Высокочастотные плазмотроны
Курсовой проект - Физика
Другие курсовые по предмету Физика
?ых разрядных камер можно выделить основные: клееную, сорно-разборную и сварную.
В клееной конструкции внутренняя разрядная камера 3 и внешний чехол, как правило тоже кварцевый, с водоповодящими штуцерами скрепляются с помощью уплотнений и различных клеевых паст.
Весьма частным случаем для водоохлаждаемых камер является растрескивание кварцевой трубы в результате термоудара плазмы. Этот крупный недостаток вооохлаждаемых камер привёл, во-первых, к тому, что камеры такого типа применяются не слишком широко (главным образом для физических исследований ВЧИ-плазмы), а во-вторых, к необходимости частых замен внутренней трубы. Быструю замену кварцевой трубы позволяет осуществить сборно-разборная конструкция. Система уплотнений и фланцев позволяет просто осуществить стыковку внутренней и внешней труб.
Сварная конструкция из прозрачного кварца наиболее удобна при размещении её в индукторе. Наибольшую "опасность" с точки зрения появления трещин на кварце представляют газовые пузыри, образующиеся в воде в термической зоне. Система охлаждения, состоящая из трёх коаксиальных труб, обеспечивает высокую скорость охлаждаемой воды и меньшую вероятность образования газовых пузырей. Повышенную надёжность водоохлаждаемые разрядные камеры представляют собой в сочетании с аксиальной или вихревой стабилизацией плазмы в разрядной камере.
Очень интересным в конструктивном отношении является водохлаждаемый ВЧИ-плазмотрон, представленный на рисунке 1.5. С помощью фланцев 5 и уплотнений внутренняя 3 и внешняя 4 кварцевые трубки крепятся друг с другом. Охлаждающая вода подаётся через штуцеры 2 в промежуток между ними. С целью увеличения индуктивной связи индуктора 1 и плазмы индуктор помещён в зазор между внешней и внутренней кварцевой трубками таким образом, что вода, подаваемая через штуцеры, охлаждает одновременно и индуктор, и кварцевую камеру. Индуктор сделан из многочисленных медных проводников, снижающих пагубное влияние скин-эффекта.
Долговечность при работе с кварцевыми водоохлаждаемыми камерами обеспечивается, если обратить внимание на следующие факторы:
устранить образование газовых пузырей в воде в термической зоне;
уменьшить толщину кварцевой камеры до 2 мм;
применить качественный кварц и особый режим его предварительной термической обработки;
использовать особые светоотражающие покрытия.[1]
1.2.2 Конструкции ВЧИ-плазмотронов с газовой термозащитой стенок разрядной камеры
Главным недостатком водоохлаждаемых ВЧИ-плазмотронов является часто непредсказуемое растрескивание кварцевой трубки, происходящее главным образом при изменении режима работы ("зажигание", изменение расхода газа, мощности и т.п.). Поэтому основная конструкция ВЧИ-плазмотрона - это плазмотроны с газовой стабилизацией плазмы.
Сегодня хорошо осмыслены и конструктивно разработаны два основных способа газовой стабилизации ВЧИ-плазмы: аксиальным и вихревым потоком.
Стабилизация вихревым потоком в инженерном отношении - это наиболее простой способ стабилизации. Вихревое движение газа по внутренней поверхности разрядной камеры приводит к резкому разделению тяжёлого холодного газа, протекающего вдоль стенок, и лёгкой горячей плазмы, сконцентрированной вблизи оси. Вторичным и неизбежным эффектом вихревой стабилизации является подсос газа через вихревую воронку внутрь плазмотрона (обратный поток). Величину этого обратного потока можно регулировать некоторым количеством прямоструйном газовой подачи, подаваемой в плазмотрон по отдельному газовому каналу.
Для целого ряда плазмотехнологических процессов вихревой способ стабилизации нежелателен, требуется аксиальная стабилизация. Поэтому современные плазмотроны комплектуются, как правило, сменными газоформирователями, позволяющими осуществлять вихревую и аксиальную газовую стабилизацию.[2]
Плазмотрон с аксиальной газовой стабилизацией плазмы представляет собой трубу из прозрачного кварца или другого тугоплавкого огнеупорного диэлектрического материала 10, один конец которой свободен и помещён в индуктор. Другой конец трубы закреплён в специальном держателе, служащем одновременно и газораспределительным устройством. Для термозащиты трубы по её внутренней полости создаётся газовая струя, высокая скорость которой препятствует проникновению термодиффузных потоков от плазмы к стенке, то есть создаётся как бы газовая завеса между стенкой и плазмой.. Для её формирования внутрь внешней кварцевой трубки несколько выше зоны разряда вставляется вторая кварцевая труба 6, зазор между которыми позволяет сформировать термозащитную струю и направить её вдоль внутренней поверхности внешней трубы. Внутренняя трубка делит полный газовый поток на два: термозащитный и плазмообразующий. По ей может подаваться плазмообразующий газ, а в зазор - воздух или другой молекулярный газ.[1]
Важное значение при работе с ВЧ-плазмотронами имеет толщина термозащитной струи. Кроме того часто необходимым условием надёжности работы ВЧИ-плазмотрна является кроме термоизоляции разряда ещё и внешний обдув кварцевой трубки 10. Трубка в зоне индуктора, несмотря на внутренний термозащитный поток, всегда нагревается от излучения плазмы, что может привести к нагреву воздуха в зоне индуктора и вызвать нежелательный пробой между витками ндуктора. Внешний обдув не только повышает надёжность работы плазмотрона, но и в значительной мере играет роль фактора, стабилизирующего пла