желательно однородное зажигание плазмы. Например, когда плазма формируется при высокой частоте (например, десятки Гц и выше) или поджигается в сравнительно большом объеме, или и то и другое, практически однородное мгновенное зажигание и перезажигание плазмы может быть улучшено. Альтернативно, когда плазменные катализаторы используются во множестве точек, они могут быть использованы для последовательного зажигания плазмы в различных местах внутри плазменной камеры путем селективного введения катализатора в тех различных местах. Таким образом, внутри полости, если желательно, может быть контролируемым образом сформирован градиент зажигания плазмы.Plasma can be ignited by using multiple plasma catalysts in various places. In one embodiment, multiple fibers could be used to ignite the plasma at various points within the cavity. Such multi-point ignition can be especially useful when uniform plasma ignition is desired. For example, when a plasma is formed at a high frequency (for example, tens of Hz and above) or is ignited in a relatively large volume, or both, an almost uniform instantaneous ignition and re-ignition of the plasma can be improved. Alternatively, when plasma catalysts are used at a plurality of points, they can be used to sequentially ignite the plasma at various locations within the plasma chamber by selectively introducing the catalyst at those various locations. Thus, inside the cavity, if desired, a plasma ignition gradient can be formed in a controlled manner.

Также в многомодовой полости произвольное распределение катализатора по множеству мест в полости увеличивает вероятность, что, по крайней мере, одно из волокон или любой другой пассивный плазменный катализатор по данному изобретению будет оптимально ориентирован в линиях электрического поля. Все еще даже когда катализатор не ориентирован оптимально (не сцентрован с линиями электрического поля), условия зажигания улучшаются.Also in a multimode cavity, an arbitrary distribution of the catalyst over multiple locations in the cavity increases the likelihood that at least one of the fibers or any other passive plasma catalyst of the present invention will be optimally oriented in the electric field lines. Still, even when the catalyst is not optimally oriented (not centered on the electric field lines), the ignition conditions are improved.

Более того, так как порошок катализатора может быть подвешен в газе, полагается, что каждая частица порошка может иметь эффект размещения в другом физическом месте внутри полости, тем самым улучшая однородность зажигания внутри полости.Moreover, since the catalyst powder can be suspended in a gas, it is believed that each powder particle can have the effect of being placed in a different physical location within the cavity, thereby improving the uniformity of ignition within the cavity.

Двухполостное зажигание/удержание плазмыTwo-sheet ignition / plasma retention

Двухполостная компоновка может использоваться для зажигания и удержания плазмы по данному изобретению. В одном примере осуществления изобретения система включает, по крайней мере, первую камеру зажигания и вторую камеру зажигания, имеющие жидкостное сообщение с первой полостью. Для зажигания плазмы газ в первой камере зажигания должен быть подвергнут воздействию электромагнитного излучения с частотой менее 333 ГГц, с возможностью присутствия плазменного катализатора. Таким образом, близость первой и второй полостей может позволить плазме, сформированной в первой полости, зажечь плазму во второй полости, которая может удерживаться дополнительным электромагнитным излучением.The two-cavity arrangement can be used to ignite and hold the plasma of this invention. In one embodiment, the system includes at least a first ignition chamber and a second ignition chamber in fluid communication with the first cavity. To ignite the plasma, the gas in the first ignition chamber must be exposed to electromagnetic radiation with a frequency of less than 333 GHz, with the possibility of the presence of a plasma catalyst. Thus, the proximity of the first and second cavities can allow the plasma formed in the first cavity to ignite the plasma in the second cavity, which can be retained by additional electromagnetic radiation.

В одном примере осуществления данного изобретения первая полость может быть очень маленькой и предназначена в основном или исключительно для зажигания плазмы. Таким путем для зажигания плазмы может потребоваться очень мало микроволновой энергии, что создает возможность для более легкого зажигания, особенно когда плазменный катализатор используется в соответствии с данным изобретением.In one embodiment of the invention, the first cavity may be very small and is intended primarily or exclusively for igniting the plasma. In this way, very little microwave energy may be required to ignite the plasma, which makes it easier to ignite, especially when the plasma catalyst is used in accordance with this invention.

В одном примере осуществления данного изобретения первая полость может быть практически одномодовой полостью, а вторая полость - многомодовой полостью. Когда первая полость зажигания поддерживает единственную моду, распределение электрического поля может сильно меняться внутри полости, образуя один или более точно расположенных максимумов электрического поля. Подобные максимуму обычно являются первыми местами, в которых плазмы зажигаются, что делает их идеальными точками для размещения плазменных катализаторов. Следует, однако, понимать, что когда используется плазменный катализатор, он не должен размещаться в максимуме электрического тока и во многих случаях не должен быть ориентирован в каком-либо определенном направлении.In one embodiment of the invention, the first cavity may be a substantially single-mode cavity, and the second cavity a multi-mode cavity. When the first ignition cavity supports a single mode, the distribution of the electric field can vary greatly inside the cavity, forming one or more precisely located maxima of the electric field. Peaks like these are usually the first places in which the plasma is ignited, making them ideal points for placing plasma catalysts. However, it should be understood that when a plasma catalyst is used, it should not be placed at the maximum of the electric current and in many cases should not be oriented in any particular direction.

В предшествующих примерах осуществления изобретения различные признаки сгруппированы вместе в одно осуществление для целей упрощения раскрытия. Этот способ раскрытия не должен интерпретироваться как отражение намерения о том, что заявленное изобретение требует большее количество признаков, помимо явно отраженных в каждом пункте формулы. Скорее, как отражают последующие пункты формулы, изобретательские аспекты лежат менее чем во всех признаках отдельного приведенного выше раскрытого примера осуществления изобретения. Следовательно, последующая формула данным включена в детальное описание примеров осуществления изобретения, при этом каждый пункт формулы самостоятелен и рассматривается как отдельное предпочтительное воплощение изобретения.In the preceding embodiments, various features are grouped together into one embodiment for the purpose of simplifying the disclosure. This method of disclosure should not be interpreted as a reflection of the intention that the claimed invention requires a greater number of features, in addition to explicitly reflected in each claim. Rather, as the following claims reflect, inventive aspects lie in less than all the features of the particular disclosed exemplary embodiment above. Therefore, the following claims are included in the detailed description of embodiments of the invention, with each claim being independent and considered as a separate preferred embodiment of the invention.

Claims (48)

1. Способ формирования плазмы, включающий:1. A method of forming a plasma, including: пропускание газа в многомодовую полость обработки иpassing gas into a multimode processing cavity and зажигание плазмы путем подвергания газа в полости воздействию электромагнитного излучения, имеющего частоту менее 333 ГГц, в присутствии, по крайней мере, одного пассивного плазменного катализатора, включающего материал, который является, по крайней мере, электрически полупроводниковым.igniting a plasma by exposing the gas in the cavity to electromagnetic radiation having a frequency of less than 333 GHz in the presence of at least one passive plasma catalyst comprising a material that is at least electrically semiconductor. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что материал включает, по крайней мере, один металл, неорганическое вещество, углерод, сплав на основе углерода, композит на основе углерода, электропроводный полимер, проводящий силиконовый эластомер, полимерный нанокомпозит, органический-неорганический композит и любую их комбинацию.2. The method according to claim 1, characterized in that the material includes at least one metal, inorganic substance, carbon, carbon-based alloy, carbon-based composite, conductive polymer, conductive silicone elastomer, polymer nanocomposite, organic-inorganic composite and any combination thereof. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что материал представлен, по крайней мере, в одной из форм: наночастицы, нанотрубки, порошок, пыль, хлопья, волокна, лист, иголки, нити, пряди, волосы, пряжа, бечевка, волос бороды, осколок, щепки, тканый материал, лента, волокнистый кристалл или любой их комбинацией.3. The method according to claim 2, characterized in that the material is presented in at least one of the forms: nanoparticles, nanotubes, powder, dust, flakes, fibers, sheet, needles, threads, strands, hair, yarn, twine, hair beards, splinter, slivers, woven material, tape, fiber crystal, or any combination thereof. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что материал включает углеродное волокно.4. The method according to claim 3, characterized in that the material includes carbon fiber. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что материал включает углерод и представлен, по крайней мере, в одной из форм: наночастицы, нанотрубки, порошок, пыль, хлопья, волокна, лист, иголки, нити, пряди, волосы, пряжа, бечевка, волос бороды, осколок, щепки, тканый материал, лента, волокнистый кристалл или любой их комбинацией.5. The method according to claim 1, characterized in that the material includes carbon and is presented in at least one of the forms: nanoparticles, nanotubes, powder, dust, flakes, fibers, sheet, needles, threads, strands, hair, yarn , twine, beard hair, shard, slivers, woven material, tape, fiber crystal, or any combination thereof. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что материал включает, по крайней мере, одну нанотрубку.6. The method according to claim 1, characterized in that the material includes at least one nanotube. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что материал, по крайней мере, частично покрыт вторым материалом.7. The method according to claim 1, characterized in that the material is at least partially coated with a second material. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что, по крайней мере, один пассивный плазменный катализатор включает множество удлиненных электропроводных позиций, распределенных в разных местах в полости.8. The method according to claim 1, characterized in that at least one passive plasma catalyst comprises a plurality of elongated electrically conductive positions distributed at different places in the cavity. 9. Способ по п.8, отличающийся тем, что излучение имеет линии электрического поля, при этом каждая из удлиненных позиций имеет продольную ось, при этом продольные оси не являются в значительной степени сцентрованными с линиями электрического поля.9. The method according to claim 8, characterized in that the radiation has electric field lines, each of the elongated positions having a longitudinal axis, while the longitudinal axes are not substantially centered with the electric field lines. 10. Способ по п.1, отличающийся тем, что плазменный катализатор включает, по крайней мере, один электропроводный компонент и, по крайней мере, одну добавку в соотношении, а также тем, что способ далее включает удержание плазмы, при этом удержание включает:10. The method according to claim 1, characterized in that the plasma catalyst includes at least one electrically conductive component and at least one additive in the ratio, and also that the method further includes plasma confinement, wherein the confinement includes: направление дополнительного электромагнитного излучения в полость иthe direction of the additional electromagnetic radiation into the cavity and предоставление возможности катализатору быть поглощенным плазмой, так что плазма содержит, по крайней мере, одну добавку.allowing the catalyst to be absorbed by the plasma, so that the plasma contains at least one additive. 11. Способ по п.10, отличающийся тем, что соотношение отличается для разных порций катализатора, при этом предоставление возможности включает предоставление возможности различным частям катализатора быть поглощенными плазмой в различное время таким образом, что плазма содержит варьирующееся соотношение электропроводного компонента, по крайней мере, к одной добавке.11. The method according to claim 10, characterized in that the ratio is different for different portions of the catalyst, wherein the possibility includes enabling various parts of the catalyst to be absorbed by the plasma at different times so that the plasma contains a varying ratio of the electrical conductive component, at least to one supplement. 12. Способ по п.1, отличающийся тем, что многомодовая полость имеет конфигурацию для поддержания, по крайней мере, первой моды и второй моды излучения, при этом каждая из мод имеет максимальный вектор электрического поля в полости, и каждый вектор имеет величину, при этом соотношение между величиной первой моды и величиной второй моды менее чем 1:10.12. The method according to claim 1, characterized in that the multimode cavity is configured to maintain at least the first mode and the second radiation mode, each mode having a maximum electric field vector in the cavity, and each vector has a value, when this ratio between the magnitude of the first mode and the magnitude of the second mode is less than 1:10. 13. Способ по п.12, отличающийся тем, что соотношение менее чем 1:5.13. The method according to p. 12, characterized in that the ratio is less than 1: 5. 14. Способ по п.13, отличающийся тем, что соотношение менее чем 1:2.14. The method according to item 13, wherein the ratio is less than 1: 2. 15. Способ по п.14, отличающийся тем, что многомодовая полость имеет конфигурацию для поддержания, по крайней мере, первой моды и второй моды излучения, при этом каждая из мод имеет максимальный вектор электрического поля в полости в позиции, при этом способ далее перемещает каждую из позиций с помощью смешивания мод.15. The method according to 14, characterized in that the multimode cavity is configured to maintain at least the first mode and the second radiation mode, each mode having a maximum electric field vector in the cavity at a position, the method further moving each of the positions by mixing mods. 16. Способ по п.1, отличающийся тем, что зажигание включает зажигание множества плазменных катализаторов в различных местах в полости.16. The method according to claim 1, characterized in that the ignition includes ignition of a plurality of plasma catalysts in various places in the cavity. 17. Способ по п.1, отличающийся тем, что полость представляет собой камеру излучения, и катализатор размещен полностью в камере таким образом, что катализатор практически не проводит электрический ток в камеру или к любому электропроводному объекту, расположенному за пределами камеры.17. The method according to claim 1, characterized in that the cavity is a radiation chamber, and the catalyst is placed completely in the chamber so that the catalyst practically does not conduct electric current to the chamber or to any electrically conductive object located outside the chamber. 18. Способ по п.1, отличающийся тем, что катализатор расположен наверху практически неэлектропроводного удлинителя, который проходит через отверстие поджига в камере излучения.18. The method according to claim 1, characterized in that the catalyst is located on top of a practically non-conductive extension cord, which passes through the ignition hole in the radiation chamber. 19. Способ по п.1, отличающийся тем, что катализатор включает множество прерывистых сегментов, отделенных и механически соединенных с множеством электрически непроводящих сегментов, при этом во время поджига катализатор проходит через отверстие поджига в полости между местом внутри полости и другим местом за пределами полости.19. The method according to claim 1, characterized in that the catalyst comprises a plurality of discontinuous segments separated and mechanically connected to a plurality of electrically non-conductive segments, during which the catalyst passes through the ignition hole in the cavity between a place inside the cavity and another place outside the cavity . 20. Способ по п.1, отличающийся тем, что зажигание включает зажигание плазмы катализатором, подвешенным в полости.20. The method according to claim 1, characterized in that the ignition includes igniting the plasma with a catalyst suspended in a cavity. 21. Способ формирования плазмы, включающий зажигание плазмы путем подвергания газа воздействию электромагнитного излучения, имеющего частоту менее чем 333 ГГц, в присутствии плазменного катализатора, включающего порошок.21. A method of forming a plasma, comprising igniting a plasma by exposing the gas to electromagnetic radiation having a frequency of less than 333 GHz, in the presence of a plasma catalyst comprising a powder. 22. Способ по п.21, отличающийся тем, что подвергание воздействию происходит в камере, и способ далее включает пропускание газа в камеру.22. The method according to item 21, wherein the exposure occurs in the chamber, and the method further includes passing gas into the chamber. 23. Способ по п.21, отличающийся тем, что подвергание воздействию происходит в полости, расположенной в камере.23. The method according to item 21, wherein the exposure occurs in a cavity located in the chamber. 24. Способ по п.23, отличающийся тем, что камера является многомодовой камерой.24. The method according to item 23, wherein the camera is a multimode camera. 25. Способ по п.21, далее включающий введение порошка в излучение с использованием газа-носителя.25. The method according to item 21, further comprising introducing the powder into the radiation using a carrier gas. 26. Способ по п.21, далее включающий введение порошка в излучение с помощью последовательности операций, где порошок, по крайней мере, временно подвисает в полости, при этом данные операции состоят, по крайней мере, из подачи, гравитационной подачи, передачи, разбрызгивания, распрыскивания и продувания.26. The method according to item 21, further comprising introducing the powder into the radiation using a sequence of operations, where the powder at least temporarily hangs in the cavity, while these operations consist of at least a feed, gravity feed, transfer, spray spraying and blowing. 27. Способ по п.21, далее включающий введение порошка в полость через множество отверстий поджига.27. The method according to item 21, further comprising introducing the powder into the cavity through the many holes of the ignition. 28. Способ по п.21, отличающийся тем, что зажигание включает зажигание плазмы, в то время как порошок находится в подвешенном состоянии.28. The method according to item 21, wherein the ignition includes ignition of the plasma, while the powder is in a suspended state. 29. Способ по п.21, отличающийся тем, что плазменный катализатор включает несгораемый материал.29. The method according to item 21, wherein the plasma catalyst includes a non-combustible material. 30. Способ по п.29, отличающийся тем, что плазменный катализатор представляет собой, по крайней мере, одно из: металл, углерод, сплав на основе углерода, электропроводный полимер, проводящий силиконовый эластомер, полимерный нанокомпозит и органический-неорганический композит.30. The method according to clause 29, wherein the plasma catalyst is at least one of: metal, carbon, carbon-based alloy, an electrically conductive polymer, a conductive silicone elastomer, a polymer nanocomposite and an organic-inorganic composite. 31. Способ формирования плазмы, включающий подвергание газа в полости воздействию электромагнитного излучения, имеющего частоту менее 333 ГГц, в присутствии активного плазменного катализатора, включающего, по крайней мере, одну ионизирующую частицу.31. A method of forming a plasma, comprising exposing a gas in a cavity to electromagnetic radiation having a frequency of less than 333 GHz, in the presence of an active plasma catalyst comprising at least one ionizing particle. 32. Способ по п.31, отличающийся тем, что, по крайней мере, одна ионизирующая частица включает пучок частиц.32. The method according to p, characterized in that at least one ionizing particle comprises a particle beam. 33. Способ по п.31, отличающийся тем, что частица представляет собой, по крайней мере, одну частицу рентгеновского луча, альфа-частицу, бета-частицу, нейтрон и протон.33. The method according to p, characterized in that the particle is at least one particle of the x-ray beam, alpha particle, beta particle, neutron and proton. 34. Способ по п.31, отличающийся тем, что, по крайней мере, одна ионизирующая частица является заряженной частицей.34. The method according to p, characterized in that at least one ionizing particle is a charged particle. 35. Способ по п.31, отличающийся тем, что ионизирующая частица включает продукт радиоактивного деления.35. The method according to p, characterized in that the ionizing particle comprises a radioactive fission product. 36. Способ по п.35, отличающийся тем, что полость формируется в сосуде, который, по крайней мере, частично пропускает продукт деления, при этом способ далее включает позиционирование источника деления за пределами полости таким образом, что источник направляет продукт деления через сосуд в полость.36. The method according to clause 35, wherein the cavity is formed in the vessel, which at least partially passes the fission product, the method further includes positioning the fission source outside the cavity so that the source directs the fission product through the vessel into cavity. 37. Способ по п.35, отличающийся тем, что сосуд и источник деления находятся внутри камеры излучения, при этом камера включает материал, который практически предотвращает утечку продукта из камеры.37. The method according to clause 35, wherein the vessel and the fission source are inside the radiation chamber, while the camera includes a material that practically prevents the leakage of the product from the camera. 38. Способ по п.35, далее включающий позиционирование источника радиоактивного деления в полости, отличающийся тем, что источник генерирует, по крайней мере, один продукт деления.38. The method according to clause 35, further comprising positioning the source of radioactive fission in the cavity, characterized in that the source generates at least one fission product. 39. Способ по п.31, отличающийся тем, что ионизирующая частица является свободным электроном, при этом способ далее включает генерацию электрона путем подачи энергии на источник электронов.39. The method according to p, characterized in that the ionizing particle is a free electron, the method further comprising generating an electron by supplying energy to an electron source. 40. Способ по п.39, отличающийся тем, что подача энергии включает нагревание источника электронов.40. The method according to § 39, wherein the energy supply includes heating an electron source. 41. Способ по п.31, отличающийся тем, что частица включает свободный протон, при этом способ далее включает генерирование свободного протона путем ионизации водорода.41. The method according to p, characterized in that the particle includes a free proton, the method further comprising generating a free proton by ionizing hydrogen. 42. Способ по п.31, отличающийся тем, что полость является, по крайней мере, частично открытой, позволяя газу протекать через нее.42. The method according to p, characterized in that the cavity is at least partially open, allowing gas to flow through it. 43. Способ формирования плазмы в системе, отличающийся тем, что система имеет, по крайней мере, одну полость зажигания и вторую полость в жидкостной связи с первой полостью, при этом способ включает:43. A method of forming a plasma in a system, characterized in that the system has at least one ignition cavity and a second cavity in fluid communication with the first cavity, the method comprising: подвергание газа в первой полости зажигания воздействию электромагнитного излучения, имеющего частоту менее 333 ГГц, так что плазма в первой полости вызывает формирование плазмы во второй полости; иexposing the gas in the first ignition cavity to electromagnetic radiation having a frequency of less than 333 GHz, so that the plasma in the first cavity causes the formation of plasma in the second cavity; and удержание второй плазмы путем подвергания ее воздействию дополнительного электромагнитного излучения.retention of the second plasma by exposing it to additional electromagnetic radiation. 44. Способ по п.43, отличающийся тем, что подвергание воздействию включает подвергание газа излучению в присутствии плазменного катализатора.44. The method according to item 43, wherein the exposure includes exposing the gas to radiation in the presence of a plasma catalyst. 45. Способ по п.43, отличающийся тем, что первая полость меньше, чем вторая полость.45. The method according to item 43, wherein the first cavity is smaller than the second cavity. 46. Способ по п.45, отличающийся тем, что первая полость практически является одномодовой полостью, и вторая полость является многомодовой полостью.46. The method according to item 45, wherein the first cavity is practically a single-mode cavity, and the second cavity is a multimode cavity. 47. Способ по п.46, отличающийся тем, что вторая полость является высокомодовой.47. The method according to item 46, wherein the second cavity is high-mode. 48. Способ по п.44, отличающийся тем, что плазменный катализатор включает углеродное волокно.48. The method according to item 44, wherein the plasma catalyst includes carbon fiber.
RU2004135553/06A 2002-05-08 2003-05-07 Method for plasma formation (variants) RU2326512C9 (en)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US37869302P 2002-05-08 2002-05-08
US60/378,693 2002-05-08
US43067702P 2002-12-04 2002-12-04
US60/430,677 2002-12-04
US60/435,278 2002-12-23

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2004135553A RU2004135553A (en) 2005-06-20
RU2326512C2 RU2326512C2 (en) 2008-06-10
RU2326512C9 true RU2326512C9 (en) 2008-08-27

Family

ID=35835639

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004135553/06A RU2326512C9 (en) 2002-05-08 2003-05-07 Method for plasma formation (variants)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2326512C9 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2802621C1 (en) * 2020-03-24 2023-08-30 Эфенко Ою Nanosized ceramic plasma catalyst for stabilizing and promoting plasma combustion

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2802621C1 (en) * 2020-03-24 2023-08-30 Эфенко Ою Nanosized ceramic plasma catalyst for stabilizing and promoting plasma combustion
RU2802621C9 (en) * 2020-03-24 2023-09-22 Эфенко Ою Nanosized ceramic plasma catalyst for stabilizing and promoting plasma combustion
RU224661U1 (en) * 2023-07-03 2024-04-01 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Тюменский государственный университет" Plasma treatment plant

Also Published As

Publication number Publication date
RU2004135553A (en) 2005-06-20
RU2326512C2 (en) 2008-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101015744B1 (en) Plasma catalyst
US7432470B2 (en) Surface cleaning and sterilization
US20060057016A1 (en) Plasma-assisted sintering
ZA200408532B (en) Plasma Catalyst.
RU2326512C9 (en) Method for plasma formation (variants)
TWI334319B (en) Plasma catalyst
WO2003096766A1 (en) Plasma control using phase and/or frequency of multiple radiation sources

Legal Events

Date Code Title Description
TH4A Reissue of patent specification
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20120508