Способ получения объемной неравновесной плазмы при атмосферном давлении в молекулярных газах в трехэлектродной системе и устройство для его реализации

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОБЪЕМНОЙ НЕРАВНОВЕСНОЙ ПЛАЗМЫ ПРИ АТМОСФЕРНОМ ДАВЛЕНИИ В МОЛЕКУЛЯРНЫХ ГАЗАХ В ТРЕХЭЛЕКТРОДНОЙ СИСТЕМЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И. Степанова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Симончик Леонид Васильевич Архипенко Валерий Иванович Сафронов Евгений Александрович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И. Степанова Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Способ получения объемной неравновесной плазмы при атмосферном давлении в молекулярных газах в трехэлектродной системе, заключающийся в том, что обеспечивают проток инертного газа, например гелия или неона, или аргона, через отверстие в среднем электроде из первой во вторую секцию разрядной камеры, с зажиганием самостоятельного нормального тлеющего разряда между средним электродом и электродом-катодом первой секции посредством сведения до касания и разведения на расстояние порядка 2 мм электродов секций заполняют вторую секцию разрядной камеры молекулярным газом,например азотом или воздухом, или углекислым газом, с энергией ионизации, заведомо меньшей энергии ионизации газа, используемого в первой секции, при этом к электроду 14068 1 2011.02.28 второй секции прикладывают положительное по отношению к среднему электроду напряжение для зажигания несамостоятельного разряда во второй секции регулируют поток инертного газа через отверстие в среднем электроде для достижения максимального объема свечения разряда. 2. Устройство для получения объемной неравновесной плазмы при атмосферном давлении в молекулярных газах в трехэлектродной системе, содержащее двухсекционную разрядную камеру, три электрода, два источника питания постоянного тока, систему подачи и отвода газа, отличающееся тем, что секции выполнены разделенными средним электродом с центральным отверстием порядка 2 мм электроды секций выполнены с возможностью взаимного сведения до касания и разведения, а также разноудалены от среднего электрода и подключены к источникам питания, при этом минус первого источника питания соединен через первый балластный резистор с электродом первой секции, а плюс второго источника питания - через второй балластный резистор с электродом второй секции вторая секция выполнена с отверстием для подачи молекулярного газа, например азота или воздуха, или углекислого газа. Способ относится к области получения объемной неравновесной плазмы при атмосферном давлении в молекулярных газах и может быть использован для плазмохимии,эмиссионного спектрального анализа, для создания газоразрядных лазеров, для обработки поверхностей, стерилизации, обеззараживания, источников света. Способ получения неравновесной плазмы при атмосферном давлении реализуется в устройстве 1, состоящем из камеры, в которую помещены два плоских электрода - анод и катод, разделенные диэлектриком толщиной примерно 200 микрон, с отверстием диаметром порядка толщины диэлектрика, и третий электрод-анод, расположенный на расстоянии до 1 сантиметра от первого, системы подачи и отвода газа, источников постоянного напряжения. Между первым и вторым электродом в отверстии зажигается микроразряд с полым катодом с разрядным током несколько миллиампер. Несамостоятельный разряд возникает при подключении напряжения между вторым и третьим электродами. Недостатком данного способа является малый объем получаемой плазмы (до 1 см 3). Наиболее близкий по технической сущности к заявляемому способу является способ,реализованный в устройстве, описанном в 2 и заключающийся в том, что объемная неравновесная плазма атмосферного давления создается в трехэлектродной системе тлеющих разрядов в гелии, включающем двухсекционную разрядную камеру, три электрода(средний - катод, два других - аноды), два источника питания постоянного тока, систему подачи и отвода газа. Недостатком способа получения неравновесной плазмы в данном устройстве является то, что объемная плазма при атмосферном давлении может быть получена только в гелии. Задачей способа получения объемной неравновесной плазмы при атмосферном давлении в молекулярных газах в трехэлектродной системе и устройства для его реализации является получение объемной неравновесной плазмы при атмосферном давлении в молекулярных газах в трехэлектродной системе и увеличение объема неравновесной плазмы тлеющего разряда в молекулярных газах при атмосферном давлении. Для решения поставленной технической задачи предлагается способ получения объемной неравновесной плазмы при атмосферном давлении в молекулярных газах в трехэлектродной системе и устройство для его реализации. Способ получения объемной неравновесной плазмы при атмосферном давлении в молекулярных газах в трехэлектродной системе, заключающийся в том, что обеспечивает проток инертного газа, например гелия или неона, или аргона, через отверстие в среднем 2 14068 1 2011.02.28 электроде из первой во вторую секцию разрядной камеры, с зажиганием самостоятельного нормального тлеющего разряда между средним электродом и электродом-катодом первой секции посредством сведения до касания и разведения на расстояние порядка 2 мм электродов секций. Заполняют вторую секцию разрядной камеры молекулярным газом,например азотом или воздухом, или углекислым газом, с энергией ионизации, заведомо меньшей энергии ионизации газа, используемого в первой секции, при этом к электроду второй секции прикладывают положительное по отношению к среднему электроду напряжение для зажигания несамостоятельного разряда во второй секции регулируют поток инертного газа через отверстие в среднем электроде для достижения максимального объема свечения разряда. Устройство для получения объемной неравновесной плазмы при атмосферном давлении в молекулярных газах в трехэлектродной системе содержит двухсекционную разрядную камеру, три электрода, два источника питания постоянного тока, систему подачи и отвода газа. Секции выполнены разделенными средним электродом с центральным отверстием порядка 2 мм. Электроды секции выполнены с возможностью взаимного сведения до касания и разведения, а также разноудалены от среднего электрода и подключены к источникам питания. При этом минус первого источника питания соединен через первый балластный резистор с электродом первой секции, а плюс второго источника питания через второй балластный резистор с электродом второй секции вторая секция выполнена с отверстием для подачи молекулярного газа, например азота или воздуха, или углекислого газа. Общий вид предлагаемого устройства схематично представлен на фиг. 1, где 1 - корпус разрядной камеры 2, 3, 4 - электроды 1, 2 - балластные резисторы 1, 2 - источники питания. Согласно изобретению, разрядная камера 1 образуется двумя цилиндрическими кварцевыми стаканами (кварц 1 и кварц 2). Сверху и снизу стаканы закрыты диэлектрическими крышками, в которых закреплены электроды 2, 3 и 4. Электрод 2 изготовлен из вольфрама и имеет диаметр 10 мм, а его рабочая поверхность, обращенная к среднему электроду 3, слабо закруглена. Электрод 3 изготовлен из медной пластины и имеет отверстие порядка 2 мм в центре напротив электрода 2. Электрод 3 разделяет камеру на две секциии . Третий плоский электрод 4 диаметром 3 см изготовлен из меди и расположен на расстоянии до 5 см от среднего электрода 3 в секции . Система подачи газа состоит из двух баллонов, редукторов и трактов, по которым газ поступает в разрядную камеру 1 в секцию- гелий (аргон, неон), в секцию- молекулярный газ (азот, углекислый газ, воздух и т.д.). Система отвода газа из секциисостоит из тракта для отвода газа. Система питания имеет два источника. Первый источник 1 постоянного тока напряжением 500 В (сила тока до 2 , балластный резистор 1 порядка 100 Ом) служит для зажигания в секциисамостоятельного тлеющего разряда между электродами 2 и 3. Минус источника 1 должен быть соединен через балластный резистор 1 с электродом 2. Второй источник постоянного тока напряжением до 1500 В (сила тока до 0,5 , балластный резистор 2 порядка 1 кОм) служит для получения основного объемного несамостоятельного разряда в секции . Плюс источника 2 должен быть соединен через балластный резистор 2 с электродом 4. На фиг. 2 показан вид несамостоятельного разряда при атмосферном давлении в секции , когда в секциюпоступает гелий, а в секцию- аргон. Объемный разряд не образуется. Несамостоятельный разряд имеет вид контрагированного плазменного столба с поперечным размером, определяемым с диаметром отверстия. На фиг. 3-5 показан вид несамостоятельного разряда при атмосферном давлении в секции , когда в секциюпоступает гелий, а в секцию- углекислый газ, азот и 14068 1 2011.02.28 воздух соответственно. Поперечный размер разряда значительно превышает диаметр отверстия в среднем электроде 3. Устройство для получения объемной неравновесной плазмы при атмосферном давлении в молекулярных газах в трехэлектродной системе работает следующим образом 1. Открывают вентили баллонов и с помощью редукторов и расходомеров устанавливают расход газа порядка 2 литра в минуту в секцию , и 1 литр в минуту через секцию . 2. Включают источник питания 1. Устанавливают напряжение порядка 400 В. 3. Самостоятельный нормальный тлеющий разряд зажигается сведением электродов 2 и 4 до касания и последующего разведения на расстояние порядка 2 мм. Изменением напряжения источника 1 устанавливают силу тока 0,3 . 4. Включают источник питания 2. Повышая напряжение источника 2, добиваются зажигания несамостоятельного разряда в секциии устанавливают необходимый ток до 0,3. 5. Регулируя поток газа через отверстие в электроде 3, добиваются максимального объемного свечения несамостоятельного разряда в секции . Таким образом, применение предлагаемого способа позволяет получить объемную Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5