к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Плазмотрон

Плазмотрон - устройство для создания плотной (с давлением порядка атмосферного) низкотемпературной плазмыТ до 104 К) с помощью электрических разрядов в газах и дающее плазменный поток, используемый для исследовательских и научных целей. Плазму газовых разрядов получают давно, уже более 100 лет, однако разработки спец. устройств начались в 10-х гг. 20 в., а сам термин "П." возник примерно в 50-х гг., тогда же началось широкое практич. использование П.
Принцип работы П. заключается в следующем. Холодный газ непрерывным потоком продувают через область, где горит стационарный разряд; газ нагревается, ионизуется, превращается в плазму, к-рая вытекает из области разряда в виде плазменной струи чаще всего прямо в атмосферу (тогда и давление в плазме атмосферное). На практике обычно применяются П., работающие на дуговом разряде, Пеннинга разряде, ВЧ- и СВЧ-разрядах. Импульсные источники плазмы, работающие, напр., на искровом разряде, к П. не относятся. Кроме ионизации газа в электрич. разряде значительно реже используется ионизация газа электронным пучком. Принципиально можно нагревать и ионизировать газ мощным лазерным излучением для создания оптич. П.
Для науч. исследований и технол. целей используют П., работающие на разл. газах (воздух, аргон, азот, водород и др.), а также на газах с присадками паров или капель твёрдых веществ (напр., для плазменного нанесения покрытий). Мощность П. различна: от десятков Вт до десятков МВт, давление газа - от долей мм рт. ст. до десятков и сотен атмосфер.

Дуговой П. может работать на постоянном или переменном токе. Широко используемый дуговой П. пост. тока состоит из разрядной каморы, в к-рой расположены электроды вдоль по оси или коакспально, и узла подачи плазмообразующего вещества. Плазма может истекать из разрядной камеры П. в виде струи или создавать плазменную дугу. Во втором случае разряд горит между катодом и обрабатываемым телом, служащим анодом. В П., изображённом на рис. 1, электроды, выполненные в виде отрезков труб круглого сечения, расположены вдоль оси; вокруг них устанавливаются обмотки соленоидов, создающие магн. поле, перпендикулярное плоскости электродов. В результате взаимодействия тока дуги с магн. полем место привязки дуги к электродной стенке перемещается по окружности, что предохраняет электроды от перегрева и расплавления, а также стабилизирует положение места привязки в осевом направлении (магн. стабилизация и теплоизоляция). Межэлектродная вставка из изоляц. материала ограничивает диам. дуги и тем самым позволяет повысить её температуру по сравнению с температурой электрич. дуги в свободном пространстве.

15052-12.jpg

Рис. 1. Схема дугового плаамотрона постоянного тока: 1 - электроды; 2 - межэлектродная вставка; 3 - соленоиды; 4 - зона электрической дуги; 5 - подача рабочего тела; 6 - истечение плазмы.

Газ, образующий плазму, часто вводится во внутр. канал межэлектродной вставки (иногда с закруткой); газовый вихрь обдувает столб дуги и плазменную струю; под действием центробежных сил слой холодного газа располагается у стенок камеры, предохраняя их от нагревания дугой (газодинамич. стабилизация и теплоизоляция). Если сильного сжатия потока плазмы не требуется, то стабилизирующий поток не закручивают, а направляют параллельно столбу дуги. Применяют также стабилизацию и термоизоляцию дуги потоком воды.
В тех случаях, когда необходимо ввести в дугу материал эрозии электрода (напр., для плазменного нанесения защитного покрытия), один из электродов П. устанавливается в торце камеры. При этом предусматривается его осевая подача по мере выгорания. Наиб. мощность получена в П. с коаксиальными электродами. В них ток дуги протекает в радиальном направлении по относительно малому (по поперечному сечению) токовому каналу. Дуга движется по окружности электродов под влиянием взаимодействия тока с создаваемым соленоидами магн. полем. Этому полю придаётся такая форма, чтобы стабилизировать положение дуги в осевом направлении.
Дуговой П. трёхфазного переменного тока представляет собой фактически три П., подобных П. на рис. 1, у к-рых дуги от разл. электродов соединены по схеме "звезда". В ряде случаев для обеспечения устойчивой работы такого П. (отсутствие погасания дуги при прохождении тока через нуль на к--л. электроде) применяются постоянно действующие системы СВЧ- или искрового поджига. Мощности дуговых П. ~102 - 107 Вт, темп-pa струи на срезе сопла 3000 - 20000 К, скорость истечения струи 1 - 104 м/с, промышленный кпд 50 - 90%.
Для создания неравновесной плазмы низкого давления (доли мм рт. ст.), служащей источником заряж. частиц, чаще всего используется П. с разрядом Пеннин-га, при к-ром электроны колеблются в осевом направлении, что способствует эфф. ионизации.
Безэлектродные П. Энергия эл--магн. поля (низкой частоты 102 - 104 Гц) может быть введена в плазму разряда индукц. безэлектродным способом. На этом принципе разрабатываются трансформаторные П. Наиб. распространение получили индукционные ВЧ- и СВЧ-П., в к-рых рабочий плазмообразующий газ нагревается вихревыми токами (частоты 104 - 107 Гц). ВЧ-П. (рис. 2) содержит эл--магн. катушку, индуктор, разрядную камеру, узел ввода плазмообразующего вещества. Т. к. ВЧ-индукционный П. является безэлектродным, то эти П. используют, если к плазменной струе предъявляются высокие требования по чистоте, напр. для получения тонко дисперсных и особо чистых порошковых материалов. Мощность такого П. достигает 106 Вт, темп-pa ~104 К, скорость истечения плазменной струи до 103 м/с, промышленный кпд ~50 - 80%.

15052-13.jpg

РИС. 2. Схемы ВЧ-плазмотронов: а - индукционный; б - сверхвысокочастотный; 1 - источник электропитания; 2 - разряд; 3 - плазменная струя; 4 - индуктор; 5 - разрядная камера; 6 - волновод.

П. с ионизацией газа электронным пучком не получили широкого распространения в связи с большой сложностью необходимого оборудования. Установка с таким П. содержит сложные системы преобразования первичного пост. напряжения питания в высокое, вакуумные системы, электронную пушку, систему ввода пучка в зону повышенного давления, камеру нагрева и ионизации газа, а также системы управления, защиты и коммутации. Но несмотря на сложность, П. с электронным пучком используются для нек-рых спец. целей в связи с наличием у них ряда принципиальных преимуществ по сравнению с П. с электрич. разрядом: возможность генерации неравновесной ("холодной") плазмы с наименьшей энергетич. "ценой" иона, отсутствие загрязнений плазмы материалами эрозии электродов, возможность применения разл. рабочих тел и получения высоких температур с умеренными тепловыми нагрузками на стенки и др.
Оптический П. Возможность непрерывного поддержания разряда и генерации плотной низкотемпературной плазмы излучением лазера непрерывного действия на СО2, т. е. возможность создания оптич. П., была теоретически обоснована Ю. П. Райзером в 1970. Если продувать газ через горящий в фокусе луча оптический разряд, то можно получить непрерывную плазменную струю, как и в П. др. разрядов. Пока имеются лишь эксперим. результаты, напр. был получен непрерывный оптпч. разряд в струе аргона атм. давления, истекающий через сопло (рис. 3). Лазерный луч мощностью ~1 кВт фокусировался в области сопла соосно с направлением потока, и из сопла вытекала плазменная "игла" радиусом ~1 мм, длиной ~3 см и с температурой ~15000 К.
15052-14.jpg

Рис. 3. Принципиальная схема оптического плазмотрона: 1 - лазерный луч; 2 - линза; 3 - сопло; 4 - поток газа; 5 - плазменная струя.

Оптич. П. имеет ряд преимуществ перед П. др. типов: он не требует к--л. конструктивных элементов для подвода эл--магн. энергии к плазме (электродов, индукторов, волноводов); темп-pa плазмы значительно выше 15000 - 20000 К; большая возможность выбора места разряда, приближения к определённым точкам, обрабатываемым плазменной струёй. Для практич. осуществления оптич. П. необходимо создать мощный лазер непрерывного действия и лучше не в видимом, а в ИК-диапазоне, т. к. коэф. поглощения в плазме довольно быстро уменьшается с частотой.

Применение П. Плазмотроны широко используются в плазмохимии и плазменной металлургии. В нагретых до высоких температур ионизов. газах могут интенсивно протекать хим. реакции, не происходящие или очень медленно протекающие в др. условиях. Это уже практически попользуется для целого ряда производств. С помощью П. осуществляются спец. технол. процессы, такие как плазменное нанесение покрытий, плазменная резка, сварка и др. (см. Плазменная технология ).П. является генератором плазмы для нек-рых научных исследований и модельных тепловых испытаний МГД-генсраторов, исследований теплообмена и испытаний средств теплозащиты для условий входа космич. аппаратов в атмосферу и пр. П. служит для создания плазменных источников света, в т. ч. эталонных источников высокотемпературного излучения. С помощью П. исследуются свойства низкотемпературной плазмы, создаётся неравновесная плазма низкого давления дляэлектрофиз. приборов и устройств; в частности, П. является источником заряж. частиц для ускорителей.

Литература по плазмотронам

  1. Жуков М. Ф., Смоляков В . Я., Урюков Б. А., Электродуговые нагреватели газа (плазмотроны), М., 1973;
  2. Жуков М. Ф., Коротеев А. С., Урюков Б. А., Прикладная динамика термической плазмы, Новосиб., 1975;
  3. Райзер Ю. П., Основы современной физики газоразрядных процессов, М., 1980.

В. М. Иевлев

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

Знаете ли Вы, что релятивистское объяснение феномену CMB (космическому микроволновому излучению) придумал человек выдающейся фантазии Иосиф Шкловский (помните книжку миллионного тиража "Вселенная, жизнь, разум"?). Он выдвинул совершенно абсурдную идею, заключавшуюся в том, что это есть "реликтовое" излучение, оставшееся после "Большого Взрыва", то есть от момента "рождения" Вселенной. Хотя из простой логики следует, что Вселенная есть всё, а значит, у нее нет ни начала, ни конца... Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
 14.09.2019 - 18:23: ПЕРСОНАЛИИ - Personalias -> WHO IS WHO - КТО ЕСТЬ КТО - Карим_Хайдаров.
13.09.2019 - 09:08: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Биологическая безопасность населения - Карим_Хайдаров.
12.09.2019 - 17:47: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> РАСЧЕЛОВЕЧИВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА. КОМУ ЭТО НАДО? - Карим_Хайдаров.
12.09.2019 - 16:47: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Осиевского - Карим_Хайдаров.
12.09.2019 - 13:10: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> ПРОБЛЕМА КРИМИНАЛИЗАЦИИ ЭКОНОМИКИ - Карим_Хайдаров.
12.09.2019 - 13:03: СОВЕСТЬ - Conscience -> РУССКИЙ МИР - Карим_Хайдаров.
08.09.2019 - 03:42: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от О.Н. Четвериковой - Карим_Хайдаров.
07.09.2019 - 07:36: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Декларация Академической Свободы - Карим_Хайдаров.
07.09.2019 - 03:18: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Проблема ГМО - Карим_Хайдаров.
05.09.2019 - 13:33: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
05.09.2019 - 13:31: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Негребы - Карим_Хайдаров.
01.09.2019 - 18:04: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Светланы Вислобоковой - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Bourabai Research - Технологии XXI века Bourabai Research Institution