Устройство для получения высокочастотного емкостного газового разряда

Устройство для получения высокочастотного емкостного газового разряда относится к плазменной технике и может быть использовано для возбуждения высокочастотного емкостного газового разряда, применяемого для обработки различных изделий высокочастотной низкотемпературной плазмой пониженного давления и в качестве активного элемента газового лазера. Заявленное устройство представляет собой диэлектрическую газонаполненную камеру, вблизи или внутри которой размещены, по меньшей мере, две пары параллельных проволочных электродов, часть которых подключена к ВЧ-генератору, оставшиеся заземлены, при этом подключение электродов к ВЧ-генератору и подключение оставшихся электродов к заземлению осуществлено параллельным способом, причем подключенные к ВЧ-генератору электроды чередуются через один с заземленными электродами. Каждый проволочный электрод выполнен в виде петли и размещен по периметру на внешней стороне диэлектрической газонаполненной камеры. Внутри диэлектрической газонаполненной камеры коаксиально установлен дополнительный проволочный электрод на диэлектрических опорах. Техническим результатом является обеспечение пространственной однородности и устойчивости горения высокочастотного емкостного газового разряда во всем объеме диэлектрической газонаполненной камеры. 3 ил.

 

Изобретение относится к плазменной технике и может быть использовано для возбуждения высокочастотного емкостного газового разряда (ВЧЕ-разряда), применяемого для обработки различных изделий высокочастотной низкотемпературной плазмой пониженного давления и в качестве активного элемента газового лазера.

Прототипом является устройство для получения ВЧЕ-разряда, представляющее собой диэлектрическую газонаполненную камеру, внутри которой размещены, по меньшей мере, две пары параллельных проволочных электродов, часть которых подключена к ВЧ-генератору, а оставшиеся заземлены, при этом все электроды находятся в одной плоскости в ряд, причем подключенные к ВЧ-генератору электроды чередуются через один с заземленными электродами, а подключение электродов к ВЧ-генератору и подключение оставшихся электродов к заземлению осуществлено параллельным способом (пат. RU №2187217, МПК⁷ Н05Н 1/30, опубл. 10.08.2002).

Основным недостатком известного устройства является то, что устройство формирует плазму в виде листа, однородного только вдоль своей поверхности и прилегающего к плоскости диэлектрической газонаполненной камеры, вблизи которой все проволочные электроды расположены в одной плоскости в ряд.

Задачей изобретения является обеспечение пространственной однородности и устойчивости горения ВЧЕ-разряда во всем объеме диэлектрической газонаполненной камеры.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для получения ВЧЕ-разряда, представляющем собой диэлектрическую газонаполненную камеру, вблизи или внутри которой размещены, по меньшей мере, две пары параллельных проволочных электродов, часть которых параллельным способом подключена к ВЧ-генератору, а оставшиеся заземлены параллельным способом, причем подключенные к ВЧ-генератору электроды чередуются через один с заземленными электродами, согласно изобретению каждый проволочный электрод выполнен в виде петли и размещен по периметру на внешней стороне диэлектрической газонаполненной камеры, а внутри диэлектрической газонаполненной камеры коаксиально установлен на диэлектрических опорах дополнительный проволочный электрод.

Техническим результатом при использовании изобретения является возможность получения устойчивого, однородного высокочастотного ВЧЕ-разряда, заполняющего весь объем диэлектрической газонаполненной камеры.

В отличие от прототипа в предлагаемом изобретении проволочные электроды выполнены в форме петли и размещены на внешней стороне диэлектрической газонаполненной камеры по ее периметру, что обеспечивает распределение ВЧЕ-разряда по всему объему диэлектрической газонаполненной камеры. Предлагаемая конфигурация электродов при синфазном подключении проволочных электродов к ВЧ-генератору и к заземлению выравнивает электромагнитную составляющую поля и не создает во всем объеме диэлектрической газонаполненной камеры точек с нулевым значением поля, что обеспечивает однородность горения ВЧЕ-разряда по всему объему диэлектрической газонаполненной камеры. Дополнительный электрод, коаксиально установленный на диэлектрических опорах внутри диэлектрической газонаполненной камеры, обеспечивает устойчивость горения ВЧЕ-разряда.

Пример конструкции устройства для получения ВЧЕ-разряда показан на чертежах, где

на фиг.1 представлен общий вид устройства;

на фиг.2 изображен поперечный разрез устройства в плоскости А-А;

на фиг.3 представлен поперечный разрез устройства в плоскости Б-Б.

Устройство для получения высокочастотного емкостного газового разряда содержит диэлектрическую газонаполненную камеру 1, ВЧ-генератор 2, заземление 3 и систему электродов. Система электродов содержит группу проволочных электродов 4, подключенных к ВЧ-генератору 2, группу проволочных электродов 5, подключенных к заземлению 3, и дополнительный проволочный электрод 6. Проволочные электроды 4 и 5 выполнены в виде петли и размещены по периметру на внешней стороне диэлектрической газонаполненной камеры 1. Подключенные к ВЧ-генератору 2 электроды 4 чередуются через один с заземленными электродами 5. Подключение электродов 4 к ВЧ-генератору 2 и подключение электродов 5 к заземлению 3 осуществлено параллельным способом. Заземление 3 выполнено стандартным способом. Для исключения взаимной связи подводящих шнуров от ВЧ-генератора 2 и заземления 3 петлеобразные проволочные электроды 4 и 5 охватывают газоразрядную камеру 1 с противоположных сторон. Внутри диэлектрической газонаполненной камеры 1 коаксиально установлен дополнительный проволочный электрод 6 на диэлектрических опорах 7. Диэлектрическая газонаполненная цилиндрическая камера 1 имеет средства откачки и напуска газа необходимого давления.

Устройство работает следующим образом.

Сначала проводят вакуумирование диэлектрической газонаполненной камеры 1, а затем подают в нее плазмообразующий газ (например, аргон, азот, углекислый газ или их смесь) при давлении 10-60 Па. После включения ВЧ-генератора 2 в камере 1 зажигается ВЧЕ-разряд и формируется устойчивая плазма 8, заполняющая весь объем диэлектрической газонаполненной камеры 1, с пространственной однородностью горения ВЧЕ-разряда во всем ее объеме.

Были проведены испытания экспериментальной установки для получения высокочастотного емкостного разряда. Диэлектрическая газонаполненная камера была выполнена из кварцевой трубки диаметром 30 мм, толщиной 3 мм и длиной 2000 мм. Частота ВЧ-генератора составляла 13,56 МГц, выходная мощность 1 кВт. Проволочные петлеобразные медные электроды, числом 36 пар, диаметром 2 мм и длиной 100 мм размещали на внешней стороне диэлектрической газонаполненной камеры по ее периметру. Расстояние между соседними проволочными электродами составляло 25 мм. Внутри диэлектрической газонаполненной цилиндрической камеры коаксиально устанавливали дополнительный проволочный медный электрод диаметром 4 мм и длиной 2000 мм на диэлектрических опорах.

Для доказательства образования ВЧЕ-разряда, однородного по всему объему диэлектрической газоразрядной камеры, был проведен следующий эксперимент. Образец лавсановой бумаги размером 10×2000 мм помещали в газоразрядную диэлектрическую камеру и обрабатывали в ВЧЕ-разряде при следующих режимных условиях: напряжение - 2 кВ, ток - 2 А, плазмообразующий газ - аргон, давление в газоразрядной диэлектрической камере - 30 Па, время обработки - 2 мин. Затем измеряли показатель смачиваемости по всей длине образца лавсановой бумаги через каждые 30 мм. В результате эксперимента было установлено, что показатель смачиваемости обработанного ВЧЕ-разрядом образца увеличился на 70% по сравнению с необработанным, при этом величина показателя смачиваемости не изменялась по всей длине обработанного образца. Во время эксперимента визуально было определено устойчивое образование ВЧЕ-разряда, однородно заполняющего весь объем диэлектрической газоразрядной камеры.

Таким образом, предлагаемое изобретение в отличие от прототипа обеспечивает устойчивость и пространственную однородность горения ВЧЕ-разряда во всем объеме диэлектрической газонаполненной камеры.

Устройство для получения высокочастотного емкостного газового разряда, представляющее собой диэлектрическую газонаполненную камеру, вблизи или внутри которой размещены, по меньшей мере, две пары параллельных проволочных электродов, часть которых параллельным способом подключена к ВЧ-генератору, а оставшиеся заземлены параллельным способом, причем подключенные к ВЧ-генератору электроды чередуются через один с заземленными электродами, отличающееся тем, что каждый проволочный электрод выполнен в виде петли и размещен по периметру на внешней стороне диэлектрической газонаполненной камеры, а внутри диэлектрической газонаполненной камеры коаксиально установлен на диэлектрических опорах дополнительный проволочный электрод.