Способ генерации плазмы и устройства для его осуществления

 

Использование: в области генерации СВЧ-плазмы. Сущность изобретения: способ генерации плазмы заключается в том, что в газовой среде с помощью электромагнитной волны СВЧ-диапазона создают инициированный разряд, фиксируют полученную структуру разряда, выделяют повторяющийся элемент разряда, затем в области плазмообразования размещают инициатор, геометрические параметры и форма которого по существу идентичны периодически повторяющемуся элементу структуры разряда, и ориентируют инициатор относительно вектора электромагнитной волны в соответствии с ориентацией периодически повторяющегося элемента структуры разряда при его фиксации и под воздействием электромагнитной волны СВЧ-диапазона генерируют плазму. Инициаторы в устройствах для генерации плазмы выполняют в виде спирали и полуволнового диполя при линейно поляризованном излучении и в виде спирали и круга при циркулярной поляризации. 5 с. и 15 з. п. ф-лы, 2 табл. 17 ил.

Изобретение относится к области генерации СВЧ-плазмы и может найти применение при проведении плазмохимических реакций в гомогенных (газах, жидкостях) и гетерогенных средах, включая устранение экологически вредных примесей в выбросах промышленного и бытового характера, локальной и дистанционной очистки атмосферы Земли; в плазменной обработке материалов, включая травление поверхности материалов, напыление, модификацию поверхности материалов, плазменную очистку порошков; при создании плазменных объектов в атмосфере Земли, включая высотные плазменные зеркала для дальней радиосвязи, плазменные антенны, плазменные образования вокруг летательных аппаратов; при проведении научно-исследовательских работ, особенно в исследованиях, требующих пространственно-временной стабильности получения СВЧ-разрядов при низких уровнях СВЧ-мощности и в широком диапазоне давлений газовых сред; в учебных целях, в том числе для демонстрации основных закономерностей зарождения и развития СВЧ-разрядов в газах и их структурных форм, основ плазмохимии; для создания компактных, маломощных и легко транспортируемых установок, создающих СВЧ-плазму, например для проведения спектрального анализа загрязнения почв, других задач аналитической спектрометрии и экологического контроля; в медицинских и биологических приложениях, в том числе в целях дезинфекции и стерилизации объектов и инструмента.

Важнейшей предпосылкой эффективного практического использования плазмы СВЧ-разряда является стабильность ее генерации при возможно более низких уровнях напряженности электрического поля волны как в импульсных, так и непрерывных режимах генерации. Отсутствие стабильности генерации плазмы практически полностью закрывает возможности ее применения в технологиях, а работа при высоких уровнях электрических полей приводит к необходимости использования мощных и дорогостоящих СВЧ-установок, имеющих к тому же пониженный ресурс работы и работающих, как правило, в изолированных боксах, защищающих персонал от рентгеновских и СВЧ-излучений.

Общеизвестны способы генерации плазмы в газах, в которых порог генерации СВЧ-плазмы разряда понижается путем использования дополнительного интенсивного потока электромагнитного излучения оптического либо ультрафиолетового диапазона. Роль фактора, понижающего порог разряда, играет либо область оптического пробоя, создаваемого сфокусированным пучком света лазера, либо электроны, создаваемые в течение некоторого времени источником ультрафиолетового излучения. Однако в этом случае пороги образования инициированного СВЧ-разряда являются достаточно высокими, а устройства инициации сложными.

Известен способ генерации плазмы, заключающийся в том, что с помощью электромагнитной волны СВЧ-диапазона в газовой среде создают инициированный разряд и генерируют плазму. Стабильная генерация плазмы в газовой среде при воздействии на нее электромагнитной СВЧ-волной происходит при превышении напряженностью электрического поля волны порога зажигания самостоятельного разряда. В воздухе, например, самостоятельный разряд стабильно зажигается при выполнении условия Е > >10^-15 ˙ N, где Е среднеквадратичная напряженность электрического поля СВЧ-волны, В/см; N концентрация нейтральных частиц газа, см^-3. Получение СВЧ-разряда при давлениях в десятки-сотни килопаскаль требует, таким образом, весьма высоких напряженностей электрических полей, достигающих единиц-десятков киловольт на сантиметр, а следовательно, требующих для реализации мощных СВЧ-установок.

Для понижения порога генерации СВЧ-плазмы и, следовательно, снижения уровней мощности СВЧ-установок при реализации способа в области плазмообразования размещают инициатор. Инициаторами служат обычно металлические иглы, многоострийные металлические "метелки", металлдиэлектрические мишени, пламя, аэрозоли и другие объекты, размещаемые в газовой среде на пути СВЧ-излучения. наилучшим среди перечисленных, известных прежде инициаторов как по уровню понижения порога, так и по стабильности воспроизведения СВЧ-разряда является многоострийная металлическая "метелка". Использование инициаторов в несколько раз понижает порог генерации плазмы в зависимости от давления газа. Вместе с тем пространственно-временная стабильность воспроизведения СВЧ-разряда во многих случаях оказывается весьма неудовлетворительной. Это нежелательное свойство инициированного разряда особенно ярко проявляется при понижении напряженности электрического поля СВЧ-излучения и препятствует практическому использованию плазмы разряда с характеристиками, находящимися в области нестабильной генерации плазмы.

Устройство для реализации описанного выше способа генерации плазмы содержит камеру, заполненную газом, в которой на пути СВЧ-волны установлен инициатор в виде многоострийной металлической "метелки", укрепленной на металлическом или диэлектрическом стержне. СВЧ-излучение воздействует на инициатор, размещенный в камере, и через некоторое время, называемое временем задержки, на инициаторе возникает слабое свечение. Если время СВЧ-воздействия, т. е. длительность СВЧ-импульса, превышает время задержки, то начальное слабое свечение растет в размерах и структурируется. Если уровень напряженности поля волны и длительность импульса достаточны, то данное плазменное образование "отрывается" от инициатора и распространяется навстречу СВЧ-излучению. В режиме распространения вид разряда, его структура и другие характеристики не зависят от конкретного устройства инициатора. Инициатор в виде многоострийной металлической "метелки" понижает порог стабильной генерации СВЧ-плазмы в воздухе при атмосферном давлении, например, с 30 до 3 кВ/см. При дальнейшем уменьшении напряженности электрического поля электромагнитной волны резко уменьшается стабильность (т.е. вероятность) возникновения разряда и при Е < 1 кВ/см при атмосферном давлении вероятность возникновения разряда в воздухе практически равна нулю. Понижение вероятности возникновения СВЧ-разряда в импульсе с заданной длительностью и амплитудой электрического поля сопровождается существенным разбросом в размерах плазменного объема. В указанном устройстве порог стабильной генерации СВЧ-плазмы понижен благодаря использованию инициатора в виде "метелки". Вместе с тем порог генерации плазмы в таких устройствах остается довольно высоким. В связи с вышеизложенным указанные способ и устройство не нашли широкого применения в практических приложениях, где используется плазма СВЧ-разряда.

В основу изобретения положена задача разработать способ генерации плазмы в газах с использованием инициатора и устройство для его осуществления, в которых за счет согласования геометрии и расположения инициатора с характеристиками воздействующего СВЧ-излучения обеспечивалось бы максимальное понижение порога стабильной генерации и поддержания плазмы СВЧ-разряда.

Поставленная задача решается тем, что по способу генерации плазмы заключающемуся в том, что в газовой среде с помощью электромагнитной волны СВЧ-диапазона создают инициированный разряд, генерирующий плазму, согласно изобретению после создания инициированного разряда фиксируют полученную структуру разряда, выделяют периодически повторяющийся элемент структуры разряда, затем в области плазмообразования используют инициатор, форма и геометрические параметры которого идентичны периодически повторяющемуся элементу структуры разряда, ориентируют инициатор относительно вектора электрического поля электромагнитной волны в соответствии с ориентацией периодически повторяющегося элемента структуры разряда при его фиксации и под воздействием электромагнитной волны СВЧ-диапазона генерируют плазму.

Кроме того, поставленная задача решается тем, что в устройстве для реализации способа генерации плазмы, содержащем размещенный в газовой среде инициатор и СВЧ-излучатель, воздействующий на инициатор, согласно изобретению в случае СВЧ-излучателя, создающего линейно-поляризованное СВЧ-излучение, инициатор выполнен в виде синусоиды из токопроводящего материала с пространственным периодом, равным λ/4, и амплитудой λ/8, ось которой ориентирована вдоль направления распространения СВЧ-излучения, а ее плоскость расположена в плоскости электрического поля СВЧ-волны.

Также поставленная задача решается тем, что в устройстве для реализации способа генерации плазмы, содержащем размещенный в газовой среде инициатор и СВЧ-излучатель, воздействующий на инициатор, согласно изобретению в случае СВЧ-излучателя, создающего линейно-поляризованное СВЧ-излучение, инициатор выполнен в виде полуволнового диполя из токопроводящего материала, ось которого ориентирована вдоль вектора электрического поля СВЧ-волны.

Поставленная задача решается также тем, что в устройстве для реализации способа генерации плазмы, содержащем размещенный в газовой среде инициатор и СВЧ-излучатель, воздействующий на инициатор, согласно изобретению в случае СВЧ-излучателя, создающего циркулярно поляризованное СВЧ-излучение, инициатор выполнен в виде спирали из токопроводящего материала с шагом и диаметром λ/4, с поляризацией спирали, совпадающей с поляризацией СВЧ-излучения, а ось симметрии ориентирована вдоль направления распространения СВЧ-излучения.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для реализации способа генерации плазмы, содержащем размещенный в газовой среде инициатор и СВЧ-излучатель, воздействующий на инициатор, согласно изобретению в случае СВЧ-излучателя, создающего циркулярно поляризованное СВЧ-излучение, инициатор выполнен в виде круга из токопроводящего материала диаметром λ/2, плоскость которого ориентирована ортогонально направлению распространения СВЧ-излучения.

Целесообразно при размещении инициатора в камере, заполненной газовой средой, выполнять инициатор трубчатым, внутреннюю полость которого соединять с источником подачи газа в камеру или системой откачки. Возможно наружную поверхность инициатора покрывать слоем диэлектрика. Возможно снабжать устройство источниками переменного и постоянного напряжения для попеременного подключения их к инициатору. Для оперативной адаптации к конфигурации СВЧ-поля в зоне разряда целесообразно устройство снабжать системой линейных и угловых перемещений.

В предлагаемых способе генерации плазмы в газовой среде СВЧ-волной и устройствах для его осуществления с использованием инициатора порог стабильной генерации и поддержания СВЧ-плазмы разряда оказывается максимально пониженным вследствие того, что используются инициаторы, форма, размеры и ориентация которых согласованы с характеристиками воздействующего СВЧ-излучения. Способ понижает пороги стабильной генерации СВЧ-плазмы по сравнению со способом, использующим в качестве инициатора "метелку", в зависимости от давления газа в два и более раза.

Таким образом, способ позволяет понизить необходимую мощность СВЧ-генераторов, повысить экономичность использования излученной ими СВЧ-энергии и, следовательно, применять более надежные, компактные и дешевые СВЧ-излучатели. Способ позволяет добиваться эффекта во всем означенном диапазоне длин волн, при любой геометрии пучка СВЧ-волн и любой поляризации СВЧ-излучения. Эффект ярко проявляется при давлениях газа от сотен паскаль и выше. Предлагаемый способ позволяет использовать в технологиях ранее недоступные области параметров СВЧ-плазмы.

На фиг. 1 и 2 изображена структура разряда при линейной поляризации СВЧ-излучения с периодически повторяющимся элементом структуры в виде синусоиды; на фиг.3 и 4 структура разряда при линейной поляризации СВЧ-излучения с периодически повторяющимся элементом структуры в виде диполя; на фиг.5 и 6 структура разряда при круговой поляризации СВЧ-излучения с периодически повторяющимся элементом структуры в виде спирали и диска; на фиг.7 структура разряда при круговой поляризации СВЧ-излучения с периодически повторяющимся элементом структуры разряда в виде шара; на фиг.8 показаны области существования различных инициированных разрядов; на фиг.9 представлено устройство для осуществления способа генерации плазмы с инициатором в виде синусоиды; на фиг.10 13 изображен инициатор в виде синусоиды, диполя, спирали и круга; на фиг.14 представлено устройство для осуществления способа генерации плазмы с инициатором, выполненным трубчатым; на фиг.15 устройство на фиг.9 с источниками постоянного и переменного напряжения; на фиг.16 показан инициатор с нанесенным покрытием; на фиг.17 изображено устройство для генерации плазмы с использованием магнитного поля.

В основу предлагаемого способа генерации плазмы положены результаты экспериментального излучения и системного анализа структурных особенностей и характера формирования инициированных СВЧ-разрядов в свободном пространстве на пути распространения СВЧ-волны. Способ генерации плазмы СВЧ-волной с использованием инициатора заключается в том, что в газовой среде электромагнитной волной СВЧ-диапазона создают инициированный разряд. С помощью средств фоторегистрации фиксируют структуру разряда и выделяют в структуре разряда периодически повторяющийся элемент разряда. Далее используют для генерации плазмы СВЧ-разряда инициатор из токопроводящего материала, форма, размеры и ориентация которого по существу идентичны периодически повторяющемуся элементу структуры разряда при его фоторегистрации, что позволяет максимально понизить пороги генерации и поддержания СВЧ-плазмы. Рассмотрим более подробно реализацию способа при линейной и циркулярной поляризации СВЧ-излучения.

При линейной поляризации СВЧ-излучения эксперименты проводились в заполненной газом камере, в которую подавалась линейно поляризованная СВЧ-волна сантиметрового диапазона длин волн. Длительность СВЧ-импульса изменялась от 10^-6 с до непрерывного, амплитуда Е электрического поля СВЧ-волны варьировалась в диапазоне от 3 В/см до 3 кВ/см, а давление Р газа от 0,13 до 100 кПа. Эксперименты проводились в воздухе, технически чистых азоте, водороде, углекислом газе, гелии и аргоне. Фиксация разряда производилась в видимом диапазоне излучения скоростным и интегральным фоторегистраторами одновременно в различных проекциях относительно вектора электрического поля СВЧ-волны. Анализ материалов фоторегистрации показал, что при Е > Е* и Е/P <(E/P)*, где Е напряженность электрического поля волны; Е* критическая напряженность электрического поля волны; Р* критическое давление газа, периодически повторяющимся элементом структуры инициированных разрядов при линейной поляризации СВЧ-излучения являются продольные по отношению к волновому вектору k ветви, значительное число элементов которых лежит в плоскости поляризации излучения. В этой плоскости образуется ветвь, представляющая собой канал синусоидальной формы с осью вдоль вектора k (фиг.1, 2). Пространственный период синусоиды близок к λ/4, а ее амплитуда к λ/8 (λ длина СВЧ-волны). Таким образом, в кажущейся хаотичной структуре разряда был выделен периодически повторяющийся в пространстве базовый элемент в виде синусоиды. Периодически повторяющийся элемент является фундаментом при формировании структуры разряда. Для каждого газа существует критическое давление Р*, ниже которого рассматриваемая структура реализоваться не может. Эксперимент дал следующие приблизительные значения критического давления Р*: воздух, азот 9,2 кПа, двуокись углерода 6,5 кПа, водород 18 кПа, гелий 65 кПа, аргон 1,3 кПа. Сводные результаты эксперимента представлены в табл.1.

Кроме того, анализ материалов фоторегистрации показал, что при условии (Е/P)* < <E/P < (E/P)₁, где (Е/P)₁ соответствует пробойному значению E/P газа в СВЧ-волне без инициатора, (E/P)₁ 0,6 (E/P)*, фиксируемый периодически повторяющийся элемент структуры разряда проявляется в виде полуволнового диполя, ориентированного вдоль вектора Е волны (фиг.3, 4).

При циркулярной поляризации эксперименты проводились также в заполненной газом камере, в которую подавалось СВЧ-излучение циркулярной поляризации сантиметрового диапазона. Схема эксперимента, камера СВЧ-излучения, а также методы регистрации и анализа те же, что описаны для случая линейной поляризации. В результате проведенных экспериментов получено, что в случае циркулярной поляризации СВЧ-излучения периодически повторяющимся элементом структуры разряда является спираль с шагом и диаметром, близким к λ/4, и той же поляризации, что и электромагнитная волна (фиг.5). Область параметров, в которой фиксируется периодически повторяющийся элемент структуры разряда в виде спирали, приблизительно соответствует области параметров, в которой фиксируется периодически повторяющийся элемент в виде синусоиды для случая линейной поляризации СВЧ-излучения.

Область параметров, в которой фиксируется периодически повторяющийся элемент структуры разряда в виде круга с диаметром λ/2 (фиг.6), соответствует области параметров, в которой фиксируется периодически повторяющийся элемент в виде полуволнового диполя для линейной поляризации.

При Е < Е* и произвольной поляризации, но выше порога инициации плазмы, наблюдаются медленно движущиеся разряды диффузионного типа со сферической конфигурацией граничных областей свечения. Вблизи порога генерации плазмы они фиксируются в виде шара (фиг.7). В данной области параметров величина напряженности электрического поля для различных газов и давлений изменяется в пределах от 3 до 20 В/см.

Результаты приведенных выше экспериментов и модельные представления позволили определить границы существования периодически повторяющихся элементов структуры разряда в универсальном, независящем от рода газа виде (фиг. 8).

Таким образом выяснилось, что существует всего несколько типов структур инициированного разряда, различаемых по периодически повторяющемуся элементу структуры разряда, пространственные характеристики которого и несут в себе информацию о параметрах и характеристиках воздействующего СВЧ-излучения. Это привело к идее использования в качестве инициаторов выделенных периодически повторяющихся элементов структуры разряда, как максимально адаптированных к параметрам воздействующего СВЧ-излучения. Таким образом, стало ясно, что инициаторы типа "метелки", не учитывающие параметров СВЧ-волны, не могут обеспечить дальнейшего понижения порога стабильной генерации СВЧ-плазмы.

Представленные выше результаты и определили новый подход к проблеме инициации СВЧ-разрядов, составив основу предложенного устройства для способа генерации плазмы.

Устройство для осуществления способа генерации плазмы согласно изобретению содержит камеру 1 (фиг.9), заполненную газовой средой, внутри которой установлен инициатор 2 (фиг.10), находящийся под воздействием СВЧ-излучателя 3 (фиг.9).

При линейной поляризации СВЧ-излучения используется инициатор 2 в виде синусоиды, выполненной из проводящего материала с пространственным периодом, равным λ/4, и амплитудой синусоиды, равной λ/8, длиной больше половины пространственного периода, с ориентацией оси синусоиды вдоль направления распространения СВЧ-излучения. Инициатор 2 устанавливается так, чтобы плоскость синусоиды была расположена в плоскости электрического вектора СВЧ-волны.

При линейной поляризации излучения используется также инициатор 4 (фиг. 11) в виде полуволнового поводящего диполя, ориентированного вдоль вектора Е электрического поля СВЧ-волны.

При циркулярной поляризации излучения используется инициатор 5 (фиг.12) в виде проводящей спирали с пространственным шагом, равным λ/4, диаметром, равным λ/4, с поляризацией спирали, совпадающей с поляризацией вектора электрического поля СВЧ-волны, длиной инициатора 5, большей одного пространственного шага спирали, и ориентацией оси спирали вдоль направления распространения СВЧ-излучения.

При циркулярной поляризации излучения используется инициатор 6 (фиг.13) в виде проводящего круга диаметром λ/2, ориентированного так, что плоскость круга совпадает с плоскостью вращения вектора Е СВЧ-волны.

Рассмотрим работу устройства. Инициатор 2 располагают на пути СВЧ-волны, испускаемой СВЧ-излучателем 3. Под воздействием СВЧ-излучения вблизи конца инициатора 2 генерируется плазма. Экспериментально было установлено, что инициаторы 2, 4, 5, 6 соответственно в виде синусоиды, диполя, спирали и круга заметно понизили порог стабильного возникновения разряда и разброс в его пространственных характеристиках. Именно инициаторы 2, 4, 5 обеспечили поддержание СВЧ-разряда при крайне низких значениях электрического поля СВЧ-волны, равных 2-3 В/см при давлениях 1,3 2,0 кПа. Столь низкие значения полей, поддерживающих СВЧ-разряд в молекулярных газах, зафиксированы впервые и демонстрируют высокие качества предложенных инициаторов 2, 4, 5. Явление поддержания плазмы низкими полями СВЧ-волны, особенно хорошо воспроизводимое на инициаторе 5 в виде спирали, получило название низкопорогового шарового СВЧ-разряда. Общая СВЧ-мощность, подводимая к шаровому СВЧ-разряду, не превышала 1 Вт.

Кроме того, в табл.2 приведены некоторые наилучшие варианты использования инициаторов для генерации плазмы. Как видно из табл.2, использование предложенных инициаторов позволяет существенно снизить необходимую для генерации плазмы мощность СВЧ-установок, которая даже в случае работы в короткоимпульсном режиме в воздухе атмосферного давления не превышает нескольких киловатт (в импульсе).

Возможны различные модификации конструктивного использования инициаторов для расширения технологических возможностей предлагаемого устройства. Так, для решения ряда задач инициаторы 2 целесообразно изготавливать из проводящих трубок (фиг. 14). В этом случае инициатор 2 устанавливают в камере 1, а конец трубки инициатора 2, не взаимодействующий с СВЧ-волной, соединяют с системой 7 подачи или отбора газа. При воздействии СВЧ-излучением на инициатор 2 и зажигании на нем разряда через систему 7 в область генерации плазмы подается газ или смесь газов либо через систему 7 производится отбор газа, обработанного СВЧ-плазмой. Подача газа в область генерации плазмы реализует вариант СВЧ-установки с активной регулировкой параметров плазмы и газа. Забор газа из области генерации плазмы позволяет отводить продукты химических реакций, происходящих в плазме, и производить их закалку. Исполнение инициатора 2 в виде трубок также позволяет при необходимости охлаждать сам инициатор 2.

Для реализации дополнительного управления процессами зажигания, поддержания и погасания плазмы инициатор 2 (фиг.15) подключают к источнику постоянного либо переменного напряжения. В этом случае инициатор 2 устанавливают в камере 1, а конец проводящей части инициатора 2, не взаимодействующий с СВЧ-волной, подключают к источнику 8 постоянного либо переменного напряжения через развязку 9. Источник 8 напряжения включают либо до начала воздействия СВЧ-излучения и генерации плазмы на инициаторе 2, либо во время такого воздействия. При этом амплитуда и частота подаваемого на инициатор 2 напряжения в случае необходимости могут изменяться во времени, осуществляя дополнительную модуляцию параметров генерируемой СВЧ-плазмы.

В случае необходимости для предохранения плазмы от загрязнения материалом инициатора 2 (фиг.16) проводящие части последнего покрывают слоем диэлектрика 10, либо инициатор 2 выполняют из расходуемого или частично расходуемого проводящего материала для введения в плазму необходимых веществ.

Предложенное устройство легко дополняется источником 11 переменного, либо постоянного тока для создания импульсного магнитного поля (фиг.17), дополнительно воздействующего на плазму. В этом случае катушка 12 размещается в камере 1 как показано на фиг.17. В камере 1 устанавливают также инициатор 2. Катушка 12 подключена к источнику 11 питания постоянного либо переменного тока, что позволяет создать в области генерации плазмы соответственно постоянное или переменное магнитное поле. Источник 11 питания включают либо до начала воздействия СВЧ-излучения и генерации плазмы на инициаторе 2, либо во время такого воздействия. При этом амплитуду магнитного поля в случае необходимости можно изменять во времени. Воздействие магнитным полем на плазму расширяет возможности технологического применения установки.

В случае широкого СВЧ-пучка можно использовать сразу несколько инициаторов, в том числе и различных. Инициатор в случае необходимости может быть размещен и в свободном пространстве (без камеры), например поднят в воздух на аэростате, установлен на высокой точке местности и т.п. В этом случае возможно использование электромагнитного излучения с длинами волн, большими означенных в способе.

Комбинирование указанными возможностями приводит к значительному расширению областей применения способа и диапазона управления параметрами плазмы. Таким образом, в предлагаемых вариантах способа генерации плазмы СВЧ-волной с использованием инициатора обеспечено максимальное понижение порога генерации и поддержания плазмы, так как использованы инициаторы, форма, размеры и ориентация которых согласованы с характеристиками воздействующего СВЧ-излучения. Способ позволяет добиваться эффекта в любых газах и их смесях во всем означенном диапазоне длин волн, при любой геометрии СВЧ-пучка и любой поляризации СВЧ-излучения. Предлагаемый способ позволяет использовать ранее недоступные области параметров СВЧ-плазмы. Устройство для осуществления способа легко модифицируются, что расширяет область использования способа. Способ позволяет понизить требования к мощности СВЧ-генераторов, повысить экономичность использования излученной им энергии, а стало быть применять более надежные, компактные и дешевые СВЧ-устройства.

Формула изобретения

1. Способ генерации плазмы, заключающийся в том, что в газовой среде с помощью электромагнитной волны СВЧ-диапазона создают инициированный разряд, генерирующий плазму, отличающийся тем, что после создания инициированного разряда фиксируют полученную структуру разряда, выделяют периодически повторяющийся элемент структуры разряда, затем в области плазмообразования используют инициатор, геометрические параметры и форма которого идентичны периодически повторяющемуся элементу структуры разряда при его фиксации, и ориентируют инициатор относительно вектора электромагнитной волны в соответствии с ориентацией периодически повторяющегося элемента структуры разряда и воздействием электромагнитной волны СВЧ-диапазона генерируют плазму.

2. Устройство для генерации плазмы, содержащее размещенный в газовой среде инициатор и СВЧ-излучатель, воздействующий на инициатор, отличающееся тем, что в случае СВЧ-излучателя, создающего линейно поляризованное СВЧ-излучение с длиной волны λ, инициатор выполнен в форме синусоиды из токопроводящего материала с пространственным периодом l/4 и амплитудой λ/8, ось которой ориентирована вдоль направления распространения СВЧ-излучения, а ее плоскость расположена в плоскости электрического поля СВЧ-волны.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в случае размещения инициатора в камере, заполненной газовой средой, он выполнен трубчатым, его внутренняя полость соединена с источником подачи и откачки газа в камеру.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что наружная поверхность инициатора покрыта слоем диэлектрика.

5. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что оно снабжено источниками переменного и постоянного напряжения, попеременно подключаемыми к инициатору.

6. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оно снабжено системой линейных и угловых перемещений инициатора.

7. Устройство для генерации плазмы, содержащее размещенный в газовой среде инициатор и СВЧ-излучатель, воздействующий на инициатор, отличающееся тем, что в случае СВЧ-излучателя, создающего линейно поляризованное СВЧ-излучение с длиной волны λ инициатор выполнен в виде полуволнового диполя из токопроводящего материала, ось которого ориентирована вдоль вектора электрического поля СВЧ-волны.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что в случае размещения инициатора в камере, заполненной газовой средой, он выполнен трубчатым, его внутренняя полость соединена с источником подачи и откачки газа в камеру.

9. Устройство по п.7, отличающееся тем, что наружная поверхность инициатора покрыта слоем диэлектрика.

10. Устройство по п.7, отличающееся тем, что оно снабжено источниками переменного и постоянного напряжения, попеременно подключаемыми к инициатору.

11. Устройство по п.7, отличающееся тем, что оно снабжено системой линейных и угловых перемещений инициатора.

12. Устройство для генерации плазмы, содержащее размещенный в газовой среде инициатор и СВЧ-излучатель, воздействующий на инициатор, отличающееся тем, что в случае СВЧ-излучателя, создающего циркулярно поляризованное СВЧ-излучение с длиной волны l инициатор выполнен в форме спирали из токопроводящего материала с шагом и диаметром l/4, с поляризацией спирали, совпадающей с поляризацией СВЧ-излучения, а ось симметрии ориентирована вдоль направления распространения СВЧ-излучения.

13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что в случае размещения инициатора в камере, заполненной газовой средой, он выполнен трубчатым, его внутренняя полость соединена с источником подачи и откачки газа в камеру.

14. Устройство по п.4, отличающееся тем, что наружная поверхность инициатора покрыта слоем диэлектрика.

15. Устройство по п.4, отличающееся тем, что оно снабжено источниками переменного и постоянного напряжения, попеременно подключенными к инициатору.

16. Устройство по п.4, отличающееся тем, что оно снабжено системой линейных и угловых перемещений инициатора.

17. Устройство для генерации плазмы, содержащее размещенный в газовой среде инициатор и СВЧ-излучатель, воздействующий на инициатор, отличающееся тем, что в случае СВЧ-излучателя, создающего циркулярно поляризованное СВЧ-излучение с длиной волны λ, инициатор выполнен в форме круга из токопроводящего материала диаметром l/2, плоскость которого ориентирована ортогонально направлению распространения СВЧ-излучения.

18. Устройство по п.17, отличающееся тем, что наружная поверхность инициатора покрыта слоем диэлектрика.

19. Устройство по п.17, отличающееся тем, что оно снабжено источниками переменного и постоянного напряжения, попеременно подключаемыми к инициатору.

20. Устройство по п.17, отличающееся тем, что оно снабжено системой линейных и угловых перемещений инициатора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19