Способ осуществления несамостоятельного разряда в газах Советский патент 1992 года по МПК H01J17/00 

Изобретение относится к технике разряда и может быть использовано для создания приборов и аппаратов, основанных на несамостоятельном газовом разряде (квантовые генераторы, плазмохимйческие установки и др.).

Цель изобретения - увеличение удельной мощности разряда. Способ осуществления несамостоятельного разряда, заключается в подаче напряжения на катод и анод разрядного промежутка, и воздействии на рабочий газ внешнего ионизирующего излучения, в качестве внешнего ионизирующего излучения рабочего газа используют микросекундные

импульсы СВЧ энергии сантиметрового диапазона с последующей регулировкой основных параметров.

Заявляемый способ позволяет увеличить удельную мощность вложенную в плазму разряда до 36 Вт/см3.

Предложенный способ может быть реализован на установке, изображенной на чертеже.

Установка содержит источник питания 1, который вырабатывает кратковременные высоковольтные импульсы постоянного тока переменной чёстоТЫ И длительности Импульсы постоянного тока на электронном генераторе 2 (магнетроне, например) преобх|

00

А

4

кэ

разуются в СВЧ энергию с типом волны EOL По круглому волноводу 3, чере& Диэлектрическую перегородку 4 импульсы СВЧ энергии подают в разрядный промежуток, где они служат источником внешней ионизации рабочего газа. Основной разряд поддерживают между электродами 5 и б, выполненными в форме металлических цилиндров и расположенных коаксиально друг относительно друга., v

Диаметры коаксиальных цйли ндров определяют в зависимости от длины волны импульсов СВЧ энергии, а их длина зависит от средней мощности СВЧ энергии. Источник постоянного тока 7 через балластное сопротивление 8 поддерживает основной разряд. Фигурная диэлектрическая шайба 9 изготовлена из жаропрочной керамики и изолирует катод от анода и разрядный промежуток от окружающей среды. Рабочий газ в разрядный промежуток подают по патрубку 10, отсасывают из него вакуумным насосом через патрубок 11. Мощно сть источника постоянного тока 7 определяют по ваттметРУ 12.

Установка работает следующим образом.. Г

В разряднЬм промежутке между электродами 5 и 6 создают поток рабочего газа с небольшим абсолютным давлением. Подают на катод 5 минус постоянного напряжения от регулируемого ибточника постоянного тока 7, в разрядном промежутке между электродами 5 и б возникает разряд. Включают в работу импульсный источник питания 1.

Энергия высоковольтных импульсов постоянного тока преобразуется в магнетроне 2 в мощные импульсы СВЧ энергии. СВЧ энергия по волноводу 3 через диэлектрическую перегородку 4 поступает в разрядный промежуток, в котором проводит дополнительную ионизацию рабочего газа. Изменяют напряжение источника постоянного тока. Частоту им пульсов СЕЧ энергии, повышают давление и расход рабочего газа в разрядном промежутке и, даким образом, добиваются максимального значения мощности вложенной в плазму разряда и требуемого энерговклада.

В таблице приведены данные по мощности поглощаемой неравновесной плазмой несамостоятельног б рйзряда от источника постоянного тока и общей удельной мощности в зависимости от мощности импульсной СВЧ энергии и давления рабочего газа (воздух) получе ннои на экспериментальной установке изображенной на чертеже.

Пример. Технические данные основных элементов экспериментальной установки.

Импульсный источник напряжения и магнетрон вырабатывают импульсы СВЧ энергии с параметрами: - мощность в импульсе 55 кВт;

-длительность импульса 1 мкс;

-диапазона изменения частоты им- пульсов 200.2000 Гц; . -

-длина электромагнитной волны 3 см;

-тип волны EOI;

Величину средней мощности СВЧ энергии определяли по формуле:

N 55 At-f,

где N - средняя мощность на входе в разрядный промежуток, кВт;

55 - импульсная мощность излучения магнетрона, кВт;

At - длительность импульса, с; f-частота импульсов; 1 /с. Диаметры коаксиальных цилиндров, выполняющих функции катода и анода из условий прохождения СВЧ импульсов с длиной волны равной 3 см, составили: внутренний, катод - 10 мм; внешний, анод - 31 мм. При этом, длина разрядного промежутка составила 40 мм, что соответствует объему разряда в 27 см3.

В качестве рабочего газа брали воздух. На данной экспериментальной установке при давлении воздуха в разрядном промежутке 65 тор и расходе 1 нм /ч, частоте импульсов СВЧ энергии 1000 Гц (55 Вт) и

при напряжении на катоде 560 В в неконт- рагированный разряд возможно вложить от источника постоянного тока до 918 Вт (таблица, опыт 3). (Это соответствует общей удельной мощности вложенной в плазму несамостоятельного разряда 36 Вт/см3, при удельном энерговкладе л/1 эВ/мол. Экспериментальные данные других опытов занег сены в таблицу.

Использование способа осуществления

несамостоятельного разряда для дополнительной ионизации рабочего газа излучен- нйя в виде мощных кратковременных на волне типа Е01 импульсов СВЧ энергии позволяет увеличить удельную мощность вложенную в плазму раздяра по сравнению с прототипом в 4... 14 раз и обеспечивает оптимальный (1 эВ/мол.)для неравномерных плазмохимических процессов удельный энерговклад.

Формула изобретения

Способ осуществления несамостоятельного разряда в газах путем подачи на катод и-анод разрядного промежутка питающего напряжения и воздействия на рабочий газ внешним ионизирующим излучением, отличающийся тем, что, с целью увеличения удельной мощности разряда, в качестве внешнего ионизирующего излучения используют микросекундные импульсы СВЧ-энергии на волне сантиметрового диапазона и регулируют по крайней мере один из параметров амплитуду, длительность и частоту импульсов, а также скорость прокачки и давление газа - до получения требуемой величины мощности разряда.

Использование: изобретение относится к технике газового разряда и может быть использовано для создания приборов и аппаратов, основанных на несамостоятельном газовом разряде (квантовые генераторы, плазмохимйческие установки и др.). Цель - увеличение удельной мощности разряда. Сущность: в способе осуществления несамостоятельного разряда в газах, заключающемся в подаче напряжения на катод и анод разрядного промежутка и воздействии на рабочий газ внешнего ионизирующего излучения, в качестве внешнего ионизирующего излучения рабочего газа используют микросекундные импульсы СВЧ энергии на волне EOI сантиметрового диапазона и регулируют по крайней мере один из параметров этих импульсов, а также скорости прокачки и давления газа. 1 ил., 1 табл. сл С