Энциклопедия низкотемпературной плазмы. Вводный том II

заостренного электрода, с которого горит факельный разряд, применен кольцевой цилиндрический, не имеющий непосредственного контакта с плазмой. Плазмотроны такого типа логично назвать плазмотронами линейной схемы (по виду разрядного канала, вытянутого в линию, и соосных ему электродов). Различные конструктивные варианты линейных ВЧЕ-плазмотронов представлены на рис. IV.8.35.

б^

ГI

U,

Вода

Вода

Рис. IV.8.35. Некоторые типы ВЧЕ-плазмотронов

Они могут быть сделаны двухэлектродными (а), трехэлектродными (б), пятиэлектродными (в). Электроды цилиндрические и располагаются соосно разрядным камерам с некоторым зазором. Подключение электродов к источнику питания осуществляется так, чтобы потенциальный электрод располагался между заземленными. Таким образом, можно обеспечить экранировку электромагнитного поля и снять потенциал со струи плазмы, истекающей из разрядной камеры. В случае многоэлектродной схемы плазмотрона в разрядной камере образуется несколько ВЧ-дуг в соответствии с количеством электродов (рис. IV.8.35,в). Протекание тока через разряд происходит вдоль оси разрядной камеры. Мощность разряда и величина тока через разряд определяются величиной емкости связи между электродами

иразрядом, которая, в свою очередь, зависит от диаметра

иего высоты.

Качественные характеристики ВЧЕ-плазмотрона: низкий уровень излучения, высокая напряженность электрического поля и малая мощность, необходимая для поддержания разряда. Для увеличения ресурса работы разрядной камеры применялась водяная защита с использованием центробежного эффекта при вращении разрядной камеры вокруг оси.

Уровень вкладываемой в разряд мощности ограничивается ресурсом работы разрядной камеры ВЧЕ-плазмотрона, а также слабой емкостной связью между электродами и плазменным шнуром. Для увеличения ресурса работы электрических разрядных камер предлагается использовать электроды специальной формы, обращенные друг к другу большими радиусами. Это обеспечивает более равномерную тепловую нагрузку на стенке разрядной камеры, но не снимает возможность их перегрева. Предложенные металлические водоохлаждаемые разрядные камеры и бескамерные конструкции не имеют такого недостатка, однако вряд ли найдут применение в технологических процессах с повышенными требованиями к чистоте плазмы. Уровень мощности может быть повышен с помощью среды с высокой диэлектрической проницаемостью, заполняющей промежуток электрод-плазма и увеличивающей тем самым емкостную связь разряда плазмы (с электродами). В качестве среды с высоким значением диэлектрической проницаемости может быть использована сегнетоэлектрическая вставка.

Однако применение подобных конструкций при больших мощностях и атмосферном давлении ограничено термостойкостью разрядной камеры и самих вставок и большими потерями в сегнетоэлектрическом вставе за счет диэлектрического нагрева поля высокой частоты. Задачи увеличения мощности, емкостной связи и ресурса работы разрядной камеры могут быть решены одновременно, если в качестве охлаждающей среды используется вода, обладающая е = 80.

Различные конструкции водоохлаждаемой разрядной камеры (ВРК) показаны на рис. IV.8.35. Металлические кольцевые электроды располагаются снаружи ВРК. Такая конструкция достаточно проста в изготовлении, торцевое уплотнение ВРК может быть не обязательно сварным. Электроды, как правило, изготавливаются из медной фольги и крепятся непосредственно на разрядной камере. В конструкциях рис. IV.8.35Дж электроды помещаются внутри ВРК, что способствует более высокой связи между разрядом и электродами, однако конструктивное исполнение осложняется и требует специальной сварки кварцевых трубок и токоподводов. В таких конструкциях (рис. IV.8.35,д) появляется ток между электродами через охлаждающую жидкость. Конструкция рис. 1У.8.35,ж полностью исключает шунтирующий ток между электродами, что достигается разделением ВРК на две водоохлаждаемые половины. Такая конструкция оптимальна и базовая для ВЧЕ-плазмотрона линейной схемы.

Описанные выше конструкции ВРК относятся к двухэлектродным ВЧЕ-плазмотронам, однако совершенно аналогично можно сделать трех-, пяти- и т.д. электродные ВЧЕ-плазмотронные ВРК. В ВЧЕ-плазмотроне с ВРК более сложной конструкции (рис. IV.8.35,e) пятиэлектродный генератор плазмы состоит из разрядной пирексовой камеры, пяти водоохлаждаемых электродов. Причем потенциальными являются только два из них, остальные три зазем-