RU2153781C1 - Microwave plasma generator - Google Patents

Microwave plasma generator Download PDF

Info

Publication number
RU2153781C1
RU2153781C1 RU99118914A RU99118914A RU2153781C1 RU 2153781 C1 RU2153781 C1 RU 2153781C1 RU 99118914 A RU99118914 A RU 99118914A RU 99118914 A RU99118914 A RU 99118914A RU 2153781 C1 RU2153781 C1 RU 2153781C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
microwave
microwave radiation
external electrode
resonator
working gas
Prior art date
Application number
RU99118914A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
С.И. Грицинин
И.А. Коссый
Н.И. Малых
М.А. Мисакян
М.И. Тактакишвили
Original Assignee
КОССЫЙ Игорь Антонович
Костин Владимир Владимирович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by КОССЫЙ Игорь Антонович, Костин Владимир Владимирович filed Critical КОССЫЙ Игорь Антонович
Priority to RU99118914A priority Critical patent/RU2153781C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2153781C1 publication Critical patent/RU2153781C1/en

Links

Abstract

FIELD: generation of microwave plasma flames. SUBSTANCE: invention can be used in processes of plasma-chemical deposition of films and lump materials of various composition ( silicon, diamond, diamond-like, etc ), in the capacity of torch working under atmospheric pressure to conduct glass and quartz blowing and welding operations, in the capacity of air purification system ( purification of exhaust gases ) and for solution of ecological problems. Microwave plasma generator includes magnetron with power supply system, waveguide resonator, aid for output of microwave energy, coaxial path for transfer of microwave radiation, system feeding working gas. Resonator is built in the form of length of rectangular waveguide with hole in wide wall for input of microwave radiation generated by magnetron and with holes for input of loop of resonator coupling it with coaxial path of transfer of microwave radiation. Coaxial path is made of metal, for example, copper external electrode coming in the form of cylinder and internal central electrode fabricated from metal, for instance, copper tube connected to system feeding working gas which I continuation of coupling loop. End part of central electrode is manufactured in the form of Laval nozzle and is insulated from external electrode by quartz tube. External electrode is fitted with current-conducting extension piece that forms flame and protects against microwave radiation and is produced in the form of hollow cylinder with slits or holes in side surface. EFFECT: enhanced utilization of microwave energy, increased safety engineering while plasma generator operates thanks to prevention of radiation and scattering of microwave energy to environment, reduced cost and simplified design of plasma generator. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для генерации микроволновых плазменных факелов и может быть использовано для процессов плазмохимического нанесения пленок и кусковых материалов различного состава, например кремниевых, алмазных, алмазоподобных и т.д.; в качестве горелки для проведения стеклодувных, кварцедувных и сварочных работ; в качестве системы очистки загрязненной воздушной среды, например в производствах для очистки отходящих газов, а также при решении экологических задач, например для определения и контроля состава воздушной среды методом спектрального анализа. The invention relates to devices for generating microwave plasma torches and can be used for processes of plasma-chemical deposition of films and bulk materials of various compositions, for example silicon, diamond, diamond-like, etc .; as a torch for carrying out glass-blowing, quartz-blowing and welding works; as a system for cleaning contaminated air, for example, in plants for purifying exhaust gases, as well as in solving environmental problems, for example, for determining and monitoring the composition of the air medium by spectral analysis.

Известен микроволновый плазматрон, включающий магнетрон, волноводный прямоугольный резонатор, внутри которого размещена трубка, заполненная рабочим газом. В трубке возбуждают микроволновый разряд, образующий плазменный факел. Факел формируется внутри пространства трубки и возбуждается при давлении ниже атмосферного. Конструкция содержит вакуумную систему откачки и элементы, обеспечивающие создание разряжения. Known microwave plasmatron, including a magnetron, a waveguide rectangular resonator, inside which is placed a tube filled with a working gas. A microwave discharge forming a plasma torch is excited in the tube. The torch is formed inside the tube and is excited at a pressure below atmospheric. The design contains a vacuum pumping system and elements for creating a vacuum.

Плазматрон может быть использован для нанесения пленок на подложках, размеры которых ограничены диаметром трубки. (См. патент Франции N 2346939, H 05 H 1/18, 1/24, опубл. 28.10.1977 г.)
Недостатком плазматрона является сложность конструкции и узкая область применения.
The plasmatron can be used to deposit films on substrates whose dimensions are limited by the diameter of the tube. (See French patent N 2346939, H 05 H 1/18, 1/24, publ. 10/28/1977)
The disadvantage of the plasmatron is the design complexity and narrow scope.

Известен микроволновый плазматрон, включающий цилиндрическую камеру, заполненную рабочим газом, в которой возбуждают микроволновый разряд. На камеру наложено постоянное магнитное поле, создаваемое специальными токопроводящими катушками и препятствующее потерям микроволновой энергии. A microwave plasmatron is known, including a cylindrical chamber filled with a working gas, in which a microwave discharge is excited. A constant magnetic field is applied to the camera, created by special conductive coils and preventing the loss of microwave energy.

Конструкция плазматрона обеспечивает высокий коэффициент использования микроволновой энергии для образования плазмы, но работает при низких давлениях, т.е. должна быть снабжена вакуумными узлами и системой откачки. The design of the plasmatron provides a high utilization of microwave energy for plasma formation, but works at low pressures, i.e. must be equipped with vacuum units and a pumping system.

Плазматрон предназначен для нанесения пленок (См. патент США N 5243259, H 05 H 1/8, опубл. 7.09. 1993 г.). The plasmatron is intended for applying films (See US patent N 5243259, H 05 H 1/8, publ. September 7, 1993).

Недостатком этого устройства является его сложность и ограниченная область применения. The disadvantage of this device is its complexity and limited scope.

Прототипом изобретения является микроволновый плазматрон, включающий прямоугольный волноводный резонатор, микроволновый тракт с коаксиально расположенными внешним и внутренним центральным электродами, систему подачи рабочего газа с системой охлаждения электрода. Рабочий газ подают в межэлектродное пространство, а охлаждение осуществляют через внутреннюю полость центрального электрода. Плазменный факел формируется вне электродного пространства. (См. патент ФРГ N 1249420, H 05 H, опубл. 7.09. 1967 г.)
Конструкция прототипа имеет следующие недостатки.
A prototype of the invention is a microwave plasmatron including a rectangular waveguide resonator, a microwave path with coaxially located external and internal central electrodes, a working gas supply system with an electrode cooling system. The working gas is fed into the interelectrode space, and cooling is carried out through the inner cavity of the central electrode. A plasma torch is formed outside the electrode space. (See the patent of Germany N 1249420, H 05 H, publ. 7.09. 1967)
The prototype design has the following disadvantages.

Часть микроволновой энергии, питающей плазменный факел, рассеивается с излучением в окружающее пространство. Это требует создание мер безопасности при работе или предусматривает дополнительные конструктивные решения, и кроме того, плазмотрон имеет невысокий коэффициент использования микроволновой энергии, т.к. достаточно большое ее количество теряется с излучением. Part of the microwave energy that feeds the plasma torch is scattered with radiation into the surrounding space. This requires the creation of safety measures during operation or provides additional structural solutions, and in addition, the plasma torch has a low utilization of microwave energy, because a sufficiently large amount is lost with radiation.

Техническим результатом изобретения является:
1) повышение коэффициента использования микроволновой энергии, повышение техники безопасности при работе плазмотрона за счет исключения излучения и рассеивания микроволновой энергии в окружающее пространство;
2) удешевление и упрощение конструкции, за счет возможности использования стандартных микроволновых источников энергии, например магнетронов для бытовой техники, имеющих низкую стоимость;
3) упрощение конструкции узлов передачи, концентрации и использования микроволновой энергии для создания плазмы;
4) создание очень широкого спектра потребительских свойств, позволяющих применять плазматрон в различных областях техники.
The technical result of the invention is:
1) increasing the utilization of microwave energy, improving safety during operation of the plasma torch by eliminating radiation and dispersing microwave energy into the surrounding space;
2) cheaper and simplified design, due to the possibility of using standard microwave energy sources, for example magnetrons for household appliances, which have a low cost;
3) simplification of the design of the nodes of transmission, concentration and use of microwave energy to create plasma;
4) the creation of a very wide range of consumer properties, allowing the use of a plasmatron in various fields of technology.

Технический результат достигается тем, что в микроволновом плазматроне, включающем магнетрон с системой питания, волноводный резонатор, средство вывода микроволновой энергии, коаксиальный тракт транспортировки микроволнового излучения в виде внешнего и внутреннего электродов, систему подачи рабочего газа, согласно изобретению волноводный резонатор выполнен в виде отрезка прямоугольного волновода с отверстием в широкой стенке для ввода микроволнового излучения, генерируемого магнетроном, и с отверстиями для ввода петли связи резонатора с коаксиальным трактом транспортировки микроволнового излучения, коаксиальный тракт состоит из цилиндрических металлических, например медных, электродов - внешнего и внутреннего центрального; центральный электрод выполнен из металлической, например медной, трубки, соединенной с системой подачи рабочего газа и является продолжением петли связи; конечная часть центрального электрода выполнена в виде сопла Лаваля и изолирована от внешнего электрода кварцевой трубкой; внешний электрод снабжен стыкующейся с ним токопроводящей насадкой для формирования факела и защиты от микроволнового излучения; насадка выполнена в виде полого цилиндра с прорезями или отверстиями в боковой поверхности. Изолирующая кварцевая трубка на центральном электроде может выступать на расстояние, обеспечивавшее угол расхождения плазменной струи, но не более, чем на 20-25 град.; боковая поверхность токопроводящей насадки на внешнем электроде может быть выполнена, например, в виде равномерно отстоящих друг от друга металлических, например медных, стержней, помещенных в кварцевые трубки и закрепленных с двух сторон обручами из токопроводящего материала; система подачи рабочего газа снабжена компрессором при использовании воздуха в качестве рабочего газа. The technical result is achieved in that in a microwave plasmatron including a magnetron with a power system, a waveguide resonator, a microwave energy output means, a coaxial path for conveying microwave radiation in the form of external and internal electrodes, a working gas supply system, according to the invention, the waveguide resonator is made in the form of a rectangular segment waveguide with an aperture in a wide wall for introducing microwave radiation generated by a magnetron, and with holes for introducing a resonance coupling loop a torus coaxial with the transport path of the microwave radiation consists of a coaxial cylindrical tract of metal, for example copper, electrodes - the outer and inner central; the central electrode is made of a metal, for example copper, tube connected to the working gas supply system and is a continuation of the communication loop; the final part of the central electrode is made in the form of a Laval nozzle and is isolated from the external electrode by a quartz tube; the external electrode is equipped with a conductive nozzle that joins it to form a torch and protect it from microwave radiation; the nozzle is made in the form of a hollow cylinder with slots or holes in the side surface. An insulating quartz tube on the central electrode can protrude to a distance that provides an angle of divergence of the plasma jet, but no more than 20-25 degrees .; the lateral surface of the conductive nozzle on the external electrode can be made, for example, in the form of metal, for example copper, rods evenly spaced from each other, placed in quartz tubes and fixed on both sides with hoops of conductive material; the working gas supply system is equipped with a compressor when using air as the working gas.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежом, на котором схематически изображен микроволновый плазматрон, содержащий магнетрон 1, волноводный прямоугольный резонатор 2, систему подачи рабочего газа 3, коаксиальный тракт транспортировки микроволнового излучения в виде внешнего 4 и центрального внутреннего 5 электродов, петли связи 6 резонатора 2 с коаксиальным трактом. Конечная часть внутреннего электрода 5 выполнена в виде сопла Лаваля 7, внутренний электрод 5 размещен в кварцевой изолирующей трубке 8. Внешний электрод 4 снабжен стыкующейся с ним токопроводящей насадкой 9, выполненной в виде равномерно отстоящих друг от друга стержней 10, помещенных в кварцевые трубки 11 и закрепленных с двух сторон обручами 12, 13. The invention is illustrated in the drawing, which schematically shows a microwave plasmatron containing a magnetron 1, a waveguide rectangular resonator 2, a system for supplying a working gas 3, a coaxial path for conveying microwave radiation in the form of an external 4 and a central inner 5 electrodes, a communication loop 6 of the resonator 2 with a coaxial path . The final part of the inner electrode 5 is made in the form of a Laval nozzle 7, the inner electrode 5 is placed in a quartz insulating tube 8. The outer electrode 4 is equipped with a conductive nozzle 9 joined with it, made in the form of rods 10 uniformly spaced from each other, placed in quartz tubes 11 and fixed on both sides with hoops 12, 13.

Система подачи рабочего газа 3 снабжена компрессором (на рис. не показан). The working gas supply system 3 is equipped with a compressor (not shown in the figure).

Сущность изобретения заключается в новом конструктивном выполнении коаксиального тракта передачи и концентрации микроволновой энергии от магнетрона и наличии дополнительных элементов, обеспечивающих использование микроволновой энергии только на образование факела и практически полное исключение ее рассеивания и излучения от факела в окружающее пространство. The essence of the invention lies in a new structural embodiment of a coaxial transmission path and concentration of microwave energy from a magnetron and the presence of additional elements ensuring the use of microwave energy only for the formation of a torch and the almost complete exclusion of its dispersion and radiation from the torch into the surrounding space.

В плазматроне применен стандартный магнетрон 1 и система его питания, широко используемые в бытовой технике, например в микроволновых печах. Частота микроволнового излучения 2,45 ГГц, средняя мощность, генерируемая магнетроном P= 600-900 Вт. Однополупериодный выпрямитель переменного напряжения (50 Гц) обеспечивает подачу высоковольтного напряжения на анод магнетрона и генерацию микроволнового излучения в виде последовательности импульсов длительностью 5-10 млс при пиковой мощности до 2 кВт. The plasmatron uses a standard magnetron 1 and its power system, widely used in household appliances, for example, in microwave ovens. The frequency of microwave radiation is 2.45 GHz, the average power generated by a magnetron is P = 600-900 watts. A half-wave alternating voltage rectifier (50 Hz) provides a high-voltage voltage to the magnetron anode and the generation of microwave radiation in the form of a sequence of pulses with a duration of 5-10 ms at a peak power of up to 2 kW.

Волноводный резонатор 2, представляющий собой отрезок прямоугольного волновода с отверстием в широкой стенке для ввода микроволнового излучения, генерируемого магнетроном 1, и отверстиями для ввода петли связи 6 резонатора 2 с коаксиальным микроволновым трактом, обеспечивает оптимальную связь между магнетроном и коаксиальным микроволновым трактом, а также защиту магнетрона 1 от мощности, отражаемой от конца волноводного тракта до пробоя газа и образования факела. The waveguide resonator 2, which is a segment of a rectangular waveguide with a hole in the wide wall for introducing microwave radiation generated by the magnetron 1, and holes for entering the communication loop 6 of the resonator 2 with the coaxial microwave path, provides optimal coupling between the magnetron and the coaxial microwave path, as well as protection magnetron 1 from the power reflected from the end of the waveguide path to the breakdown of gas and the formation of a torch.

Вывод микроволнового излучения из резонатора 2 представляет собой петлю 6, выполненную из медной трубки, входящую в резонатор 2 на расстояние, предварительно подбираемое из условия наилучшей связи между резонатором 2 и факелом. Плоскость петли 6 параллельна низкой стенке волновода. The output of microwave radiation from the resonator 2 is a loop 6 made of a copper tube entering the resonator 2 at a distance pre-selected from the condition of the best connection between the resonator 2 and the torch. The plane of the loop 6 is parallel to the low wall of the waveguide.

Трубка, из которой выполнена петля, выполняет также функцию центрального (внутреннего) электрода 5 коаксиальной системы транспортировки микроволнового излучения и функцию газопровода, подающего рабочий газ к соплу горелки. The tube from which the loop is made also acts as a central (internal) electrode 5 of the coaxial microwave radiation transport system and as a gas pipeline supplying working gas to the burner nozzle.

Коаксиальный тракт транспортировки микроволнового излучения состоит из медного внешнего электрода 4, представляющего собой цилиндр, а также внутреннего (центрального) электрода 5 из медной трубки, являющейся продолжением петли связи. Пространство между электродами заполнено стекловатой, обеспечивающей центровку внутреннего электрода и теплоизоляцию между электродами. The coaxial microwave radiation transport path consists of a copper external electrode 4, which is a cylinder, as well as an internal (central) electrode 5 from a copper tube, which is a continuation of the communication loop. The space between the electrodes is filled with glass wool, which ensures alignment of the internal electrode and thermal insulation between the electrodes.

Конечная часть центрального электрода в виде сопла 7, выполненного из молибдена, представляет собой классическое расчетное сопло Лавала, создающее сверхзвуковой направленный поток газа на выходе из центрального электрода 5. Конечная часть центрального электрода 5 вместе с соплом 7, помещенная в кварцевую трубку 8, препятствует возникновению дуг между внешним 4 и внутренним 5 электродами. The final part of the central electrode in the form of a nozzle 7 made of molybdenum is a classic Laval design nozzle that creates a supersonic directed gas flow at the outlet of the central electrode 5. The final part of the central electrode 5 together with the nozzle 7, placed in the quartz tube 8, prevents the occurrence arcs between the outer 4 and inner 5 electrodes.

Токопроводящая насадка 9, формирующая факел, представляет собой стыкующийся с внешним электродом цилиндр, боковая поверхность которого образована, например, 12-ю равномерно отстоящих друг от друга металлических, например медных, стержней 10, помещенных внутрь кварцевых трубок 11, закрепленных с двух сторон обручами 12, 13. The conductive nozzle 9, forming a torch, is a cylinder that is joined to the external electrode, the lateral surface of which is formed, for example, by 12 metal, for example copper, rods 10 uniformly spaced from each other, placed inside quartz tubes 11, mounted on both sides by hoops 12 , 13.

Назначение насадки состоит в
- увеличении эффективности энерговклада микроволн в создаваемый ими факел:
- защите окружающих и персонала от микроволнового излучения;
- обеспечении доступа измерительной аппаратуры в область факела с наибольшей его температурой;
- обеспечении возможности ввода в область наибольших температур термически и плазменно обрабатываемых объектов;
- создании благоприятных газодинамических условий для формирования оторванного от стенок факела.
The purpose of the nozzle is to
- increase the efficiency of energy input of microwaves in the torch created by them:
- protection of others and personnel from microwave radiation;
- providing access to measuring equipment in the torch area with its highest temperature;
- providing the ability to enter into the region of the highest temperatures of thermally and plasma-processed objects;
- creating favorable gas-dynamic conditions for the formation of a torch torn off from the walls.

При наличии насадки расстояние между соплом и выходным отверстием насадки составляет L = λк/4, где λк - длина волны в реальном (заполненном стекловатой и кварцем) коаксиальном тракте.If there is a nozzle, the distance between the nozzle and the nozzle outlet is L = λ k / 4, where λ k is the wavelength in the real (filled with glass wool and quartz) coaxial path.

Система подачи рабочего газа состоит из баллона с рабочим газом с регулирующим поток газа клапаном, соединенным с центральным трубчатым электродом. При работе с воздухом в качестве рабочего газа используют компрессор. The working gas supply system consists of a working gas cylinder with a gas flow control valve connected to a central tubular electrode. When working with air, a compressor is used as the working gas.

Плазматрон работает следующим образом. The plasmatron works as follows.

Через систему подачи газа 3 подают рабочий газ через центральный электрод 5. Включают систему питания магнетрона 1 и на выходе сопла Лаваля 7 получают плазменный факел. Through the gas supply system 3, working gas is supplied through the central electrode 5. The magnetron 1 power system is turned on and a plasma torch is obtained at the output of the Laval nozzle 7.

При наличии потока рабочего газа через центральный электрод 5 и при запуске магнетрона 1 у поверхности сопла 7 в области максимума электрического поля отраженной от выходного отверстия насадки 9 (или внешнего электрода 5) волны возникает пробой газа и формирование факела. Факел играет роль продолжения центрального электрода, подводя микроволновое излучение к выходному отверстию внешнего электрода 4 (процесс взаимосвязанного распространения плазмы и микроволнового излучения, известный в литераторе, как разновидность разряда на поверхностной волне или так называемого "серфатронного" разряда). Выходя из отверстия внешнего электрода, факел выводит с собой и микроволновое излучение, которое частично излучается в пространство внутри токопроводящей насадки 9 и частично поглощается в создаваемой им плазме. If there is a flow of working gas through the central electrode 5 and when the magnetron 1 is launched near the surface of the nozzle 7, a gas breakdown and the formation of a flame occur in the region of the maximum electric field of the wave reflected from the outlet of the nozzle 9 (or external electrode 5). The torch plays the role of extending the central electrode by supplying microwave radiation to the outlet of the external electrode 4 (the process of the interconnected propagation of plasma and microwave radiation, known in the writer as a type of discharge on a surface wave or the so-called "surfatron" discharge). Leaving the hole of the external electrode, the torch also removes microwave radiation, which is partially emitted into the space inside the conductive nozzle 9 and partially absorbed in the plasma created by it.

При наличии насадки 9 отсутствуют потери излучения во внешнее пространство, что и определяет существенное повышение энерговклада в плазменное образование. Длина факела внутри насадки определяется лишь длиной поглощения микроволнового излучения в создаваемой им же плазме. In the presence of nozzle 9, there is no radiation loss to the external space, which determines a significant increase in the energy input into the plasma formation. The length of the torch inside the nozzle is determined only by the absorption length of the microwave radiation in the plasma created by it.

Длину факела, температуру электрической компоненты плазмы факела и температуру газа в области факела регулируют, меняя скорость потока газа и/или величину анодного напряжения на магнетроне 1. В качестве рабочего газа для плазмохимического нанесения покрытий используют состав смеси газа, определяемый составом покрытия. Например, для получения алмазных пленок используют смесь аргона, водорода и метана. The length of the torch, the temperature of the electrical component of the plasma of the torch, and the gas temperature in the region of the torch are controlled by changing the gas flow rate and / or the magnitude of the anode voltage on the magnetron 1. As the working gas for plasma-chemical coating, the composition of the gas mixture is determined by the composition of the coating. For example, a mixture of argon, hydrogen and methane is used to produce diamond films.

Качество пленок при этом соответствует техническим условиям на данные покрытия. The quality of the films in this case corresponds to the technical conditions for these coatings.

Для сварочных, стеклодувных и кварцедувных работ в качестве плазмообразующего газа используют аргон или азот или воздух. При этом аргон или азот применяют только в тех объектах сварки, которые нельзя подвергать окислению. В остальных же случаях плазмообразующим газом служит воздух. For welding, glass-blowing and quartz-blowing operations, argon or nitrogen or air is used as the plasma-forming gas. In this case, argon or nitrogen is used only in those welding objects that cannot be subjected to oxidation. In other cases, air serves as the plasma-forming gas.

В проведенных испытаниях продемонстрирована возможность получения факела при работе горелки в атмосферных условиях и при прокачке через центральный электрод аргона, азота и воздуха. Температура в этих газах в области факела превосходит 3000-4000 К. The tests demonstrated the possibility of obtaining a torch during operation of the burner in atmospheric conditions and when pumping argon, nitrogen and air through the central electrode. The temperature in these gases in the torch region exceeds 3000-4000 K.

Таким образом, по сравнению с известными вариантами предлагаемый микроволновый плазматрон обладает следующими преимуществами:
- существенно пониженным уровнем микроволнового излучения во внешнюю среду;
- высоким уровнем достижимой температуры факела;
- возможностью формирования приосевой плазменной струи, оторванной от всех металлических и диэлектрических деталей горелки.
Thus, in comparison with the known options, the proposed microwave plasmatron has the following advantages:
- significantly reduced levels of microwave radiation into the environment;
- high achievable flame temperature;
- the ability to form an axial plasma jet torn off from all metal and dielectric parts of the burner.

Эти преимущества существенно расширяют области возможных приложений. These advantages significantly expand the scope of possible applications.

Предлагаемый плазматрон может использоваться:
- в качестве системы очистки загрязненной воздушной среды;
- при плазмохимическом нанесении различного рода пленок и получении кусковых материалов;
- в качестве работающей без горючих газов горелки для проведения стеклодувных и кварцедувных работ;
- в качестве работающей без горючих газов горелки для проведения сварочных работ;
- для проведения спектрального анализа воздушной или водяной среды и т. д.
The proposed plasmatron can be used:
- as a system for cleaning polluted air;
- with plasma-chemical deposition of various films and the production of bulk materials;
- as a burner operating without combustible gases for glass-blowing and quartz-blowing operations;
- as a torch operating without combustible gases for welding;
- for carrying out spectral analysis of air or water environment, etc.

Плазматрон имеет невысокую стоимость, его использование дает высокий экономический эффект. The plasmatron has a low cost, its use gives a high economic effect.

Claims (4)

1. Микроволновый плазмотрон, включающий магнетрол с системой питания, волноводный резонатор, средство вывода микроволновой энергии, коаксиальный тракт транспортировки микроволнового излучения в виде внешнего и внутреннего электродов, систему подачи рабочего газа, отличающийся тем, что волноводный резонатор выполнен в виде отрезка прямоугольного волновода с отверстием в широкой стенке для ввода микроволнового излучения, генерируемого магнетроном, и с отверстиями для ввода петли связи резонатора с коаксиальным трактом транспортировки микроволнового излучения, при этом коаксиальный тракт состоит из металлического, например медного, внешнего электрода в виде цилиндра и внутреннего центрального, выполненного из металлической, например медной трубки, соединенной с системой подачи рабочего газа и являющейся продолжением петли связи, конечная часть центрального электрода выполнена в виде сопла Лаваля и изолирована от внешнего электрода кварцевой трубкой, внешний электрод снабжен стыкующейся с ним токопроводящей насадкой для формирования факела и защиты от микроволнового излучения, выполненной в виде полого цилиндра с прорезями или отверстиями в боковой поверхности. 1. A microwave plasmatron, including a magnetrol with a power system, a waveguide resonator, means for outputting microwave energy, a coaxial path for transporting microwave radiation in the form of external and internal electrodes, a gas supply system, characterized in that the waveguide resonator is made in the form of a piece of a rectangular waveguide with an aperture in a wide wall for introducing microwave radiation generated by a magnetron, and with holes for introducing a coupling loop between the resonator and the coaxial transport path microwave radiation, while the coaxial path consists of a metal, for example copper, external electrode in the form of a cylinder and an inner central one made of a metal, for example a copper tube connected to the working gas supply system and which is a continuation of the communication loop, the final part of the central electrode is made in the form Laval nozzles and is isolated from the external electrode by a quartz tube, the external electrode is equipped with a conductive nozzle that connects with it to form a torch and protect against microwave radiation, made in the form of a hollow cylinder with slots or holes in the side surface. 2. Микроволновый плазмотрон по п.1, отличающийся тем, что для усиления изолирующей функции расположенная на центральном электроде кварцевая трубка выступает на расстояние, обеспечивающее угол расхождения плазменной струи не более 20 - 25 град. 2. The microwave plasmatron according to claim 1, characterized in that for enhancing the insulating function, the quartz tube located on the central electrode protrudes to a distance that provides a divergence angle of the plasma jet of not more than 20 - 25 degrees. 3. Микроволновый плазмотрон по п.1, отличающийся тем, что боковая поверхность токопроводящей насадки на внешнем электроде выполнена в виде равномерно отстоящих друг от друга металлических, например медных стержней, помещенных в кварцевые трубки и закрепленных с двух сторон обручами из токопроводящего материала. 3. The microwave plasmatron according to claim 1, characterized in that the lateral surface of the conductive nozzle on the external electrode is made in the form of metal bars, for example, copper rods, evenly spaced from each other, placed in quartz tubes and fixed on both sides with hoops of conductive material. 4. Микроволновый плазмотрон по п.1, отличающийся тем, что при использовании в качестве рабочего газа воздуха, система подачи рабочего газа снабжена компрессором. 4. The microwave plasma torch according to claim 1, characterized in that when using air as the working gas, the working gas supply system is equipped with a compressor.
RU99118914A 1999-09-07 1999-09-07 Microwave plasma generator RU2153781C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99118914A RU2153781C1 (en) 1999-09-07 1999-09-07 Microwave plasma generator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99118914A RU2153781C1 (en) 1999-09-07 1999-09-07 Microwave plasma generator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2153781C1 true RU2153781C1 (en) 2000-07-27

Family

ID=20224551

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU99118914A RU2153781C1 (en) 1999-09-07 1999-09-07 Microwave plasma generator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2153781C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2486719C1 (en) * 2011-12-27 2013-06-27 Общество С Ограниченной Ответственностью "Плазма-Про" Gas cleaning, destruction and conversion method
EP3686916A1 (en) 2019-01-25 2020-07-29 Ining s.r.o. Gasification device and plasma shutter with slowing system of the gasification device
CN114477197A (en) * 2022-03-11 2022-05-13 瓮福(集团)有限责任公司 Method for preparing white carbon black by microwave plasma torch

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2486719C1 (en) * 2011-12-27 2013-06-27 Общество С Ограниченной Ответственностью "Плазма-Про" Gas cleaning, destruction and conversion method
EP3686916A1 (en) 2019-01-25 2020-07-29 Ining s.r.o. Gasification device and plasma shutter with slowing system of the gasification device
WO2020151774A1 (en) 2019-01-25 2020-07-30 Ining S.R.O. Gasification device and plasma shutter with a microwave plazma slowing system of the gasification device
CN114477197A (en) * 2022-03-11 2022-05-13 瓮福(集团)有限责任公司 Method for preparing white carbon black by microwave plasma torch

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107801286B (en) Microwave plasma excitation system based on dielectric barrier discharge pre-ionization
CA2221624C (en) Microwave-driven plasma spraying apparatus and method for spraying
KR100189311B1 (en) Microwave plasma torch and method for generating plasma
Conrads et al. Plasma generation and plasma sources
KR101286348B1 (en) Microwave plasma reactor
KR100638109B1 (en) Apparatus for generating plasma flame
JP5891341B2 (en) Plasma generating apparatus and method
US6558635B2 (en) Microwave gas decomposition reactor
US6388225B1 (en) Plasma torch with a microwave transmitter
CN101346032A (en) Barometric pressure microwave plasma generation device
Mizeraczyk et al. Studies of atmospheric-pressure microwave plasmas used for gas processing
US9451685B2 (en) Electromagnetic wave high frequency hybrid plasma torch
US6261525B1 (en) Process gas decomposition reactor
Tikhonov et al. The low-cost microwave plasma sources for science and industry applications
CN201230400Y (en) Atmosphere pressure microwave plasma producing device
JP3553021B2 (en) Microwave plasma burner
KR100954486B1 (en) A chemical reaction apparatus of radicals produced from microwave plasma torch
RU2171554C2 (en) Method of plasma generation and device for its realization
RU2153781C1 (en) Microwave plasma generator
KR100394994B1 (en) Plasma torch using of microwave
JPH0357199A (en) Microwave hot plasma torch
Hong et al. Generation of high-power torch plasma by a 915-MHz microwave system
CN207531150U (en) A kind of microwave plasma excitated system based on dielectric barrier discharge preionization
KR100695036B1 (en) High-temperature large-volume plasma gas-scrubber
KR20140045112A (en) Apparatus for generating and transferring chemical radicals