Высокочастотные плазмотроны
Курсовой проект - Физика
Другие курсовые по предмету Физика
ебольшой мощности - для спектрального анализа.
Создание металлической разрезной водоохлаждаемой камеры явилось важным этапом в развитии высокочастотной плазмотронной техники. Продольные разрезы обеспечивают проникновение электромагнитного поля внутрь разрядной камеры, водяное охлаждение каждой секции обеспечивает эффективный теплосъём.
Основные типы разрядных камер ВЧИ-плазмотронов (см. приложение А) были созданы в период с 1957 по 1963 года. Долгое врем ВЧИ-плазмотрон оставался почти единственным источником безэлектродной чистой плазмы. Это продолжалось до тех пор, пока в начале 70х годов не был осмыслен ещё один принцип создания безэлектродной чистой плазмы, лежащий теперь в основе высокочастотного емкостного плазмотрона.
История создания ВЧЕ-плазмотрона, как и ВЧИ-плазмотрона, была неразрывно связана с разработкой и совершенствованием мощных ламповых генераторов. Высоковольтный высокочастотный разряд емкостного типа возникал с заострённых элементов конструкции ламповых генераторов. Это был аварийный и весьма нежелательный режим работы лампового генератора, с которым настойчиво боролись инженеры и конструкторы. Впервые попытка сделать данный вид разряда основой ВЧЕ-плазмотрона была предпринята в 1960 году Бамбергом и Дресвиным. Однако как конструкция и технологический аппарат ВЧЕ-плазмотроны появились значительно позже.
На сегодняшний день существует большое количество различных конструкций ВЧИ- и ВЧЕ-плазмотронов разной мощности, разные способы поджига разряда, различные способы охлаждения разрядных камер ВЧ-плазмотронов, которые позволяют активно использовать ВЧ-плазмотроны в различных технологических процессах.[1]
1. ВЧИ-плазмотроны
1.1 Принцип работы ВЧИ-плазмотрона
Высокочастотный индукционный (ВЧИ) плазмотрон - это устройство, позволяющее получать при атмосферном давлении плазму с температурой 700-11000 К. Мощность современных ВЧИ-плазмотронов составляет величину от единиц до тысяч киловатт. Нагревание плазмы в высокочастотном безэлектродном плазмотроне индукционного типа представляет собой хорошо известный закон электромагнитной индукции, то есть индукционного нагрева проводящей среды в переменном (высокочастотном) электромагнитном поле. Проводящей средой в данном случае является ионизированный газ - плазма. Высокочастотное переменное магнитное поле индуктора индуцирует в плазме кольцевой ток (рисунок 1.1). Безэлектродная кольцевая форма тока, отсутствие электродов определяют чистоту плазмы в таком плазмотроне. Для образование внутри плазмотрона проводящей среды при атмосферном давлении необходимо предварительно ионизировать газ от постороннего источника, то есть "зажечь" ВЧИ-плазмотрон.
После "зажигания" в разрядной камере ВЧИ-плазмотрона возникает самоподдерживающийся стационарный безэлектродный индукционный разряд при атмосферном давлении. Осуществляя продув газа через разрядную камеру на выходе плазмотрона, можно получить высокотемпературную струю.
Благодаря безэлектродной, кольцевой форме индукционных токов ВЧИ-плазмотрон является одним из немногих источников, позволяющих генерировать плазму, не загрязнённую материалами электродов. ВЧИ-плазмотрон обладает практически неограниченным ресурсом работы в любой газовой среде.[1]
С точки зрения современного понимания природы безэлектродного высокочастотного разряда физическая суть происходящих в разрядной камере ВЧИ-плазмотрона явлений состоит в следующем. "Зажигание" безэлектродного разряда всегда происходит за счёт электрического поля индуктора, напряжённость которого может быть в 30 и более раз выше напряжённости индукционной ЭДС. Это создаёт первоначальную ионизацию газа, которая по мере увеличения амплитуды высокочастотных колебаний растёт, повышая проводимость разряда.
Известно, что тела с малой проводимостью "прозрачны" для магнитного поля индуктора. До тех пор пока проводимость газа мала разряд "прозрачен" для Н-поля, и переменное магнитное поле индуктора не в состоянии передавать свою энергию разряду. Однако как только проводимость под влиянием увеличения Е-поля достигает некоторой критической величины, "магнитная энергия" индуктора начинает выделяться, в разряде появляется кольцевой ток и наступает Н-форма безэлектродного разряда. При этом напряжение на индукторе резко падает и Е-разряд гаснет. Возможны две формы появления индукционного разряда: лавинообразная форма и постепенный переход Е-разряда в Н-разряд.[2]
Основные типы разрядных камер ВЧИ-плазмотронов:
кварцевая неохлаждаемая;
кварцевая водоохлаждаемая;
металлическая разрезная водоохлаждаемая.
Основные способы газовой стабилизации плазменного сгустка в разрядной камере ВЧИ-плазмотрона:
вихревым потоком;
аксиальным пристеночным потоком.
Основные способы "зажигания" ВЧИ-плазмотрона:
при атмосферном давлении емкостным током;
при атмосферном давлении с помощью вводимого в плазмотрон штыря;
на пониженном давлении 10-2 торр;
при атмосферном давлении электрической дугой.[1]
.2 Конструкции ВЧИ-плазмотронов
.2.1 Конструкции разрядных камер ВЧИ-плазмотронов с водяным охлаждением
Первым самым простым методом, позволяющим охладить кварцевую разрядную трубу, в которой существует ВЧИ-плазма, является наружное водяное охлаждение.
Из множества вариантов конструкций кварцевых водоохлаждае?/p>