Высокочастотные плазмотроны

Высокочастотный (ВЧ) плазмотрон включает: электромагнитную катушку-индуктор или электроды, подключенные к источнику высокочастотной энергии, разрядную камеру, узел ввода плазмообразующего вещества. Различают индукционные, ёмкостные, факельные и др. высокочастотные плазмотроны, а также сверхвысокочастотные (СВЧ) плазмотроны. Схема высокочастотных плазмотронов различных типов приведены на рис. 2.6.

Рисунок 2.6 – Схемы высокочастотных плазматронов: а – индукционный; б – ёмкостный; в – факельный; г – сверхвысокочастотный; 1 – источник электропитания; 2 – разряд;

3 – плазменная струя; 4 – индуктор; 5 разрядная камера; 6 – электрод; 7 – волновод.

Наибольшее распространение в технике получили индукционные ВЧ плазмотроны, в которых плазмообразующий газ нагревается вихревыми токами. Т. к. индукционный высокочастотный разряд является безэлектродным, эти плазмотроны используют для нагрева активных газов (O₂, Cl₂, воздуха и др.), паров агрессивных веществ (хлоридов, фторидов и др.), а также инертных газов, если к плазменной струе предъявляются высокие требования по чистоте. С помощью индукционных плазмотронов получают тонкодисперсные и особо чистые порошковые материалы на основе нитридов, боридов, карбидов и др. химических соединений. В плазмохимических процессах объём разрядной камеры таких плазмотронов может быть совмещен с реакционной зоной.

Мощность ВЧ плазмотронов достигает 1 Мвт, температура в центре разрядной камеры и на начальном участке плазменной струи плазматрона 10⁴ К, скорость истечения плазмы 0 – 10³ м/сек, частоты – от нескольких десятков К гц до десятков Мгц, промышленное кпд 50 – 80%, ресурс работы до 3000 ч.

В ВЧ плазмотроне, как и в дуговых, часто используют газовую «закрутку», изолирующую разряд от стенок камеры. Это позволяет изготовлять камеры ВЧ плазматрона из материалов с низкой термостойкостью (например, из обычного или органического стекла).

ВЧ плазматроны не индукционного типа применяются главным образом в лабораторной практике.

Очень близкими к индукционным ВЧ-плазмотронам по принципу получения плазмы и устройству являются сверхвысокочастотные (СВЧ) плазмотроны. Преимущество сверхвысоких частот перед высокими в основном связано с более высоким коэффициентом поглощения их в плазме. В этой связи эффективная передача энергии электромагнитного поля в плазму происходит уже при температуре около 4000 К. Кроме того, использование СВЧ-плазмотронов позволяет получать сильно неравновесную плазму при давлениях, близких к атмосферному Конструктивное исполнение СВЧ-плазмотронов определяется способом подведения энергии электромагнитного поля к области разряда. Так, в волноводном СВЧ-плазмотроне энергия от источника питания передается к разрядной камере посредством волноводной системы, которая также выполняет роль индуктора. В качестве питающих их генераторов применяются магнетроны.

Рабочие частоты в СВЧ плазматроне составляют от нескольких Ггц до десятков Г гц.