Высокочастотные плазмотроны
Курсовой проект - Физика
Другие курсовые по предмету Физика
спользуется ВЧИ-плазмотрон, питаемый от промышленного ВЧ-генератора.
Расход плазмообразующего аргона выбирают минимальным исходя из условий термостойкости разрядной камеры. Эти условия реализуются при расходе аргона 2,7 м3/час и мощности ВЧИ-разряда 7,1 кВт. Исходную смесь мелкоизмельчённых порошков двуоксида кремния и кремния размером частиц менее 40 мкм подают потоком аргона в ВЧИ-разряде по его оси. Расход транспортирующего газа выбирают минимальным при условии отсутствия зарастания выходного отверстия кварцевой камеры в переделах от 120 до 350 л/час. Продукты реакции осаждаются на стенках водоохлаждаемого реактора и улавливаются тканевым фильтром.[7]
4.2.5 ВЧИ-плазмотроны для спектрального анализа
Одним из самых широких применений ВЧИ-плазмотронов в настоящее время является использование их для спектрального анализа. Безэлектродная чистая плазма поставила ВЧИ-плазмотроны в ряде случаев вне конкуренции по сравнению с дуговыми электродными и искровыми источниками. Сегодня выпуск ВЧИ плазменных установок для спектрального анализа достигает десятков наименований. В аналитической химии установки с ВЧИ-плазмотронами получили весьма удачное название - "установки с индуктивно связанной плазмой" (ИСП или ICP-установки).
Для того, чтобы ВЧИ-плазма обнаружила свои преимущества, нужно найти те оптимальные размеры и расходы, которые позволяли бы впрыскивать аэрозоль в плазму следующим образом:
чтобы не изменялись температура и проводимость плазмы (в противном случае изменяется нагрузка и мощность);
чтобы аэрозоль успел испариться, а молекула диссоциировать, возбудиться и излучить.
Для этого аэрозоль необходимо простреливать не касаясь кольца с током (по оси), и в то же время не слишком быстро, чтобы диссоциация и возбуждение успели состояться ещё в высокотемпературной зоне. Все эти иногда несовместимые условия обеспечивает ВЧИ-плазмотрон, модифицированный Фасселом.
Плазмотрон состоит из трёх концентрических труб, по которым подаётся газ, обычно аргон. В верхней части плазмотрона расположены витки индуктора, связанные с высокочастотным генератором. Плазма образуется в потоке аргона и выдувается в виде факела над обрезом трубы, а проба в виде аэрозоля подаётся по центральной трубке и вдувается внутрь плазменного факела. Внешний поток газа экранирует плазму от попадания атмосферных газов и охлаждает стенки ВЧИ-плазмотрона.
Высокая температура плазмы способствует тому, что аэрозоль пробы, находящийся в плазме около 1-2 мс гораздо большее время, чем в традиционных источниках возбуждения), успевает полностью испариться, а имеющиеся молекулярные соединения диссоциируют так, что вся проба переходит в атомарное состояние. Следствием являются достаточно низкие пределы обнаружения, кроме того, для более широкого круга элементов. В ИСП возможно определение почти всех элементов, включая такие сложные для анализа, как редкоземельные, актиноиды и труднолетучие.[1]
4.3 Способы интенсификации ВЧ плазменных процессов
высокочастотный индукционный плазмотрон
ВЧ-разряды обладают специфическими свойствами. Выявление и целенаправленное использование этих свойств может привести к значительным положительным эффектам. В настоящее время многие свойства ВЧ-разрядов изучены, а некоторые реализованы в конкретных конструкциях:
1)Низкие скорости истечения плазменной струи.
Основными достоинствами высокочастотных плазмотронов по сравнению с дуговыми являются большой ресурс работы (определяется ресурсом работы генераторной лампы) и отсутствие в потоке плазмы продуктов эрозии электродов. Однако обычные ВЧ-плазмотроны характеризуются невысокой скоростью истечения плазменной струи (20-30 м/с). Увеличить эту скорость простым увеличением расхода газа невозможно. Однако для многих технологических процессов требуются не только высокие скорости плазменных потоков (плазменное напыление), но и большие величины энтальпии плазменной струи (плазменно-механическая обработка). Наиболее простым и сегодня чаще всего используемым способом является применение сопловых насадок. Его основная цель - увеличение скорости плазменной струи, тепловых потоков к нагреваемым объектам и локализация её воздействия в малых объёмах.
В обычных ВЧ-плазмотронах скорости истечения плазменной струи лежат в пределах 20-80 м/с. При использовании сопла на выходе разрядной камеры удаётся увеличить скорость до 1000 м/с. Однако, ВЧ-плазмотроны способны работать при скорости истечения плазменной струи до 1 м/с. Более того, при стабилизации ВЧ_разряда стенками разрядной камеры возможна работа ВЧ-плазмотрона без расхода плазмообразующено газа. Такой режим работы ВЧ-плазмотронов используется при сфероидизации материалов или выращивании монокристаллов.
)Большие объёмы плазмы.
В настоящее время получены ВЧИ-разряды в разрядных камерах диаметром 150-200 мм. При правильной организации плазменного потока удаётся увеличить длину плазменной струи до нескольких метров без значительного изменения её параметров. Для достижения этой цели целесообразно применить полигональные индукторы ВЧЕ-разряда мощностью 1000 кВт.
)Возможность возбуждения акустических полей.
В ВЧ разрядах отмечаются три основных физических процесса, приводящих к возникновению акустических эффектов, как в звуковом, так и в ультразвуковом диапазонах. Во-первых, газодинамические процессы, существенные при повышенных скоростях истечения плазменной струи (