Comment Ignite une pression atmosphérique à micro-ondes de la flamme plasma sans aucune Allumeurs supplémentaires

Torches à plasma à micro-ondes de pression atmosphériques offrent une variété d'applications différentes. D'une part, ils peuvent être utilisés pour des procédés chimiques et de volume, d'autre part leur plasma post-décharge peut être appliqué pour le traitement de surfaces. Comme traitement de surface traite le traitement pour augmenter l'adhérence de la colle, de la peinture ou de la laque ou la décontamination ou la stérilisation de surfaces peuvent être nommés. Le plasma chaud et réactif lui-même peut être utilisé pour les procédés de volume tels que la décomposition des gaz résiduaires ^1-7. Ces gaz résiduaires sont nuisibles, contribuent au réchauffement mondial et peuvent difficilement être dégradés conventionnelle. Cependant, ils sont nécessaires dans les secteurs industriels de plus en plus comme la branche de semi-conducteurs. D'autres applications sont la synthèse chimique comme la dissociation de CO ₂ et de CO ou CH ₂ O ₄ de carbone et d'hydrogène ^8,9. L'énergie électrique excédentaire à partir de sources d'énergie renouvelables peut être utilisée pour dissocier CO <sub> 2 en CO et O _2. Le CO peut être traité en outre en hydrocarbures supérieurs qui peuvent être utilisés en tant que combustibles de synthèse pour le transport, la plate-forme comme produits chimiques pour l'industrie chimique ou le stockage de produits chimiques.

Il ya quelques torches à plasma à micro-ondes, mais la plupart d'entre eux présentent des inconvénients: Ils ne ont que de très petits volumes de plasma, doivent allumeurs supplémentaires, doivent refroidissement du réacteur à plasma ou ne peuvent être exploités en mode pulsé ^10-18. La torche à plasma hyperfréquence présenté dans ce film offre un allumage du plasma uniquement avec la puissance micro-onde muni d'aucun allumeurs supplémentaires ainsi que d'un fonctionnement stable et continu sans aucun refroidissement du réacteur à plasma pour une large gamme de paramètres de fonctionnement et peut être utilisé pour toutes les applications mentionnées ci-dessus. La torche à plasma micro-ondes est fondé sur une combinaison de deux résonateurs coaxiaux: l'une cylindrique et une une. Le résonateur cylindrique a une faible qualité et est opérated dans le célèbre E ₀₁₀ -mode avec le champ électrique plus élevée en son centre. Résonateur coaxial se trouve au-dessous du résonateur cylindrique et se compose d'une buse métallique mobile en combinaison avec une alimentation en gaz tangentielle. La haute qualité du résonateur coaxial présente une courbe de résonance très étroite mais profonde. En raison de la haute qualité du résonateur coaxial un champ électrique élevé peut être atteint ce qui est nécessaire pour l'allumage du plasma. Toutefois, la haute qualité du résonateur coaxial est associé à une courbe de résonance très étroit et par conséquent la fréquence de résonance doit correspondre parfaitement à la fréquence de l'onde hyperfréquence fournie. Étant donné que les décalages de fréquence de résonance après l'allumage du plasma en raison de la permittivité du plasma, le micro-ondes ne peut plus pénétrer dans le résonateur coaxial. Pour le fonctionnement en continu du plasma du résonateur cylindrique avec une basse qualité et une courbe de résonance large est nécessaire.

Un apport supplémentaire de gaz axiale via la buse métallique du résonateur coaxial est possible. Le plasma est allumé et confiné dans un tube transparent aux micro-ondes, par exemple un tube en quartz. La permittivité du tube de quartz affecte également la fréquence de résonance. Étant donné que le quartz présente une permittivité de> 1, le volume du résonateur est pratiquement cylindrique élargie qui conduit à une fréquence de résonance inférieure. Ce phénomène doit être pris en considération lorsque les dimensions du résonateur cylindrique sont conçus. Une discussion détaillée de la façon dont la fréquence de résonance est affectée par le tube de quartz inséré peut être trouvé dans la référence 23. Si un tube long et prolongé quartz est utilisé, il peut également agir en tant que chambre de réaction pour les procédés de volume. Toutefois, pour les traitements de surface du plasma peut également être mis en forme différemment par différents types d'orifices. Le micro-ondes est fourni par l'intermédiaire d'un guide d'onde rectangulaire à partir du magnétron. Pour éviter les nuisances sonores de l'utilisation d'une faible ondulation magnétron est recommterminé. Le magnétron qui est utilisé dans le film est une faible ondulation.

Pour l'allumage du plasma du résonateur coaxial haute qualité est utilisé pendant un fonctionnement stable et continu est fourni par le résonateur cylindrique. Pour réaliser l'allumage du plasma par le résonateur coaxial haute qualité de la fréquence de résonance de ce résonateur doit correspondre parfaitement à la fréquence des micro-ondes fournie par le magnétron utilisé. Comme toutes les magnétrons ne émettent pas leur fréquence de micro-ondes à la fréquence nominale exactement et que la fréquence est fonction de la puissance de sortie, le magnétron doit être mesurée avec un analyseur de spectre. La fréquence de résonance du résonateur coaxial peut être ajustée en déplaçant la buse métallique de haut en bas. Cette fréquence de résonance peut être mesurée et par conséquent également ajustée à la fréquence d'émission du magnétron est utilisé avec un analyseur de réseau. Pour atteindre le champ électrique élevé à la pointe de la buse, nécessaire pour l'allumagedu plasma, un tuner trois tampon est nécessaire en plus. Ce trois syntoniseur à ligne est un composant à micro-ondes utilisée. Le tuner trois tampon est monté entre la torche à plasma micro-onde et le magnétron. Après la fréquence de résonance du résonateur coaxial est réglée, la puissance incidente est maximisée et la puissance réfléchie minimisé en ajustant de manière itérative les talons du tuner trois stub.

Après avoir réglé la fréquence de résonance du résonateur coaxial ainsi que d'avoir maximisé les puissances directes au moyen du tuner trois stub, le plasma de la torche plasma micro-ondes peut être allumé lorsque la torche plasma micro-ondes est reliée à un magnétron. Pour l'allumage du plasma d'une puissance minimale à micro-ondes d'environ 0,3 à 1 kW est suffisant. Le plasma se enflamme dans le résonateur coaxial. Après l'allumage du plasma de la fréquence de résonance du résonateur coaxial est décalée à cause de la permittivité diélectrique du plasma et l'onde hyperfréquence ne peuventpénétrer plus dans le résonateur coaxial. Ainsi, les commutateurs de plasma provenant du mode coaxial dans son mode cylindrique beaucoup plus étendue brûlant librement debout-dessus de la buse métallique au centre du résonateur cylindrique. Étant donné que la qualité du mode cylindrique est très faible et présente une courbe de résonance large par conséquent, le micro-ondes peut toujours pénétrer dans le résonateur cylindrique en dépit du changement de la fréquence de résonance due à la permittivité diélectrique du plasma. Ainsi, un fonctionnement continu et stable du plasma en mode cylindrique est fournie par la torche à plasma micro-ondes. Toutefois, pour parvenir à une absorption complète de la puissance micro-ondes fournie, toutes les souches des trois syntoniseur à ligne doivent être réajustés. Sinon, la puissance micro-ondes fourni ne est pas complètement absorbée par le plasma, mais un certain pourcentage de micro-ondes fournie est réfléchi et absorbé par la charge de l'eau.

Pour examiner l'allumage du plasma dans le coaxialmode, puis son passage dans le mode cylindrique prolongée, l'allumage du plasma est observée par une caméra à grande vitesse.

Le film a présenté montrera comment la dépendance en fréquence du magnétron est mesurée, la fréquence de résonance du résonateur coaxial est ajustée, la façon dont la puissance incidente est maximisée et la façon dont le plasma est allumé par la puissance micro-ondes fourni. L'enregistrement de la caméra haute vitesse se affiche ainsi.