ВОДООХЛАЖДАЕМАЯ ПЛАЗМЕННАЯ ГОРЕЛКА Российский патент 1997 года по МПК H05H1/30 G01N21/73 

Изобретение относится к плазменной технике и может быть использовано в различных источниках плазмы.

Из уровня техники известны различные виды плазменных горелок, например горелка Фассела [1] состоящая из коаксиально расположенных инжектора, трубки вспомогательного потока и внешней трубки плазмообразующего потока.

Наиболее близким аналогом изобретения является водоохлаждаемая плазменная горелка [2] состоящая из соосно расположенных инжектора, внутренней трубки вспомогательного потока, внешней трубки плазмообразующего потока с установленной на ней водоохлаждаемой рубашкой. Введение внутренней трубки вспомогательного потока повысило стабильность разряда.

Недостатками такой горелки являются неоптимальность расположения зоны наблюдения, что при снижении расхода аргона приводит к ухудшению пределов обнаружения и снижению стабильности получаемых результатов.

Технический результат от использования изобретения заключается в снижении пределов обнаружения элементов (повышении точности обнаружения) при снижении расхода аргона.

Этот технический результат достигается тем, что водоохлаждаемая плазменная горелка, состоящая из соосно расположенных инжектора, внутренней трубки вспомогательного потока, внешней трубки плазмообразующего потока, системы возбуждения разряда и водоохлаждаемой рубашки, установленной на внешней трубке плазмообразующего потока по всей длине зоны плазмы, дополнительно содержит окно в водоохлаждаемой рубашке, расположенное в зоне генерации активной плазмы, а длина внешней трубки плазмообразующего потока от распылительного конца инжектора до ее верхнего края составляет 2-4 величины внутреннего диаметра внешней трубки плазмообразующего потока.

Длина окна может составлять 0,5-1,5 величины внутреннего диаметра водоохлаждаемой рубашки, а ширина окна определяется величиной угла, образованного плоскостями, проходящими через ось горелки и вертикальные границы окна, составляющие 1-7^o.

На фиг. 1 приведена конструкция горелки; на фиг. 2 форма окна в водоохлаждаемой рубашке.

Горелка состоит из инжектора 1 и установленных соосно с ним внутренней трубки 2 вспомогательного потока, внешней трубки 3 плазмообразующего потока и водоохлаждаемой рубашки 4 с входным 5 и выходным 6 патрубками и окном 7 для наблюдения плазмы. На фиг. 1 указаны также витки индуктора 8 для образования плазмы и факел 9 плазмы. Сечение указано только для водоохлаждаемой рубашки.

Распылительный конец инжектора и край внутренней трубки вспомогательного потока совпадают. Поток газа, подаваемый в трубку 2 служит для стабилизации разряда плазмы и не дает плазме возможности "осесть" на инжектор. Зазор между трубкой 2 и внешней трубкой плазмообразующего потока составляет 0,5-1 мм, что существенно снижает требования к кривизне трубок. Длина трубки 3 от ее верхнего края до распылительного конца составляет 2-4 величины внутреннего диаметра трубки 3. Такое соотношение размеров трубки обеспечивает форму, размеры и взаимное расположение зоны радиуса, длины контрольного канала и зоны распада, областей наибольшего свечения атомов и ионов пробы близким к аналогичным характеристикам горелки.

Водоохлаждаемая рубашка 5 выполнена из кварцевого стекла и сварена с трубкой 3. Верхний край рубашки совпадает с верхним краем трубки 3. Минимальная длина рубашки равна расстоянию от верхнего края трубки 3 до распылительного конца инжектора. В непосредственной близости от верхнего витка индуктора 8, надеваемого на рубашку 4, рубашка 4 имеет кварцевое окно 7, с помощью которого осуществляется наблюдение активной плазмы 9. Размеры окна минимальны: длина составляет 0,5-1,5 внутреннего диаметра рубашки 4, а ширина составляет величину до 5-7^o и выбирается из обеспечения светосилы не меньшей светосилы используемого прибора монохроматора. Из-за небольших геометрических размеров окна практически охлаждаемой является вся трубка 3, что предотвращает ее нагрев, помутнение и разрушение.

Так как толщина окна невелика, а наблюдение плазмы осуществляется не через воду, а так же как и в неохлаждаемых горелках, то пределы обнаружения у разработанной горелки такие же, что и у неохлаждаемых горелок. Таким образом осуществляется снижение (улучшение) пределов обнаружения.

У опытного экземпляра внутренний диаметр рубашки 4 составил 20 мм, внешний диаметр 30 мм. Высота рубашки над верхним краем индуктора составила 40 мм, а окно 7 расположено на расстоянии 1,5 мм от верхнего витка индуктора. Длина окна 20 мм, ширина 2 мм, что обеспечило получение относительного отверстия 1:3. Величина зазора между трубками 2 и 3 составила 0,5 мм.

Результаты испытаний: при мощности генератора ЛУЧ-2000 производства МВП "Эридан" 2,5 КВт расход аргона составил 5 л/мин при расходе воды 0,5-1 л/мин. Выход на режим осуществляется примерно за 10 мин, что в 1,5-2 раза меньше, чем на этом же источнике с обычной горелкой. Зависимости аналитического сигнала от основных параметров ИСП (транспортирующего потока, высоты наблюдения и мощности) и пределы обнаружения аналогичны тем, что получается для обычной горелки при расходе аргона 15 л/мин.

Таким образом экспериментально подтверждено достижение технического результата.

Использование: плазменная техника, в различных источниках плазмы, прежде всего в источниках плазмы с индуктивно-связанной плазмой. Сущность изобретения: водоохлаждаемая плазменная горелка состоит из соосно расположенных инжектора, внутренней трубки вспомогательного потока, внешней трубки плазмообразующего потока системы возбуждения разряда и водоохлаждаемой рубашки, установленной на внешней трубке плазмообразующего потока по всей длине зоны генерации плазмы. Длина внешней трубки плазмообразующего потока от распылительного конца инжектора до ее края составляет 2-4 величины внутреннего диаметра внешней трубки плазмообразующего потока. Водоохлаждаемая рубашка имеет кварцевое окно, расположенное в зоне генерации активной плазмы. Длина окна составляет 0,5-1,5 величины внутреннего диаметра водоохлаждаемой рубашки. Ширина окна определяется величиной угла, образованного плоскостями, проходящими через ось горелки и вертикальные границы окна, составляющего 1-7^o. Изобретение позволяет повысить точность обнаружения элементов при спектральном анализе. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. ,93015441,0400,RU,02072645,C1, 6H 05K 10/00 A,0,Aл

1. Водоохлаждаемая плазменная горелка, состоящая из соосно расположенных инжектора, внутренней трубки вспомогательного потока и внешней трубки плазмообразующего потока, системы возбуждения разряда и водоохлаждаемой рубашки, установленной на внешней трубке плазмообразующего потока по всей длине зоны плазмы, отличающаяся тем, что длина внешней трубки плазмообразующего потока от распылительного конца инжектора до ее верхнего края составляет 2 4 величины внутреннего диаметра внешней трубки плазмообразующего потока, а водоохлаждаемая рубашка имеет окно, расположенное в зоне генерации активной плазмы. 2. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что длина окна составляет 0,5 1,5 величины внутреннего диаметра водоохлаждаемой рубашки, а ширина окна определяется величиной угла, образованного плоскостями, проходящими через ось горелки и вертикальные границы окна, составляющего 1 7^o.