Устройство для генерации плазменных потоков

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕНЕРАЦИИ ПЛАЗМЕННЫХ ПОТОКОВ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Авраменко Владимир Борисович Кузмицкий Антон Михайлович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(57) Устройство для генерации плазменных потоков высокой чистоты, содержащее диэлектрический корпус, два электрода, расположенных с противоположных сторон корпуса, канал разряда, отличающееся тем, что диэлектрический корпус выполнен в виде стержня, вдоль оси которого расположен канал разряда, диаметр которого превышает диаметр капилляра и составляет 6 мм и более, между верхними и нижними выступами стержня диэлектрического корпуса и каналом разряда выполнены углубления, в которых расположены замкнутые электроды, толщина диэлектрического корпуса между двумя противоположными электродами обеспечивает изоляцию их, толщина стенок канала разряда составляет 1-2 мм, при этом диэлектрические выступы канала разряда над замкнутыми электродами больше 2 мм.(56) 1. Минько Л.Я. Получение и исследование импульсных плазменных потоков. - Минск Наука и техника, 1970. - 184 с. 2. Огурцова Н.Н. Исследование мощного импульсного разряда с ограниченным диаметром канала / Н.Н. Огурцова, И.В. Подмошенский // Оптика и спектроскопия. - 1958. Т. 4,4. - С. 539-541. Устройство относится к области физики плазмы и может быть использовано для получения плазмы высокой чистоты из материала диэлектрика при давлении порядка атмосферного, для изучения приэлектродных процессов и явлений на электродах, оптических,теплофизических и плазмодинамических свойств вещества при высоких температурах, а также для нанесения покрытий и тонких пленок и модификации поверхности. Известен источник эрозионной плазмы 1, содержащий диэлектрическую камеру с отверстиями и два электрода, один располагается внутри камеры и закрывает с одной стороны отверстие в камере. Второй электрод имеет центральное отверстие с диаметром,равным диаметру камеры, через которое осуществляется истечение плазмы в атмосферу. Недостаточная чистота плазмы получается в этом устройстве потому, что в нее непосредственно попадают примеси плазмы материала электродов, которые недопустимы при нанесении покрытий на оптические детали и детали, где требуется особая чистота плазмы из диэлектриков. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является источник мощного капиллярного разряда 2, включающий диэлектрическую пластину (корпус) со сквозным отверстием, служащую каналом разряда, и два электрода, расположенные по обе стороны пластины. Указанное устройство не обеспечивает получение истекающего плазменного потока высокой чистоты большого диаметра. Технической задачей предполагаемой полезной модели является создание устройства,обеспечивающего получение плазмы высокой чистоты относительно большого диаметра. Поставленная техническая задача решается тем, что в устройстве для генерации плазменных потоков высокой чистоты, содержащем диэлектрический корпус, два электрода,расположенных с противоположных сторон корпуса, канал разряда, диэлектрический корпус выполнен в виде стержня, вдоль оси которого расположен канал разряда, диаметр которого превышает диаметр капилляра и составляет 6 мм и более, между верхними и нижними выступами стержня диэлектрического корпуса и каналом разряда выполнены углубления, в которых расположены замкнутые электроды, толщина диэлектрического корпуса между двумя противоположными электродами обеспечивает изоляцию их, толщина стенок канала разряда составляет 1-2 мм, при этом диэлектрические выступы канала разряда над замкнутыми электродами больше 2 мм. Совокупность указанных признаков позволяет решить поставленную техническую задачу за счет того, что электроды, выполненные с осевыми отверстиями и расположенные симметрично каналу разряда, утоплены в корпус на глубину, превышающую два диаметра плазменных струй из электродных пятен (больше 2 мм), что предотвращает их столкновение с основной струей, то есть смешивание плазмы из материалов диэлектрика и электродов, позволяет увеличить диаметр разрядной камеры и приводит к увеличению диаметра плазменного потока. На фигуре представлено устройство для генерации плазменных потоков, состоящее из диэлектрического корпуса 1, замкнутых электродов 2, канала разряда 3, выступа канала разряда 4 и углубления 5. Диэлектрический корпус 1 представляет собой стержень, имеющий на концах и посередине выступы, вдоль оси по центру среднего выступа расположен канал разряда 3, диа 2 49052008.12.30 метр которого превышает диаметр капилляра и составляет 6 мм и более. Между выступом канала разряда 4 и верхним и нижним выступами стержня диэлектрического корпуса выполнены углубления 5, в которых по обе стороны размещены замкнутые электроды 2. Толщина стержня диэлектрического корпуса 1 между замкнутыми электродами 2 является изолятором. Устройство для генерации плазменных потоков работает следующим образом. Электрический разряд осуществляется между двумя замкнутыми электродами 2. Разряд происходит по каналу разряда 3, изгибается перпендикулярно каналу разряда 3 на длину,равную ширине выступа канала разряда 4, затем снова изгибается, во второй раз, вдоль выступа канала разряда 4, замыкая электроды 2. На замкнутых электродах 2 образуются электродные пятна, плазменные струи из которых истекают перпендикулярно поверхности электродов 1. Поперечный размер электродной струи примерно 1 мм. Движущаяся в окружающей атмосфере плазма электродных струй перемешивается с плазмой, истекающей из канала разряда 3. Для предотвращения перемешивания истекающей основной плазменной струи из диэлектрического корпуса с плазмой замкнутых электродов выступы канала разряда 4 над замкнутыми электродами 2 больше 2 мм. Толщина стенок канала разряда 3 должна выдерживать действие образующейся при пробое межэлектродного промежутка ударной волны. Эксперименты показали, что оптимальная толщина стенки канала разряда 3 составляет примерно от 1 до 2 мм. Диаметр канала разряда 3 превышает диаметр капилляра (примерно 2 мм при близких электрофизических параметрах разряда) для получения плазмы высокой чистоты относительно большого диаметра и составляет 6 мм и более. В устройстве для генерации плазменных потоков высокой чистоты максимальную тепловую нагрузку несут замкнутые электроды 1. Вследствие выделения на них значительной части запасаемой в накопителе энергии они сильно нагреваются. Повышение температуры электродов облегчает испарение вещества с поверхности, поэтому желательно уменьшать интенсивность обоих этих процессов. Обычно в качестве материала для электродов используются элементы с высокой электропроводностью, которые в то же время,как правило, являются и хорошими проводниками тепла. В данном случае для экспериментальных исследований можно пользоваться без дополнительного охлаждения более массивными электродами, что способствует распределению тепловой нагрузки по относительно большой массе. Конструктивно электроды могут иметь любую форму и быть симметричными относительно друг друга. Поверхность может быть плоской или выпуклой от оси. Принципиальных ограничений на размеры электродов не имеется. Жесткие ограничения накладываются электрофизическими требованиями на толщину изолятора, которая должна быть не менее той, что предотвращает пробой диэлектрика. Таким образом, заявленное устройство позволяет получить плазменные потоки высокой чистоты из материала диэлектрика при давлении порядка атмосферного относительно большого диаметра, существенно превышающего диаметр мощного капиллярного разряда. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3