Способ осуществления несамостоятельного разряда в газах

(5 1 3 17/О ТЕНТНО ГОСУДАРСТВЕ ВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР)ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН 2 сится к технике разользовано для создаратов, основанных на зовом разряде (кванаэмохимические уста - увеличение удельетрового диировкой осляет увелинную в плазвления несамостоялючается в подаче наи анод разрядного ствии на рабочий газ щего излучения, в каэирующего излучения зуют микросекундные АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУи 4(71) Волго-Уральский научно-исследовательский и проектный институт по добыче и переработке сероводородсодержащих газов(56) Велихов Е.П., Письменный В,Д., Рахимов А.Т. Несамостоятельный газовый разряд:, возбуждающий непрерывные СО 2-лазеры. - Успехи физических наук, т.122, 1977, с.419.Генералов Н.А., Зимаков В.П.Косынкин В,Д; и др. Стационарный несамостоя- тельный разряд с ионизацией безэлектродными импульсами в лазере на замкнутом цикле, - 1 Конструкция и эксперимент,.1977, т.3, вып,3, с,626-633. Изобретение отно ряда и может быть исп: несамостоятельном гатовые генераторы, пл ковки и др.),Цель изобретенияной мощности разряда Способ осущест тельного разряда, зак пряжения на катод промежутка, и воздей внешнего ионизирую честве внешнего иони рабочего газа,исполь(54) СПОСОБ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ НЕСАМОСТОЯТЕЛЬНОГО РАЗРЯДА В ГАЗАХ (57) Использование: изобретение относится к технике газового разряда и может быть использовано для создания приборов и аппаратов, основанных на несамостоятельном газовом разряде (квантовые генераторы, плаэмохимическиеустановки и др.), Цель - увеличение удельной мощности разряда, Сущность: в способе осуществления несамостоятельного разряда в газах, заключающемся в подаче напряжения на катод и анод разрядного промежутка и воздействии на рабочий газ"вйешнего ионизирующего излучения, в качестве внешнего ионизирующего излучения рабочего газа используют микросекундные импульсы СВЧ энергии на волне Ео 1 сантиметрового диапазона и регулируют по крайней мере один из параметров этих импульсов; а также скорости прокачки и давления газа. 1 ил., 1 табл,импульсы СВЧ энергйи сантимапазона с последующей регулйовных параметров; "Заявляемый способ позвочить удельную мощность вложему разряда до 36 Вт/см .ЭПредложенный способ может быть реализован на установке, изображенной на чертеже,Установка содержит истбчник питания 1, который вырабатывайт кратковременные высоковольтные импульсы постоянного тока переменной частотой Й длительности. Импульсы постоянного "тока на электронном генераторе 2 (магнетронегнапример) преоби яразуются в СВЧ энергию с типом волны Е 01. По круглому волноводу 3, черезДиэлектри-ческую перегородку 4 импульсы СВЧ энергии подают в разрядный промежуток, где .они служат источником внешней ионизации рабочего газа. Основной разряд поддерживают между электродами 5 и 6, выполненными в форме металлических цилиндров и расположенных коаксиально друг относительно друга. л .Диаметры коаксиальныхфцйлийдров"определяют в зависимости от длины волны импульсов СВЧ энергии, а их длина зависит от средней мощности СВЧ энергии. Источник постоянного тока 7 через балластное сопротивление 8 поддерживает основной разряд. Фигурная диэлектрическая шайба 9 изготовлена из жаропрочной керамики и изолирует катод от анода й разрядный промежуток от окружающей среды. Рабочий газ в разрядный промежуток подают йо патрубку 10, отсасывают из него вакуумным насосом через патрубок 11. Мощйость источника постоянного тока 7 определяют по ваттметру 12.Установка работает следующим образом.В разрядномпромежутке между электродами 5 и 6 создают поток рабочего газа с небольшим абсолютным давлейием. Подают на катод 5 "минус" постоянного напряженияия от ре гул и руе могоисточ ника постоянного тока 7, в разрядном промежут.ке между электродами 5 й 6.вознйкает разряд, Включают в работу импульсный источник питания 1.Энергия высоковольтных имйульсов постоянного тока"преобразуетсяв магнетроне 2 в мощные импульсы СВЧ энергии. СВЧ энергия по волноводу 3 через диэлектрическую перегородку 4 поступает в разрядный промежуток, в котором проводит дополнительную ионизацию рабочего газа. Изменяют напряжение источника постоянного тока. Частоту ймпульсов СВЧ энергии, повышают давление и расход рабочего газа в разрядном промежутке и, таким образом, добиваются максимального значейия мощности вложейной в плазму разряда и требуемого энерговклада. В таблице приведены данные по мощности поглощаемой неравновесной плазмой несамостоятельйог 6"разряда от источника постоянного тока и общей удельной мощности в зависимости от мощности импульсной СВЧ энергии и давления рабочего газа (воздух) полученной наэкспериментальной установке"изображенной на чертеже. П р и м е.р, Технические данные основных элементов экспериментальной установки.Импульсный источник напряжения и5 магнетрон вырабатывают импульсы СВЧэнергии с параметрами: - мощность в импульсе 55 кВт;- длительность импульса 1 мкс;- диапазона изменения частоты им 10 пульсов 200,2000 Гц; :-" длина электромагнитной волны 3 см;- тип волны Ео 1Величину средней мощности СВЧ энергии определяли по формуле:15 И=55 й 1,где й - средняя мощность на входе в разрядный промежуток, кВт;55 - импульсная мощность излучениямагнетрона; кВт;20 Ь - длительность импульса, с;5-частота импульсов,.1/с,Диаметры коаксиальных цилиндров,выпблняющих функции катода и анода изусловий прохождения СВЧ импульсов с дли 25 ной волны равной 3 см, составили: внутренний, катод - 10 мм; внешний, анод - 31 мм.При этом; длина разрядного промежутка составила 40 мм, что соответствует объемуразряда в 27 см .30 В качестве рабочего таза брали воздух.На данной экспериментальной установкепри давленйи воздуха в разрядзном промежутке 65 тор и расходе 1 нм /ч, частотеимпульсов СВЧ энергии 1000 Гц (55 Вт) и35 при напряжении на катоде 560 В в неконтрагированный разряд возможно вложить от .источника постоянного тока до 918 Вт (таблица, опыт 3). (Это соответствует общейудельной мощности вложенной в плазму не 40 самостоятельного разряда 36 Вт/см, приудельном энерговкладе ъ 1 эВ/мол, Экспериментальные данные других опытов зане-,сены в таблицу.Использование способа осуществления45 несамостоятельного разряда для дополнительной ионизации рабочего газа излученнйя в ваде мощных кратковременных наволнетипа Е 01 импульсов СВЧ энергии позволяет увеличить удельную мощность вло 50 женную вплазму раздяра по сравйению спрототипом в 414 раз и обеспечивает оптимальный (1 эВ/мол,) для неравномерныхплазмохимических процессов удельныйэнерговклад.55 Формула изобретенияСпособ осуществления несамостоятельного разряда в газах путем подачи накатод и анод разрядного промежутка питающего напряжения и воздействия на рабо, пазона и регулируют по крайней мере одиниэ параметров амплитуду, длительность и частоту импульсов, а также скорость прокачки и давление газа вдо получения требуе мой величины мощности разряда. чий газ внешним ионизирующим излучением, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения удельной мощности разряда, в качестве внешнего ионизирующего излучения используют микросекундные импульсы СВЧ-энергии на волне сантиметрового диаМо ность ополнительной иониза ии имп льсами ВСЧ эне гии Давление раОпыт И =110 Вт И=55 Вт М =27,5 Вт М =13,75 Вт бочего газа,тор.2 3 4 Составитель Т.Лакомкинаедактор Т.Иванова Техред М,Моргентал Корректор о каз 4237 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 зводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 35 50 65 80 мощность постоянного тока, Вт 294 526 730 670 Удельная мощность Вт/см 1 1,4 20,0 27,5 25,3 Мощность постоянного тока,Вт 345541763709 Удельная мощность Вт/см 12,8 12,9 29,3 25,3 МощНОСТЬ постоянного тока,Вт 347 620 918 745 Удельная мощность Вт/см 14,9 25 3629,6 Мощность пОСтоя нного тока,Вт 194 500,6 . 658 452