Generator listrik dengan katoda plasma. Kapan generator plasma listrik menjadi kenyataan?
Dasar untuk membuat plasma suhu rendah adalah teknologi pelepasan gas, khususnya, obor plasma atau generator plasma. Penampilan mereka tergantung pada jenis debit yang mereka gunakan. Aplikasi praktis ditemukan dalam perangkat yang menggunakan busur, frekuensi tinggi, gelombang mikro dan, dalam beberapa kasus, pelepasan optik. Saat ini, busur listrik dan obor plasma frekuensi tinggi paling banyak digunakan.
Obor plasma busur. Mereka menyadari pelepasan busur pada arus tinggi (dari beberapa ampere hingga puluhan kiloamper atau lebih). Ukuran busur dapat bervariasi dari beberapa milimeter hingga 1 m atau lebih, dan kekuatannya dapat mencapai puluhan megawatt. Prinsip pengoperasian obor plasma busur sederhana - pelepasan dinyalakan di antara elektroda, yang memanaskan gas yang meniupnya ke suhu tinggi. Obor plasma busur DC terdiri dari unit utama berikut: satu (katoda) atau dua (katoda dan anoda) elektroda, ruang pelepasan, dan unit suplai zat pembentuk plasma.
Secara struktural, obor plasma dapat diatur dengan cara yang berbeda. Yang utama di antara mereka adalah sebagai berikut:
Dengan susunan elektroda aksial tradisional (linier). Busur 1 terbakar di antara dua elektroda berpendingin air 3 (Gbr. 4.6.1, a). Gas pembentuk plasma /, yang mengalir secara tangensial ke pelepasan, membawa pancaran plasma keluar dari celah pelepasan. Obor plasma linier mencapai panjang pelepasan plasma terbesar, yang memungkinkan untuk meningkatkan waktu tinggal rata-rata bahan kimia di zona aktif dan memperluas kemungkinan memvariasikan kondisi untuk melakukan reaksi kimia plasma. Busur distabilkan oleh aliran gas pembentuk plasma yang disuplai ke ruang busur 4 secara tangensial dengan bantuan kepala pembentuk gas pusaran. Sejak saat debit terbakar, titik busur terus bergerak
pada permukaan anoda yang relatif diperpanjang, desain seperti itu memiliki masa pakai yang lebih lama;
Dengan susunan elektroda koaksial (Gbr. 4.6.1, b) dan dengan elektroda toroidal (Gbr. 4.6.1, c). Mereka dicirikan oleh desain yang kompak, tetapi mereka memiliki zona aktif yang relatif kecil dan keausan bahan elektroda yang signifikan, yang, di satu sisi, mengurangi masa pakai, dan, di sisi lain, secara intensif mencemari plasma dengan produk erosi mereka. Untuk mengurangi kerusakan elektroda yang cepat, perangkat rotasi busur magnetik sering ditambahkan ke sirkuit tersebut. Obor plasma tersebut dibedakan oleh peningkatan stabilitas pembakaran pelepasan dalam berbagai laju aliran gas plasma;
Dengan aliran keluar plasma bilateral (Gbr. 4.6.1, d). Mereka analog dengan obor plasma dengan elektroda aksial dan dibedakan dengan cara simetris memasukkan gas pembentuk plasma ke zona pelepasan, di mana ia menyebar dalam dua arah yang berlawanan secara diametris. Dalam hal ini, gerakan terus menerus dari titik busur anoda dan katoda dipastikan, yang mengarah pada peningkatan masa pakai mereka;
Dengan elektroda habis pakai
(Gbr. 4.6.1, e.f). Mereka digunakan jika salah satu reagen reaksi kimia plasma dapat menjadi bahan elektroda obor plasma itu sendiri.
Logam tahan api seperti tungsten, molibdenum, zirkonium, hafnium atau paduan khusus digunakan untuk pembuatan elektroda dalam obor plasma busur listrik. Masa pakai katoda tungsten pada arus hingga 1000 A adalah beberapa ratus jam dan ditentukan terutama oleh sifat gas plasma. Katoda terbuat dari zirkonium atau hafnium, bahan yang paling stabil untuk obor plasma busur di lingkungan pengoksidasi. Lapisan oksida terbentuk pada permukaan bahan-bahan ini, di satu sisi, ia menghantarkan listrik dengan baik pada suhu tinggi, dan di sisi lain, melindungi logam dari oksidasi cepat lebih lanjut.
Seringkali, elektroda obor plasma busur dibuat dalam bentuk struktur tembaga berpendingin air. Erosi elektroda tembaga kira-kira dua kali lipat lebih tinggi daripada, misalnya, elektroda zirkonium, dalam kondisi yang sama.
Lubang di ruang pelepasan di mana plasma mengalir disebut nosel plasma.
motor. Dalam beberapa jenis plasmatron busur, batas nosel adalah anoda annular atau toroidal. Ada dua kelompok obor plasma busur - untuk membuat busur plasma eksternal dan untuk membuat pancaran plasma. Perangkat dari kelompok pertama hanya memiliki satu elektroda (katoda), dan tubuh yang dirawat itu sendiri berfungsi sebagai anoda (Gbr. 4.6.1, c)). Dalam obor plasma dari kelompok kedua, plasma terbakar di antara dua elektroda (katoda dan anoda) dan, karena gas plasma yang masuk, mengalir keluar dari ruang pelepasan dalam bentuk pancaran sempit yang panjang.
Stabilisasi pelepasan dalam obor plasma busur dilakukan oleh medan magnet, aliran gas dan dinding ruang pelepasan dan nosel. Salah satu metode umum stabilisasi magnetik obor plasma jet plasma dengan anoda berbentuk cincin atau koaksial torus ke katoda adalah dengan menciptakan medan magnet yang kuat tegak lurus terhadap bidang anoda menggunakan solenoida, yang memaksa saluran arus busur untuk terus berputar di sekitar anoda. Dalam hal ini, titik anoda dan katoda busur terus berubah
Mereka diatur dalam lingkaran, yang mencegah pencairan elektroda atau erosi yang intens.
Stabilisasi gas dari pelepasan dilakukan dengan pasokan tangensial dari gas penstabil ke dalam celah pelepasan, sementara busur panas didorong menjauh dari dinding ruang pelepasan, melindungi yang terakhir dari pemanasan dan penyempurnaan yang berlebihan. Namun, selama stabilisasi pusaran pelepasan cahaya, beberapa kompresi aliran plasma juga terjadi, yang mengarah pada penurunan volume zona reaksi; oleh karena itu, dalam beberapa kasus, aliran gas penstabil tidak diputar, tetapi diarahkan paralel ke kolom busur. Biasanya, gas penstabil juga merupakan zat pembentuk plasma. Contoh menghitung obor plasma busur dari sirkuit linier dipertimbangkan dalam.
Kekuatan obor plasma busur berkisar dari 0,1 hingga 104 kW; suhu jet di pintu keluar nosel 3000...25000 K; laju aliran jet 1.104m/s; efisiensi industri 50...90%; sumber daya kerja mencapai beberapa ratus jam; udara, N2, Ar, H2 digunakan sebagai zat pembentuk plasma. NH4, 02, H20, hidrokarbon gas.
Kerugian dari obor plasma busur termasuk ketidakmungkinan mendapatkan plasma murni yang bebas dari kotoran. Penghancuran konstan elektroda obor plasma busur dan kontaminasi plasma dengan produk erosinya tidak memungkinkan penggunaan perangkat ini dalam proses kimia plasma, yang tunduk pada persyaratan tinggi untuk kemurnian produk yang diperoleh.
Obor plasma frekuensi tinggi dapat berupa elektroda, menggunakan korona, pelepasan obor, dan tanpa elektroda - induksi frekuensi tinggi (HF), kapasitif (HF), microwave (MW). Keuntungan utama obor plasma tanpa elektrode dibandingkan obor elektroda (termasuk obor busur listrik) adalah: masa pakai yang tinggi (beberapa ribu jam); dengan tidak adanya kontaminasi bahan yang diperoleh dalam reaktor plasma-kimia dengan produk erosi elektroda; dalam kemungkinan bekerja pada oksigen murni atau gas plasma agresif lainnya.
Obor plasma obor frekuensi tinggi memiliki satu elektroda runcing, di mana potensial RF diterapkan, cukup untuk memecah gas dan membuat obor plasma (Gbr. 4.6.2), di mana
Bahan baku Roshkoobrazny untuk melakukan plasma - reaksi kimia. Karena elektroda 1 dari obor plasma semacam itu bersentuhan langsung dengan pelepasan, ia mengalami erosi tertentu. Masa pakai perangkat tersebut dengan daya 20–40 kW adalah sekitar 1000 jam. Karena energi RF disuplai langsung ke zona pelepasan, tidak perlu membuat ruang pelepasan dari bahan dielektrik, dan dapat dibuat dari logam.
Obor plasma induksi frekuensi tinggi (HF) adalah yang paling umum dari obor plasma tanpa elektroda. Mereka dibedakan oleh keandalan yang tinggi dalam operasi, kesederhanaan desain yang relatif dan masa pakai yang lama. Prinsip operasi mereka didasarkan pada eksitasi pelepasan oleh induktor khusus dalam bentuk koil multi-putaran yang terbuat dari tabung berpendingin air tembaga. Sebuah ruang pelepasan dimasukkan ke dalam induktor, di mana pelepasan tereksitasi. Bahan ruang pelepasan harus transparan terhadap medan elektromagnetik RF, biasanya kuarsa. pada gambar. 4.6.3 menunjukkan desain obor plasma RFI metalurgi dengan ruang pelepasan kuarsa, dijelaskan dalam.
Pada saat yang sama, dalam kasus reaksi kimia plasma yang menggunakan aliran dua fase, masa pakai ruang pelepasan kuarsa menjadi sangat terbatas karena fase padat panas memasukinya. Dalam hal ini, sering menyatu ke dinding ruang, yang menyebabkan gangguan bertahap dari mode operasi plasmatron.
Diketahui bahwa silinder tertutup yang terbuat dari bahan konduktif listrik tidak tembus pandang terhadap medan elektromagnetik, tetapi jika setidaknya satu potongan memanjang dibuat di silinder ini, medan akan bebas menembus ke dalam. Oleh karena itu, ruang pelepasan gas logam untuk obor plasma RF dibuat split atau sectional. Ruang pelepasan logam berpendingin air khusus biasanya terbuat dari tembaga, yaitu bahan dengan konduktivitas listrik yang baik. pada gambar. 4.6.4 menyajikan berbagai opsi untuk solusi konstruktif untuk ruang pelepasan gas logam penampang, yang berbeda dalam jumlah bagian dan bentuknya.
Frekuensi operasi obor RF-plasma adalah 200 kHz ... 40 MHz, daya dapat mencapai 1 MW, efisiensi instalasi industri adalah 50 ... 60%.
Selain RFI, jenis lain dari obor plasma RF-elektrode, obor plasma RF, menemukan aplikasi dalam teknologi. Obor plasma RF kapasitif memiliki elektroda eksternal, jumlah dan lokasi yang relatif terhadap ruang pelepasan dapat bervariasi. Dari RF-plasmatrons dengan hembusan longitudinal gas pembentuk plasma, desain dengan tiga elektroda adalah yang paling sederhana. Dalam hal ini, elektroda tegangan tinggi terletak di antara dua elektroda yang diarde (Gbr. 4.6.5). Kerugian dari plasmatron frekuensi tinggi termasuk efisiensi instalasi yang rendah (30 ... 50%).
Karena pelepasan frekuensi tinggi induksi dan kapasitif adalah tanpa elektroda, plasmatron berdasarkan mereka digunakan untuk memanaskan gas aktif (02, C12, udara, dll.), Uap zat agresif (klorida, fluorida, dll.), dan juga jika yang diperlukan untuk menghasilkan plasma yang sangat murni.
Saat memilih generator plasma suhu rendah, daya yang diperlukan, sumber daya operasi pada gas pembentuk plasma dari komposisi kimia tertentu, dan parameter jet plasma (suhu, kecepatan, penerimaan kontaminasi oleh produk erosi elektroda, dll. .) diperhitungkan. Jadi, jika tidak ada persyaratan khusus untuk kemurnian produk target, maka instalasi berdasarkan obor plasma busur listrik paling sering dipilih. Mereka juga digunakan dalam kasus di mana daya yang dibutuhkan melebihi 300 ... 500 kW, yang jauh lebih mudah untuk diterapkan.
Untuk memotong benda kerja logam tebal, Anda dapat menggunakan tiga alat: penggiling, obor gas oksigen, dan mesin las plasma. Dengan bantuan yang pertama, potongan yang rata dan rapi diperoleh, tetapi hanya dalam garis lurus, yang kedua dapat memotong pola, tetapi potongan diperoleh dengan aliran logam dan sobek. Tetapi opsi ketiga adalah tepi potongan halus yang tidak memerlukan pemrosesan tambahan. Selain itu, logam dapat dipotong dengan cara ini di sepanjang garis lengkung apa pun. Benar, obor plasma tidak murah, sehingga banyak pengrajin rumah memiliki pertanyaan, apakah mungkin membuat perangkat ini sendiri. Tentu saja, Anda bisa, yang utama adalah memahami prinsip pengoperasian obor plasma.
Dan prinsipnya cukup sederhana. Sebuah elektroda yang terbuat dari bahan yang tahan lama dan tahan panas dipasang di dalam pemotong. Sebenarnya, itu adalah kawat yang dialiri arus listrik. Busur dinyalakan di antara itu dan nosel pemotong, yang memanaskan ruang di dalam nosel hingga 7000C. Setelah itu, udara terkompresi disuplai ke dalam nosel. Ini memanas dan terionisasi, yaitu, menjadi konduktor arus listrik. Konduktivitas listriknya menjadi sama dengan logam.
Ternyata udara itu sendiri adalah konduktor, yang, ketika bersentuhan dengan logam, membentuk korsleting. Karena udara terkompresi memiliki tekanan tinggi, ia mencoba keluar dari nosel dengan kecepatan tinggi. Udara terionisasi dengan kecepatan tinggi ini adalah plasma, yang suhunya lebih dari 20.000C.
Dalam hal ini, dalam kontak dengan logam yang dipotong, busur terbentuk antara plasma dan benda kerja, seperti halnya dengan pengelasan elektroda. Pemanasan logam terjadi secara instan, area pemanasan sama dengan penampang lubang di nosel. Logam dari bagian yang dipotong segera berubah menjadi cair dan dihembuskan dari potongan oleh plasma. Beginilah cara pemotongan terjadi.
Dari prinsip pengoperasian mesin pemotong plasma, menjadi jelas bahwa proses ini akan membutuhkan sumber daya listrik, sumber udara bertekanan, obor, yang mencakup nosel yang terbuat dari bahan tahan panas, kabel untuk memasok listrik, dan selang. untuk memasok udara terkompresi.
Karena kita berbicara tentang obor plasma yang akan dirakit dengan tangan, perlu untuk mempertimbangkan saat peralatan harus murah. Oleh karena itu, inverter las dipilih sebagai sumber daya. Ini adalah perangkat murah dengan busur stabil yang baik, dengan bantuannya Anda dapat menghemat banyak konsumsi arus listrik. Benar, mereka dapat memotong logam kosong dengan ketebalan tidak lebih dari 25 mm. Jika ada kebutuhan untuk meningkatkan indikator ini, maka Anda harus menggunakan transformator las alih-alih inverter.
Adapun sumber udara terkompresi, maka seharusnya tidak ada masalah. Kompresor konvensional dengan tekanan 2-2,5 atmosfer akan mempertahankan busur stabil untuk pemotongan dengan sempurna. Satu-satunya hal yang perlu Anda perhatikan adalah volume udara yang dikeluarkan. Jika proses pemotongan logam lama, maka kompresor mungkin tidak tahan terhadap pekerjaan intensif seperti itu. Oleh karena itu, disarankan untuk memasang receiver setelahnya. Sebenarnya, ini adalah wadah di mana udara akan menumpuk di bawah tekanan yang diperlukan. Di sini penting untuk melakukan penyesuaian agar penurunan tekanan di penerima segera menyebabkan kompresor menyala untuk mengisi tangki dengan udara terkompresi. Perlu dicatat bahwa kompresor lengkap dengan penerima sekarang dijual sebagai satu kompleks.
Elemen yang paling sulit dari obor plasma untuk diproduksi adalah pembakar dengan nosel. Pilihan termudah adalah membeli nosel yang sudah jadi, atau lebih tepatnya beberapa jenisnya dengan diameter bukaan yang berbeda. Dengan demikian, dengan mengubah nosel, pemotongan dengan lebar yang berbeda dapat dilakukan. Diameter standar adalah 3 mm. Beberapa pengrajin rumah membuat nozel do-it-yourself dari logam tahan panas, yang tidak mudah didapat. Jadi lebih mudah untuk membeli.
Nosel dipasang pada pemotong, cukup disekrup ke ujung pembakar. Jika inverter digunakan dalam obor plasma buatan sendiri, maka kitnya menyertakan pegangan di mana Anda dapat meletakkan nosel yang dibeli.
Elemen wajib dari obor plasma adalah kabel las dan selang. Mereka biasanya digabungkan dalam satu set, yang menciptakan kenyamanan penggunaannya. Disarankan untuk mengisolasi elemen ganda, misalnya, memasangnya di dalam selang karet.
Dan satu lagi elemen obor plasma buatan sendiri adalah osilator. Tujuannya adalah untuk menyalakan busur di awal pekerjaan, yaitu, perangkat ini menciptakan percikan utama untuk menyalakan elektroda yang tidak dapat dikonsumsi. Pada saat yang sama, tidak perlu menyentuh permukaan logam dengan ujung bahan habis pakai. Osilator beroperasi pada AC dan DC. Jika di perangkat pabrik perangkat ini dipasang di dalam kotak peralatan, maka di perangkat buatan sendiri dapat dipasang di sebelah inverter dengan menghubungkannya dengan kabel.
Harus dipahami bahwa osilator dimaksudkan hanya untuk penyalaan busur. Artinya, setelah stabilisasi, perangkat harus dimatikan. Skema koneksi didasarkan pada penggunaan relai, yang mengontrol proses stabilisasi. Setelah mematikan perangkat, busur bekerja langsung dari inverter.
Seperti yang Anda lihat, tidak diperlukan gambar untuk merakit obor plasma dengan tangan Anda sendiri. Seluruh perakitan cukup sederhana, yang utama adalah mengikuti aturan keselamatan. Misalnya, kabel las dibaut bersama, selang udara tekan dihubungkan dengan klem dan klem pabrik.
Cara kerja obor plasma buatan sendiri
Pada prinsipnya, obor plasma buatan sendiri bekerja dengan cara yang persis sama dengan obor pabrik. Benar, ia memiliki sumber dayanya sendiri, yang terutama bergantung pada bahan dari mana nosel dibuat.
- Pertama, osilator dan inverter dihidupkan, di mana arus disuplai ke elektroda. Hal ini dinyalakan. Pengapian dikendalikan oleh tombol yang terletak di pegangan burner.
- 10-15 detik, selama waktu ini busur tugas akan mengisi seluruh ruang antara elektroda dan nosel. Sekarang Anda dapat memasok udara terkompresi, karena selama ini suhu di dalam nosel akan mencapai 7000C.
- Segera setelah plasma keluar dari nosel, Anda dapat melanjutkan ke proses pemotongan logam.
- Sangat penting untuk mengarahkan obor dengan benar di sepanjang kontur pemotongan yang diinginkan. Misalnya, jika kecepatan gerak maju pemotong tidak terlalu tinggi, maka ini adalah jaminan bahwa lebar pemotongan akan besar, ditambah ujung-ujungnya akan benar-benar tidak rata dengan kendur dan kikuk. Jika kecepatan pemotong, sebaliknya, tinggi, maka logam cair akan tertiup dengan buruk dari zona pemotongan, yang akan mengarah pada pembentukan potongan yang sobek, kontinuitasnya akan hilang. Oleh karena itu, perlu untuk memilih kecepatan potong secara eksperimental.
Sangat penting untuk memilih bahan yang tepat untuk pembuatan elektroda. Paling sering, hafnium, berilium, torium atau zirkonium digunakan untuk ini. Dalam proses suhu tinggi yang bekerja pada mereka, oksida tahan api dari logam-logam ini terbentuk di permukaan, sehingga elektroda dari mereka dihancurkan secara perlahan. Benar, berilium yang dipanaskan menjadi radioaktif, dan torium mulai melepaskan zat beracun. Karena itu, pilihan terbaik adalah elektroda yang terbuat dari hafnium.
Stabilisasi tekanan di outlet penerima disediakan oleh peredam yang dipasang. Itu tidak mahal, tetapi ini memecahkan masalah pasokan udara terkompresi yang seragam ke nosel obor.
Semua pekerjaan pada pengoperasian mesin pemotong plasma buatan sendiri harus dilakukan hanya dengan pakaian pelindung dan sepatu. Pastikan untuk memakai sarung tangan dan kacamata.
Untuk ukuran nozzle, tidak disarankan untuk membuatnya terlalu panjang. Ini mengarah pada kehancurannya yang cepat. Selain itu, sangat penting untuk mengatur mode pemotongan dengan benar. Masalahnya adalah bahwa kadang-kadang dalam pemotong plasma buatan sendiri tidak satu busur muncul, tetapi dua. Ini berdampak negatif pada pengoperasian perangkat itu sendiri. Dan tentu saja, ini mengurangi umurnya. Hanya saja nozzle mulai rusak lebih cepat. Ya, dan inverter mungkin tidak tahan terhadap beban seperti itu, jadi ada kemungkinan kegagalannya.
Dan yang terakhir. Ciri khas dari jenis pemotongan logam ini adalah pencairannya hanya di tempat yang dipengaruhi oleh aliran plasma. Oleh karena itu, perlu dipastikan bahwa titik potong berada di tengah-tengah ujung elektroda. Bahkan perpindahan titik yang minimal akan menyebabkan defleksi busur, yang akan menciptakan kondisi untuk pembentukan potongan yang salah, dan, karenanya, penurunan kualitas proses itu sendiri.
Seperti yang Anda lihat, gambar proses pemotongan tergantung pada banyak faktor, oleh karena itu, ketika merakit obor plasma tanpa bantuan spesialis dengan tangan Anda sendiri, Anda harus benar-benar mematuhi semua persyaratan untuk setiap elemen dan perangkat. Bahkan penyimpangan kecil akan mengurangi kualitas potongan.
Generator plasma - obor plasma
Jika zat padat dipanaskan dengan kuat, ia akan berubah menjadi cair. Jika Anda menaikkan suhu lebih tinggi lagi, cairan akan menguap dan berubah menjadi gas.
Tetapi apa yang terjadi jika Anda terus menaikkan suhu? Atom materi akan mulai kehilangan elektronnya, berubah menjadi ion positif. Alih-alih gas, campuran gas terbentuk, terdiri dari elektron, ion, dan atom netral yang bergerak bebas. Itu disebut plasma.
Saat ini, plasma banyak digunakan di berbagai bidang ilmu pengetahuan dan teknologi: untuk perlakuan panas logam, penerapan berbagai pelapis pada mereka, peleburan dan operasi metalurgi lainnya. Dalam beberapa tahun terakhir, plasma telah banyak digunakan oleh ahli kimia. Mereka menemukan bahwa kecepatan dan efisiensi banyak reaksi kimia sangat meningkat dalam pancaran plasma. Misalnya, dengan memasukkan metana ke dalam semburan plasma hidrogen, ia dapat diubah menjadi asetilena yang sangat berharga. Atau mengatur uap minyak menjadi sejumlah senyawa organik - etilen, propilena, dan lainnya, yang kemudian berfungsi sebagai bahan baku penting untuk produksi berbagai bahan polimer.
Skema generator plasma - obor plasma
1 - pancaran plasma;
3 - pelepasan busur;
4 - saluran "putaran" gas;
5 - katoda logam tahan api;
6 - gas plasma;
7 - pemegang elektroda;
kamera 8-bit;
9 - solenoida;
10 - anoda tembaga.
Bagaimana cara membuat plasma? Untuk tujuan ini, obor plasma, atau generator plasma, berfungsi.
Jika Anda menempatkan elektroda logam di dalam bejana berisi gas dan memberikan tegangan tinggi padanya, pelepasan listrik akan terjadi. Selalu ada elektron bebas dalam gas. Di bawah aksi arus listrik, mereka mempercepat dan, bertabrakan dengan atom gas netral, melumpuhkan elektron dari mereka dan membentuk partikel bermuatan listrik - ion, mis. mengionisasi atom. Elektron yang dilepaskan juga dipercepat oleh medan listrik dan mengionisasi atom baru, yang selanjutnya meningkatkan jumlah elektron dan ion bebas. Prosesnya berkembang seperti longsoran salju, atom-atom zat sangat cepat terionisasi dan zat berubah menjadi plasma.
Proses ini berlangsung dalam busur plasma obor. Tegangan tinggi dibuat di dalamnya antara katoda dan anoda, yang dapat berupa, misalnya, logam yang perlu diproses menggunakan plasma. Di ruang ruang pembuangan, zat pembentuk plasma paling sering disuplai dengan gas - udara, nitrogen, argon, hidrogen, metana, oksigen, dll. Di bawah aksi tegangan tinggi, pelepasan terjadi dalam gas, dan busur plasma terbentuk antara katoda dan anoda. Untuk menghindari panas berlebih pada dinding ruang pembuangan, mereka didinginkan dengan air. Perangkat jenis ini disebut obor plasma dengan busur plasma eksternal. Mereka digunakan untuk memotong, mengelas, melelehkan logam, dll.
Obor plasma untuk membuat pancaran plasma diatur agak berbeda. Gas pembentuk plasma dihembuskan melalui sistem saluran spiral dengan kecepatan tinggi dan "dinyalakan" di ruang antara katoda dan dinding ruang pelepasan, yang merupakan anoda. Plasma, berputar-putar menjadi jet padat karena saluran spiral, dikeluarkan dari nosel, dan kecepatannya bisa mencapai 1 hingga 10.000 m/s. Medan magnet, yang diciptakan oleh induktor, membantu "memeras" plasma dari dinding ruang dan membuat jetnya lebih padat. Suhu pancaran plasma di outlet nosel adalah dari 3000 hingga 25000 K.
Lihat lagi gambar ini. Apakah itu mengingatkan Anda pada sesuatu yang terkenal?
Tentu saja, itu adalah mesin jet. Gaya dorong dalam mesin jet dibuat oleh semburan gas panas yang dikeluarkan dengan kecepatan tinggi dari nosel. Semakin besar kecepatan, semakin besar gaya traksi. Apa yang salah dengan plasma? Kecepatan jet cukup cocok - hingga 10 km / s. Dan dengan bantuan medan listrik khusus, plasma dapat dipercepat bahkan lebih - hingga 100 km / s. Ini sekitar 100 kali kecepatan gas di mesin jet yang ada. Artinya, daya dorong mesin plasma atau jet listrik bisa lebih besar, dan konsumsi bahan bakar bisa dikurangi secara signifikan. Sampel pertama mesin plasma telah diuji di luar angkasa.
Mencapai suhu tinggi dimungkinkan dengan berbagai cara. Yang paling umum adalah pembakaran. Suhu pembakaran teoritis zat organik di udara biasanya ~2300 K, dan ketika oksigen digunakan sebagai zat pengoksidasi, dapat melebihi 3000 K. Mencapai suhu yang lebih tinggi dalam hal ini dibatasi oleh efek termal yang signifikan dari reaksi endotermik disosiasi produk pembakaran, yang membutuhkan energi dalam jumlah besar, tidak disediakan oleh panas pembakaran bahan bakar.
Cara lain untuk mencapai suhu tinggi adalah kompresi adiabatik gas. Dengan tingkat kompresi yang tinggi, mereka dapat terdisosiasi dan terionisasi. Namun, metode ini belum menemukan aplikasi luas dalam proses kimia plasma, meskipun tampaknya menjanjikan untuk melakukan beberapa reaksi.
Kondisi yang memastikan produksi plasma suhu rendah juga dapat dicapai dalam gelombang kejut pada angka Mach yang tinggi. Dalam praktiknya, untuk ini, pipa digunakan, dipisahkan oleh membran, di sisi yang berlawanan terdapat gas dengan tekanan yang berbeda secara signifikan. Jika membran dihancurkan, maka gelombang kejut mulai bergerak di dalam pipa, yang memungkinkan untuk mencapai suhu yang signifikan pada penurunan tekanan awal yang tinggi. Namun, metode ini, karena rumitnya pengorganisasian proses yang berkesinambungan, belum menemukan aplikasi dalam kimia plasma terapan.
Metode utama untuk mendapatkan plasma suhu rendah stasioner didasarkan pada penggunaan berbagai pelepasan listrik, seperti: percikan api; impuls; penghalang; induksi frekuensi tinggi; kapasitif frekuensi tinggi; gelombang mikro; electrospark di tempat tidur terfluidisasi; korona, obor, busur listrik; transformator. Semua pelepasan yang terdaftar ini diwujudkan dalam obor plasma yang sesuai, sebagian besar busur listrik dan gelombang mikro.
Pilihan jenis pelepasan dan desain obor plasma
Penggunaan satu atau beberapa pelepasan listrik untuk membuat obor plasma, serta desainnya, ditentukan oleh teknologi dan indikator teknis dan ekonomi dari proses tersebut. Saat memilih obor plasma, daya yang diperlukan, sumber daya operasi pada gas pembentuk plasma dari komposisi kimia tertentu, parameter pancaran plasma (suhu, kecepatan, tidak adanya kontaminasi oleh produk erosi elektroda), efisiensi (rasio dari energi yang dihabiskan untuk memanaskan gas dan reaksi kimia terhadap energi yang dikonsumsi), layanan kenyamanan dan keselamatan operasional. Saat menentukan efisiensi instalasi obor plasma, kehilangan energi pada sumber listrik dan jalur suplai harus diperhitungkan.
Jika tidak ada persyaratan khusus untuk kemurnian produk target, maka obor plasma busur listrik paling sering dipilih, dan jika ada persyaratan seperti itu, obor plasma frekuensi tinggi tanpa elektroda (induksi atau kapasitif) dipilih. Obor plasma busur listrik beroperasi pada hampir semua gas. Mereka juga digunakan dalam kasus di mana daya yang dibutuhkan melebihi 300-500 kW.
Obor plasma busur listrik
Plasmatron, di mana busur listrik digunakan untuk memanaskan berbagai macam gas, paling banyak digunakan dalam berbagai proses teknologi. Mereka menghasilkan pancaran plasma suhu rendah dengan suhu rata-rata massa hingga 4000-6000 K untuk gas diatomik dan poliatomik dan hingga 10000-20000 K untuk gas monoatomik. Saat ini sudah ada obor plasma busur listrik dengan daya dari beberapa kilowatt hingga puluhan megawatt. Bergantung pada jenis gas pembentuk plasma, parameter operasi, dan desain obor plasma, efisiensinya adalah 50-97%. Masa pakai obor plasma daya tinggi mencapai 100-1000 jam.
Mari kita pertimbangkan beberapa fitur busur listrik di ruang pelepasan obor plasma. Dengan peningkatan arus yang melewati busur yang tidak dibatasi oleh dinding dan pembakaran bebas di antara dua elektroda, ia mengembang dengan sedikit perubahan suhu. Jika busur ditempatkan di dalam saluran berpendingin air dengan diameter kecil, maka dengan peningkatan arus, busur itu, karena tidak dapat berkembang dan bergerak secara acak di ruang angkasa, menjadi stabil di dekat sumbu saluran, dan jumlah partikel bermuatan meningkat dengan meningkatkan suhu dan, akibatnya, tingkat ionisasi. Obor plasma, di mana busur distabilkan hanya oleh dinding dingin saluran pembuangan, dan laju aliran gas rendah, terutama digunakan untuk tujuan penelitian.
Ada cara lain untuk menstabilkan busur, berdasarkan pendinginan lapisan luarnya (kompresi termal) oleh aliran gas plasma memanjang atau berputar. Metode terakhir (stabilisasi pusaran gas dari pelepasan) paling sering digunakan dalam praktik.
Di wilayah dengan kepadatan arus tinggi, kompresi busur di bawah aksi medan magnetnya sendiri (efek cubitan magnetik) menjadi signifikan, yang juga berkontribusi pada stabilisasinya.
Struktur busur listrik dalam obor plasma ditentukan oleh interaksinya dengan aliran gas dan dinding saluran. Dalam saluran pembuangan berbentuk silinder panjang, tiga bagian karakteristik dapat dibedakan: awal, transisi, dan turbulen. Bagian awal terletak di antara ujung katoda dan titik perpotongan batas luar lapisan termal busur dengan lapisan batas turbulen gas pembentuk plasma dingin pada dinding saluran. Pada bagian ini, busur tidak memiliki pulsasi transversal yang signifikan, dan aliran di dalamnya dapat dianggap laminar. Fluks panas ke dinding ruang pelepasan kecil dan ditentukan terutama oleh radiasi dari kolom busur.
Di bagian transisi, penghancuran lapisan termal busur dan pencampuran intensif gas panas dan dingin terjadi. Osilasi transversal dari busur muncul, yang mengintensifkan hilir dan mengarah pada fakta bahwa panjangnya secara signifikan melebihi jarak yang diukur di sepanjang sumbu. Oleh karena itu, kekuatan teknis medan listrik (perbandingan perbedaan potensial busur dengan jarak ini) meningkat secara nyata. Pada obor plasma dengan panjang busur yang dapat disesuaikan sendiri, gangguan listrik antara busur dan dinding terjadi di bagian transisi.
Bagian turbulen dicirikan oleh pulsasi yang signifikan dan, dengan tidak adanya pasokan gas tambahan, oleh keteguhan kekuatan medan listrik, yang melebihi intensitas pada bagian awal beberapa kali.
Salah satu proses penting dalam ruang busur obor plasma adalah shunting - gangguan listrik antara busur dan dinding (shunting skala besar) dan antara bagian individu dari busur lengkung (shunting skala kecil), yang mengarah pada pembatasan panjang busur, kekuatannya, dan munculnya pulsasi parameter jet plasma.
Untuk mengurangi erosi dan meningkatkan masa pakai obor plasma, titik busur dipindahkan secara paksa di sekitar keliling elektroda dengan injeksi tangensial gas pembentuk plasma atau solenoid yang terletak secara koaksial ke saluran pembuangan (Gbr. 2.1, a-e). Interaksi medan ini dengan medan magnet intrinsik bagian radial busur menyebabkan munculnya gaya yang menyebabkan busur berputar di sekitar sumbu saluran pelepasan.
Klasifikasi obor plasma busur listrik. Bergantung pada atribut yang mendasari klasifikasi, jenis obor plasma busur listrik berikut dapat dibedakan:
· arus searah dan bolak-balik;
· busur tunggal dan multi-busur;
· dengan busur internal dan eksternal; dengan tiup memanjang (linier) dan dengan lengkung melintang;
· dengan panjang busur yang dapat disesuaikan sendiri dan tetap;
· dengan katoda panas dan dingin.
Masing-masing jenis plasmatron yang dipertimbangkan dapat diklasifikasikan menurut fitur desainnya. pada gambar. 2.1 menyajikan berbagai desain generator busur listrik plasma suhu rendah.
Gambar 2.1. Desain obor plasma busur listrik
a - ruang tunggal dengan katoda panas; b - ruang tunggal dengan katoda dingin dan panjang busur rata-rata tetap; c - dua kamar; d - dengan sisipan interelektroda; e - dengan sisipan interelektroda berpori; e - koaksial; g - arus keluar dua arah; h - dengan busur yang diperpanjang; dan - multi-busur; k - arus bolak-balik dengan elektroda batang; l - arus bolak-balik dari sirkuit linier; m - AC dengan nozzle split. 1 - elektroda batang; 2 – nosel (elektroda aksisimetris); 3 - diafragma; 4, 5 - isolator; 6 - solenoida; 7 - busur; 8 - gas utama; 9 - gas pelindung; 10 - pancaran plasma; 11 - bagian MEV; 12 - MEA dari bahan berpori; 13 - bahan baku; 14 - catu daya
Plasmatron DC sederhana dalam desain, andal dalam pengoperasian dan karena itu paling sering digunakan dalam berbagai proses teknologi.
Plasmatron dengan busur internal digunakan untuk menghasilkan semburan plasma suhu rendah, itulah sebabnya mereka kadang-kadang disebut jet(Gbr. 2.1, a-g). Dalam beberapa kasus, salah satu elektroda adalah bahan yang diproses, elektroda dipisahkan secara spasial satu sama lain, dan bagian dari busur berada di luar saluran pelepasan (Gbr. 2.1, h). Seperti obor plasma dengan busur diperpanjang sangat berbeda dari inkjet.
Tergantung pada bahan katoda dan intensitas pendinginannya, ia dapat beroperasi berdasarkan prinsip emisi termal (katoda termal) atau emisi medan (katoda dingin).
Untuk mengurangi fungsi kerja elektron, digunakan tungsten thoriated (dengan penambahan torium oksida) atau lantanisasi (dengan penambahan lantanum oksida). Saat bekerja dengan gas pembentuk plasma yang agresif, katoda ini harus ditiup dengan gas pelindung (Gbr. 2.1, a, d, e). Sumber daya operasi terus menerus dari katoda tungsten thoriated pada arus hingga 1000 A dalam hidrogen dan nitrogen lebih dari 100 jam, dan dalam argon dan helium - lebih dari 200 jam atau sejajar dengan sumbu saluran pembuangan. Setelah salah satu katoda mengerjakan sumber daya yang ditentukan, drum diputar sehingga batang baru dipasang di sepanjang sumbu saluran. Katoda multi-posisi semacam itu memungkinkan untuk secara signifikan meningkatkan masa pakai katoda.
Ketika obor plasma beroperasi di media pengoksidasi yang mengandung oksigen, meniup katoda panas dengan gas inert tidak diperlukan. Yang disebut katoda termokimia yang terbuat dari zirkonium atau hafnium sering digunakan. Sebuah film oksida terbentuk pada permukaan bahan-bahan ini, yang cukup konduktif listrik pada suhu tinggi dan pada saat yang sama melindungi logam dari oksidasi lebih lanjut. Erosi katoda zirkonium adalah ~10 -11 kg/C.
Katoda dingin tampil terutama dalam bentuk cangkir tembaga berpendingin air (Gbr. 2.1, b) atau selongsong tembaga (Gbr. 2.1, c). Anoda obor plasma busur listrik juga dalam banyak kasus adalah nosel (lengan) berpendingin air tembaga. Erosi katoda tembaga biasanya 2-3 kali lebih tinggi dari erosi anoda dan (0,8-1).10 -9 kg/C pada arus hingga 1,2 kA.
Plasmatron dengan busur yang ditiup memanjang(Gbr. 2.1, a-e, g), kadang-kadang disebut linier, menurut prinsip pasokan gas, mereka dibagi menjadi satu kamar - dengan masuknya gas pembentuk plasma melalui satu kamar gas (Gbr. 2.1, a, b), dua kamar (Gbr. 2.1, c) dan dengan sisipan interelektroda (Gbr. 2.1, d, e). Stabilisasi busur pada sumbu ruang pelepasan di plasmatron ruang tunggal dan dua ruang dilakukan menggunakan aliran gas yang berputar. Elektroda keluaran (paling sering anoda) terbuat dari tembaga, baja non-magnetik atau berbagai paduan berdasarkan bahan tahan api (misalnya, tungsten-tembaga).
Medan magnet solenoid memungkinkan Anda untuk memindahkan titik busur di atas permukaan elektroda, dan dalam obor plasma dengan katoda berbentuk kaca (Gbr. 2.1, b) itu juga mencegah busur mengikat ke ujung kaca .
Obor plasma satu ruang dan dua ruang dengan saluran silinder dari elektroda keluaran (Gbr. 2.1, a, c) adalah generator dengan panjang busur yang dapat menyesuaikan sendiri, tergantung pada laju aliran gas dan parameter debit. Jika elektroda keluaran memiliki ekspansi yang tajam (Gbr. 2.1, b), kondisi dibuat untuk shunting preferensial busur di belakang langkan dalam berbagai perubahan parameter karena aliran terpisah di area ini. Obor plasma semacam itu memungkinkan untuk memperbaiki panjang busur, yang kurang dari panjang yang dapat disesuaikan sendiri.
Panjang busur rata-rata tetap, melebihi yang dapat disesuaikan sendiri, dapat diperoleh pada obor plasma dengan sisipan interelektroda (MEI). Sisipan diisolasi secara elektrik dari satu sama lain dan dari elektroda. Injeksi gas ke dalam saluran pembuangan dapat dilakukan secara terpisah (Gbr. 2.1, d) atau melalui MEW berpori (Gbr. 2.1, e). Plasmatron dengan sisipan interelektronik memiliki efisiensi yang cukup tinggi (terutama ketika gas dihembuskan melalui dinding berpori) dan memungkinkan untuk secara relatif meningkatkan dayanya dengan meningkatkan jumlah MEV.
Dimensi keseluruhan plasmatron dengan MEI kecil. Jadi, sebuah generator dengan kapasitas 1500 kW, yang dirancang untuk memanaskan udara, nitrogen, hidrogen dan campuran hidrogen dan metana, memiliki panjang 0,8 m, dan massa 40 kg. Laju aliran hidrogen adalah 6-10 g/s, nitrogen dan udara - 60 g/s. Suhu rata-rata massa maksimum hidrogen mencapai 3500 K, nitrogen dan udara - 6000 K. Efisiensi termal adalah 0,75-0,85, arus maksimum adalah 800 A, konsumsi air untuk pendinginan adalah 2 kg / s, sumber daya katoda adalah 100 jam , anoda - 300 jam
Obor plasma dengan daya hingga 5000 kW dengan MEI berpori telah dikembangkan, panjangnya hingga 1,5 m, diameter elektroda keluaran hingga 80 mm, dan beratnya hingga 100 kg. Suhu rata-rata massa maksimum hidrogen adalah 4500 K, nitrogen dan udara - 6000 K. Efisiensi termal adalah 0,75-0,85, arus maksimum adalah 1000 A, aliran air hingga 12 kg/s, tekanan air hingga 1 MPa.
Pemanas busur listrik juga dapat dikaitkan dengan generator linier. kedaluwarsa bilateral(Gbr. 2.1, g). Namun, obor plasma ini jarang digunakan dalam proses teknologi, karena, karena resistensi aerodinamis yang berbeda dari reaktor yang terpasang pada elektroda keluaran, parameter pancaran plasma menjadi berbeda.
Generator plasma dengan busur yang ditiup melintang paling sering diimplementasikan dalam bentuk obor plasma koaksial (Gbr. 2.1, e) atau obor plasma dengan busur diperpanjang(Gbr. 2.1, h). Dalam obor plasma koaksial, busur bergerak di bawah aksi medan magnet eksternal di celah yang dibentuk oleh elektroda. Karena permukaan elektroda yang besar, masa pakai obor plasma bisa sangat tinggi. Diameter saluran pembuangan dalam hal ini besar, dan kecepatan jet plasma rendah. Jika nozzle dipasang untuk membentuk aliran plasma, efisiensi generator turun.
Busur internal yang ditiup melintang juga dapat diimplementasikan menggunakan dua elektroda toroidal atau batang yang terletak di dalam ruang pelepasan.
Peningkatan daya instalasi plasma-kimia dapat dicapai dengan meningkatkan daya busur listrik pada obor plasma (yaitu, arus dan tegangan), memasang beberapa obor plasma pada satu reaktor, atau membuat obor plasma dengan beberapa busur di saluran pembuangan, ditenagai oleh berbagai sumber (Gbr. 2.1, i) .
obor plasma AC frekuensi industri memiliki keunggulan signifikan dibandingkan obor plasma DC: efisiensi tinggi dari rangkaian catu daya, tidak adanya penyearah dan kemungkinan pengaturan arus operasi yang lancar. Namun, karena pelepasan padam ketika polaritas elektroda berubah dan tegangan melewati nol, tindakan khusus diperlukan untuk memastikan pembakaran busur AC yang stabil.
Sesuai dengan metode menstabilkan busur listrik, tiga jenis obor plasma AC dapat dibedakan: dengan stabilisasi busur oleh elektroda, dengan pelacakan frekuensi tinggi, dan gabungan (menggunakan arus searah).
Paling banyak digunakan di industri obor plasma dengan elektroda batang(Gbr. 2.1, j), terbuat dari bahan tahan api (paling sering grafit). Saat menggunakan arus tiga fase, injeksi tangensial dari gas pembentuk plasma dan lokasi elektroda yang cukup dekat di dalam ruang pelepasan, lapisan gas konduktif elektrik dipertahankan secara konstan, yang memastikan pengoperasian obor plasma yang stabil ketika polaritasnya terbalik.
Desain obor plasma busur listrik dengan elektroda yang didistribusikan sepanjang saluran busur (Gbr. 2.1, l) diusulkan. Titik umum transformator terhubung ke elektroda batang, dan kabel fasa terhubung ke elektroda tabung. Demikian pula, inklusi tiga fase plasmatron dengan tiga elektroda tubular dilakukan. Kerugian utama dari obor plasma tersebut adalah pulsasi besar dari parameter jet plasma karena perubahan panjang busur ketika polaritas elektroda cincin berubah.
Plasmatron dengan elektroda terpisah(Gbr. 2.1, m) menurut skema catu daya mirip dengan yang dijelaskan di atas, tetapi lebih stabil. Tidak seperti obor plasma sebelumnya, sulit untuk menggunakan solenoida di dalamnya untuk dengan cepat memindahkan titik busur di atas permukaan elektroda, yang mengurangi masa pakai.
Dalam obor plasma dengan pelacakan frekuensi tinggi pembakaran stabil dari busur arus bolak-balik frekuensi industri dicapai dengan koneksi paralel ke elektroda generator RF, yang memastikan pengapian permukaan yang stabil dari busur daya. Kerugian dari obor plasma semacam itu adalah kebutuhan untuk menggunakan catu daya tambahan (walaupun berdaya rendah) untuk pelepasan RF dan mengendalikannya.
Baru-baru ini, ada peningkatan penggunaan plasmatron tipe gabungan , di mana kontribusi utama daya disediakan oleh arus bolak-balik, dan arus searah hanya digunakan untuk pembangkit stasioner jet plasma berdaya rendah, yang melindungi pelepasan utama dari pemadaman. Obor plasma tersebut dapat beroperasi secara stabil dalam berbagai laju aliran arus dan gas. Contoh generator busur listrik seperti itu dapat berupa desain yang ditunjukkan pada Gambar 2.1, h, jika sumber arus bolak-balik dihubungkan ke elemen 1 dan 3. Obor plasma arus tiga fase gabungan diatur dengan cara yang sama. Dalam beberapa kasus, sumber AC dan DC terhubung ke elektroda keluaran, yang memungkinkan untuk meningkatkan masa pakai. Contoh lain dari obor plasma gabungan adalah desain yang ditunjukkan pada Gambar. 2.1, di mana sumber kedua 14, terhubung ke dua elektroda tabung, digantikan oleh catu daya AC.
Obor plasma frekuensi tinggi
Seperti disebutkan di atas, pelepasan frekuensi tinggi (dan, karenanya, plasmatron) dapat berupa elektroda (corona, obor) dan tanpa elektroda (HF - induksi frekuensi tinggi, RF - kapasitif frekuensi tinggi, microwave - microwave). Keuntungan utama dari obor plasma tanpa elektroda dibandingkan dengan obor elektroda (termasuk yang busur listrik) adalah sebagai berikut:
Sumber daya kerja yang tinggi (ribuan jam);
Tidak ada kontaminasi bahan yang diproduksi di reaktor plasma-kimia dengan produk erosi elektroda;
Kemampuan untuk bekerja pada oksigen murni dan gas plasma agresif lainnya.
Kerugian dari obor plasma frekuensi tinggi termasuk efisiensi keseluruhan instalasi yang rendah dan kerumitan pembuatan instalasi daya tinggi. Jadi kekuatan plasmatron RF adalah ~0,5 MW (dan hingga 1 MW), untuk gelombang mikro ~0,1 MW, dan efisiensinya tidak melebihi 0,6.
Istilah "plasma gelombang mikro" menggabungkan formasi plasma yang diperoleh di berbagai perangkat gelombang mikro (obor plasma). Saat ini, banyak perangkat gelombang mikro telah dikembangkan untuk memperoleh plasma, dan sifat-sifat yang terakhir pasti bergantung pada metode produksinya. Perangkat ini menentukan struktur medan elektromagnetik, efisiensi energi perangkat, bandwidth, ketergantungan sifat plasma pada frekuensi, tingkat daya minimum dan maksimum. Oleh karena itu, jika perlu untuk menganalisis plasma seperti itu, lebih bijaksana untuk mempertimbangkan sistem pelepasan gelombang mikro yang mewakili plasma dalam perangkat pelepasan gas tertentu.
pelepasan gelombang mikro(pengosongan gelombang mikro) biasanya disebut sebagai pelepasan yang ditimbulkan oleh gelombang elektromagnetik dengan frekuensi melebihi 300 MHz. Frekuensi yang diperbolehkan untuk aplikasi industri, medis dan ilmiah adalah 460, 915, 2450, 5800, 22125 MHz. Frekuensi yang paling umum digunakan adalah 2450 MHz.
Pelepasan gelombang mikro telah mengambil tempat yang kuat di antara generator plasma lainnya. Sifat-sifat pelepasan tersebut dan plasma yang diperoleh di dalamnya dipertimbangkan dalam semua aspek yang berkaitan dengan fisika plasma, kimia plasma, dan teknologi plasma.
Metode dan teknik produksi yang digunakan untuk mendapatkan plasma gelombang mikro sesuai dengan kisaran gelombang mikro dan berbeda dari yang digunakan pada frekuensi yang lebih rendah. Plasma dapat dibuat pada tekanan dari 1.33.10 -2 Pa ke atmosfer dalam mode berdenyut dan kontinu, daya rata-rata yang digunakan berkisar dari beberapa watt hingga ratusan kilowatt.
Elemen utama dari pelepasan gelombang mikro adalah perangkat yang memungkinkan memasukkan energi elektromagnetik ke dalam volume pelepasan. Ada sekitar 10 kelompok di mana semua struktur dalam kisaran gelombang mikro dapat dibagi secara kondisional.
Keuntungan utama dari pelepasan gelombang mikro adalah:
· Mudah diperoleh plasma dengan masukan energi spesifik yang tinggi (> 1 W/cm 3 ).
Kemudahan mendapatkan plasma dengan input energi rendah (<< 1Вт/см 3).
· Berbagai tekanan operasi (dari 1.33.10 -2 Pa hingga tekanan melebihi atmosfer).
· Kemungkinan menciptakan baik quasi-ekuilibrium dan plasma pada dasarnya non-ekuilibrium.
· Kontrol yang mudah dari struktur internal pelepasan dengan mengubah karakteristik elektrodinamik perangkat untuk memasukkan energi gelombang mikro ke dalam plasma.
· Kemungkinan membuat plasma dalam sistem tanpa elektroda dan elektroda (dalam kasus terakhir, tidak ada kontaminasi volume dan sampel dengan produk erosi elektroda).
· Kemampuan untuk membuat plasma dalam volume kecil dan besar, termasuk ruang bebas (atmosfer bumi).
· Kemungkinan pemrosesan permukaan besar dengan memindai area pembentukan plasma, yang memiliki dimensi kecil.
· Kemungkinan aksi bersama plasma dan medan elektromagnetik pada objek dalam plasma untuk meningkatkan efisiensi proses.
· Keluarga yang dikembangkan dari berbagai generator plasma gelombang mikro yang efisien memungkinkan untuk memilih desain untuk aplikasi apa pun.
