RU86415U1 - Nonequilibrium Plasma Generator - Google Patents

Abstract

Генератор неравновесной плазмы, отличающийся тем, что выполнен с возможностью обеспечения высокого удельного энерговклада посредством организации, по крайней мере, по одному из электродов быстрого пленочного потока проводящей жидкости со стороны, обращенной к области разряда, с возможностью формирования быстрого пленочного потока проводящей жидкости за счет центробежных сил на внутренней поверхности внешнего цилиндра коаксиальной газоразрядной камеры, с возможностью образования между внешним и внутренним электродами плазмы, с возможностью создания однородного быстрого потока пленки жидкости вдоль поверхности, с обеспечением устойчивости электрического разряда, обладающего распределенной отрицательной обратной связью, с использованием быстротекущей вдоль поверхности электрода пленки проводящей жидкости, с возможностью ослабления скачка тока путем усиления испарения жидкости, обеспечивающей уменьшение скорости размножения носителей заряда без ограничения на величину суммарного протекающего тока проводимости.Non-equilibrium plasma generator, characterized in that it is configured to provide a high specific energy input by organizing at least one of the electrodes of the fast film flow of the conductive liquid from the side facing the discharge region, with the possibility of forming a fast film flow of the conductive liquid due to centrifugal forces on the inner surface of the outer cylinder of the coaxial discharge chamber, with the possibility of formation between the outer and inner electrodes of the plasma, with the possibility of creating a uniform fast flow of a liquid film along the surface, ensuring the stability of an electric discharge having distributed negative feedback, using a conductive liquid fast flowing along the electrode surface, with the possibility of attenuating the current jump by enhancing liquid evaporation, which reduces the rate of charge carrier multiplication without limitation by the value of the total flowing conduction current.

Description

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯAPPLICATION AREA

Предлагаемая полезная модель относится к областям промышленности, в которых возможно применение неравновесной плазмы для проведения различных технологических операций синтеза веществ или для создания эффективных источников излучения, заряженных ионов или радикалов.The proposed utility model relates to industries where it is possible to use non-equilibrium plasma for various technological operations of the synthesis of substances or to create effective sources of radiation, charged ions or radicals.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION

Актуальной проблемой является создание генератора неравновесной плазмы с высоким удельным энерговкладом, с помощью создания быстрого пленочного потока проводящей жидкости или с использованием дополнительного механизма формирования потока проводящей жидкости внутри газоразрядной камеры, с использованием ферромагнитных наночастиц.An urgent problem is the creation of a nonequilibrium plasma generator with a high specific energy input, by creating a fast film flow of a conducting liquid or using an additional mechanism for forming a flow of a conducting liquid inside a gas discharge chamber, using ferromagnetic nanoparticles.

Известно, например, «Устройство и способ получения коротковолнового излучения из плазмы газового разряда» [1], в котором решалась задача ввода высокой плотности энергии в плазму для создания интенсивного источника коротковолнового излучения. Для этой цели предложено использовать осесимметричное расположение электродов с разделяющей их диафрагмой с осевым отверстием, что позволяло создать высокую концентрацию электрического поля в центре осевого отверстия в диафрагме, также использовался интенсивный коаксиальный предионизатор, расположенный в центре высоковольтного электрода и выполненный на основе скользящего разряда.It is known, for example, “A device and method for producing short-wave radiation from a gas-discharge plasma” [1], in which the problem of introducing a high energy density into a plasma to create an intense source of short-wave radiation was solved. For this purpose, it was proposed to use the axisymmetric arrangement of the electrodes with the diaphragm separating them with the axial hole, which made it possible to create a high concentration of the electric field in the center of the axial hole in the diaphragm; an intensive coaxial preionizer located in the center of the high-voltage electrode and based on a sliding discharge was also used.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является пленкообразующее устройство [2], в котором описано создание однородного быстрого потока пленки жидкости вдоль поверхности.The closest analogue of the invention is a film-forming device [2], which describes the creation of a uniform fast flow of a liquid film along the surface.

Однако приведенные выше аналоги не решают вышеуказанных проблем.However, the above analogues do not solve the above problems.

Техническим результатом, на достижение которого направлена данная полезная модель, является создание генератора неравновесной плазмы с высоким удельным энерговкладом, в котором реализовано создание однородного быстрого потока пленки жидкости вдоль поверхности, с обеспечением устойчивости электрического разряда, обладающего распределенной отрицательной обратной связью.The technical result, which this utility model aims to achieve, is to create a non-equilibrium plasma generator with a high specific energy input, which implements the creation of a uniform fast flow of a liquid film along the surface, while ensuring the stability of an electric discharge with distributed negative feedback.

РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИDISCLOSURE OF A USEFUL MODEL

Технический результат достигается тем, что предложен:The technical result is achieved by the fact that it is proposed:

1. Генератор неравновесной плазмы, отличающийся тем, что выполнен с возможностью обеспечения высокого удельного энерговклада, посредством организации, по крайней мере, по одному из электродов, быстрого пленочного потока проводящей жидкости со стороны, обращенной к области разряда, с возможностью формирования быстрого пленочного потока проводящей жидкости за счет центробежных сил на внутренней поверхности внешнего цилиндра коаксиальной газоразрядной камеры, с возможностью образования между внешним и внутренним электродами плазмы, с возможностью создания однородного быстрого потока пленки жидкости вдоль поверхности, с обеспечением устойчивости электрического разряда, обладающего распределенной отрицательной обратной связью, с использованием быстро текущей вдоль поверхности электрода пленки проводящей жидкости, с возможностью ослабления скачка тока путем усиления испарения жидкости, обеспечивающей уменьшение скорости размножения носителей заряда без ограничения на величину суммарного протекающего тока проводимости.1. A nonequilibrium plasma generator, characterized in that it is configured to provide a high specific energy input, by organizing at least one of the electrodes, a fast film flow of a conductive liquid from the side facing the discharge region, with the possibility of forming a fast film flow of a conductive liquid due to centrifugal forces on the inner surface of the outer cylinder of the coaxial gas discharge chamber, with the possibility of formation between the outer and inner electrodes of the plasma, with the possibility of creating a uniform fast flow of a liquid film along the surface, ensuring the stability of an electric discharge having distributed negative feedback, using a conductive liquid rapidly flowing along the surface of the electrode, with the possibility of attenuating the current jump by enhancing liquid evaporation, which reduces the rate of charge carrier multiplication without restrictions on the value of the total flowing conduction current.

Устройство для создания неравновесной плазмы отличается от известных тем, что оно позволяет реализовать высокие удельные энерговклады. Устройство выполнено с возможностью организации, по крайней мере, по одному из электродов 1 и 2, быстрого пленочного потока проводящей жидкости 3 со стороны, обращенной к области разряда. Формирование быстрого пленочного потока проводящей жидкости 3 происходит за счет центробежных сил на внутренней поверхности внешнего цилиндра 1 коаксиальной газоразрядной камеры 4. В генераторе неравновесной плазмы используют возможность организации электрического разряда с распределенной отрицательной обратной связью по току и одновременно с защитой электродов плазменного генератора от воздействия плазмы и для снятия высоких тепловых потоков, возникающих в местах ввода высоких плотностей энергии. Реализован предлагаемый генератор с использованием быстро текущей вдоль поверхности электрода пленки проводящей жидкости. Возникновение локального скачка тока в этом случае ослабляется за счет усиления испарения жидкости в данной точке и, вследствие этого, уменьшения скорости размножения носителей заряда. Жесткого ограничения на величину среднего протекающего тока проводимости при этом не возникает.A device for creating a nonequilibrium plasma differs from the known ones in that it allows one to realize high specific energy inputs. The device is configured to organize, at least one of the electrodes 1 and 2, a fast film flow of a conductive liquid 3 from the side facing the discharge region. The formation of a fast film flow of the conductive liquid 3 occurs due to centrifugal forces on the inner surface of the outer cylinder 1 of the coaxial gas discharge chamber 4. In the nonequilibrium plasma generator, the possibility of organizing an electric discharge with distributed negative current feedback and simultaneously protecting the electrodes of the plasma generator from plasma and to remove high heat fluxes arising in places of input of high energy densities. The proposed generator was implemented using a film of a conductive liquid rapidly flowing along the electrode surface. The occurrence of a local current jump in this case is attenuated due to increased evaporation of the liquid at a given point and, as a result, a decrease in the rate of multiplication of charge carriers. There is no strict limitation on the value of the average flowing conduction current.

Схема организации электрического разряда через быстро протекающую пленку жидкости представлена на Фиг.1, где по одному электроду 2 из электродов 1 и 2 быстро протекает пленка проводящей жидкости 3 толщиной 0,5-1 см. Для достижения больших энерговкладов требуется высокая однородность жидкой пленки.A diagram of the organization of an electric discharge through a rapidly flowing film of liquid is shown in FIG. 1, where a film of a conductive liquid 3 with a thickness of 0.5-1 cm quickly flows through one electrode 2 of the electrodes 1 and 2. To achieve high energy input, high uniformity of the liquid film is required.

Схема предлагаемого устройства реализована на основе цилиндрического плазменного реактора, представленного на Фиг.2, где позиции Фиг.2 пронумерованы следующим образом:The scheme of the proposed device is implemented on the basis of a cylindrical plasma reactor, shown in figure 2, where the positions of figure 2 are numbered as follows:

1 - электрод внешний1 - external electrode

2 - электрод внутренний2 - internal electrode

3 - пленка проводящей жидкости3 - film of conductive fluid

4 - камера газоразрядная4 - gas discharge chamber

5 - формирователь вихревого потока жидкости.5 - shaper vortex fluid flow.

В генератор неравновесной плазмы подают пленку проводящей жидкости 3 из формирователя вихревого потока жидкости 5.A film of conductive fluid 3 is supplied to a nonequilibrium plasma generator from a shaper of the vortex fluid flow 5.

В основу предложенной полезной модели положено пленкообразующее устройство, в котором реализовано создание однородного быстрого потока пленки жидкости вдоль поверхности, обеспечивающего устойчивость электрического разряда, обладающего распределенной отрицательной обратной связью, но в отличие от барьерного разряда, имеющего дело с токами проводимости. Удалось реализовать такое решение с использованием быстро текущей вдоль поверхности электрода пленки проводящей жидкости. Возникновение локального скачка тока в этом случае ослабляется за счет усиления испарения жидкости в данной точке и, вследствие этого, уменьшения скорости размножения носителей заряда, при этом жесткого ограничения на величину суммарного протекающего тока проводимости не возникает.The proposed utility model is based on a film-forming device, which implements the creation of a uniform fast flow of a liquid film along the surface, ensuring the stability of an electric discharge having distributed negative feedback, but in contrast to a barrier discharge dealing with conduction currents. It was possible to implement such a solution using a film of a conducting fluid rapidly flowing along the electrode surface. The occurrence of a local current jump in this case is attenuated due to increased evaporation of the liquid at a given point and, as a result, a decrease in the rate of multiplication of charge carriers, with no strict limitation on the value of the total flowing conduction current.

Генератор работает следующим образом. Однородный поток жидкости, движущейся по спирали, надежно покрывает внутреннюю полость внешнего цилиндра - электрода. Между внешним 1 и внутренним 2 электродами зажигается плазма со средними удельными энерговкладами, например, до 10 кВт/см³, что на два порядка превышает величины, достигнутые в других видах разряда. Плазма однородно заполняет коаксиальный промежуток между электродами. Особо нужно подчеркнуть наличие высокой неравновесности в полученной плазме: вблизи водяной пленки температура нейтральной компоненты не превышает, например, 100°С, в то время как температура электронов достигает, например, 10000-50000°С. При указанной плотности энерговклада высокая плотность радикалов приводит к интенсивному протеканию неравновесных реакций. Предлагаемое устройство может найти применение для обработки различных растворов, суспензий и пульп.The generator operates as follows. A homogeneous flow of fluid moving in a spiral, reliably covers the inner cavity of the outer cylinder - the electrode. Between the outer 1 and inner 2 electrodes, a plasma is ignited with average specific energy input, for example, up to 10 kW / cm ³ , which is two orders of magnitude higher than the values achieved in other types of discharge. Plasma uniformly fills the coaxial gap between the electrodes. It is especially necessary to emphasize the presence of high nonequilibrium in the obtained plasma: near the water film, the temperature of the neutral component does not exceed, for example, 100 ° C, while the temperature of the electrons reaches, for example, 10000-50000 ° C. At the indicated energy deposition density, a high density of radicals leads to an intense course of nonequilibrium reactions. The proposed device can be used for processing various solutions, suspensions and pulps.

Достигнут технический результат созданием генератора неравновесной плазмы с высоким удельным энерговкладом за счет формирования быстрого пленочного потока проводящей жидкости, в генераторе реализовано создание однородного быстрого потока пленки жидкости вдоль поверхности, обеспечена устойчивость электрического разряда, обладающего распределенной отрицательной обратной связью.The technical result was achieved by creating a nonequilibrium plasma generator with a high specific energy input due to the formation of a fast film flow of a conducting liquid, the generator implemented a uniform fast flow of a liquid film along the surface, and the stability of an electric discharge with distributed negative feedback was ensured.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬINDUSTRIAL APPLICABILITY

Предлагаемая полезная модель относится к областям промышленности, в которых возможно применение неравновесной плазмы для проведения различных технологических операций синтеза веществ или для создания эффективных источников излучения, заряженных ионов или радикалов.The proposed utility model relates to industries where it is possible to use non-equilibrium plasma for various technological operations of the synthesis of substances or to create effective sources of radiation, charged ions or radicals.

Предложенный генератор неравновесной плазмы с высоким удельным энерговкладом, с использованием быстрого пленочного потока проводящей жидкости, может найти применение для обработки различных растворов, суспензий и пульп. Устройство промышленно применимо для нужд науки и промышленности для проведения различных технологических операций синтеза веществ или для создания эффективных источников излучения, для получения интенсивных потоков заряженных ионов или радикалов. Предложенная полезная модель позволяет решать проблему разработки дешевых устройств по созданию стабильных источников неравновесной плазмы при высоком давлении, с высокими удельными энерговкладами.The proposed non-equilibrium plasma generator with a high specific energy input, using a fast film flow of a conducting liquid, can be used for processing various solutions, suspensions and pulps. The device is industrially applicable for the needs of science and industry for carrying out various technological operations for the synthesis of substances or for creating effective radiation sources, for obtaining intense flows of charged ions or radicals. The proposed utility model allows us to solve the problem of developing cheap devices for creating stable sources of non-equilibrium plasma at high pressure, with high specific energy input.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES

1. Патент РФ №2252496 (заявка №2002120301), H05G 2/00, Публикации: 2005.05.20.1. RF patent No. 2252496 (application No. 20022120301), H05G 2/00, Publications: 2005.05.20.

2. Патент РФ №79384, A23L 3/00 (2006.01), Публикация 2009.01.10.2. RF patent No. 79384, A23L 3/00 (2006.01), Publication 2009.01.10.

Claims (1)

Генератор неравновесной плазмы, отличающийся тем, что выполнен с возможностью обеспечения высокого удельного энерговклада посредством организации, по крайней мере, по одному из электродов быстрого пленочного потока проводящей жидкости со стороны, обращенной к области разряда, с возможностью формирования быстрого пленочного потока проводящей жидкости за счет центробежных сил на внутренней поверхности внешнего цилиндра коаксиальной газоразрядной камеры, с возможностью образования между внешним и внутренним электродами плазмы, с возможностью создания однородного быстрого потока пленки жидкости вдоль поверхности, с обеспечением устойчивости электрического разряда, обладающего распределенной отрицательной обратной связью, с использованием быстротекущей вдоль поверхности электрода пленки проводящей жидкости, с возможностью ослабления скачка тока путем усиления испарения жидкости, обеспечивающей уменьшение скорости размножения носителей заряда без ограничения на величину суммарного протекающего тока проводимости.

Non-equilibrium plasma generator, characterized in that it is configured to provide a high specific energy input by organizing at least one of the electrodes of the fast film flow of the conductive liquid from the side facing the discharge region, with the possibility of forming a fast film flow of the conductive liquid due to centrifugal forces on the inner surface of the outer cylinder of the coaxial discharge chamber, with the possibility of formation between the outer and inner electrodes of the plasma, with the possibility of creating a uniform fast flow of a liquid film along the surface, ensuring the stability of an electric discharge having distributed negative feedback, using a conductive liquid fast flowing along the electrode surface, with the possibility of attenuating the current jump by enhancing liquid evaporation, which reduces the rate of charge carrier multiplication without limitation by the value of the total flowing conduction current.