Высокочастотные разряды в электротермии - Дашкевич И.П.
Скачать (прямая ссылка):
Конструкция камеры должна обеспечивать проникновение в зону разряда магнитного поля. Поэтому камеру, имеющую вид цилиндра, снабжают несколькими разрезами, параллельными оси камеры. При возникновении какой-либо неустойчивости в работе плазматрона, а также в момент его запуска разрез может быть перекрыт электрической дугой, что сразу же вызывает срыв работы плазматрона и может привести к повреждению камеры. Поэтому наличие нескольких разрезов значительно повышает
23
надежность работы металлической камеры, так как одновременное перекрытие всех разрезов маловероятно.
Цлазматрон с металлической камерой может работать как с осевым, так и с тангенциальным потоком газа. Для организации правильного протекания газа разрезы в металлической камере должны быть закрыты каким-либо тугоплавким электроизоляционным материалом. В противном случае плазмообразующий газ будет выходить через разрезы из разрядной камеры, и правильная организация газового потока будет нарушена. Наиболее простое решение — поместить металлическую разрядную камеру в трубку кварцевого стекла. При этом необходимо, чтобы радиальный зазор между камерой и трубкой был минимальным. Если это требование не соблюсти, то весьма вероятно возникновение разряда в этом кольцевом зазоре, препятствующего нормальной работе плазматрона. Другой способ закрытия разрезов — это применение специальных уплотнений из тугоплавких материалов. В качестве уплотняющего материала могут быть применены шта-бики из кварцевого стекла, синтетического рубина, сапфира или из таких материалов, как нитрид бора или карбонитрид бора. Применение уплотняющих материалов требует их точной подгонки с целыо герметичного закрытия разреза. Для уменьшения потерь энергии от протекания электрического тока в стенках самой камеры ее выполняют из меди.
Заканчивая раздел об устройстве плазматронов, нужно упомянуть об одном простом, но эффективном элементе их конструкции, который дает возможность управления потоком плазмы. Если нужно как-то изменить форму выходящего из плазматрона потока, например сузить его или придать ему плоскую форму, то можно с успехом применить различные насадки. Такая насадка крепится на срезе разрядной камеры и представляет собой металлический водоохлаждаемый конус. Выходному отверстию насадки придается сечение необходимой формы. Это может быть круг, прямоугольник и т. д. С помощью насадки удается сформировать поток нужного сечения. В правильно сконструированной насадке потери мощности плазменного потока невелики и не превышают 10—20% в зависимости от сечения насадки и расхода газа. Потери тем меньше, чем больше расход газа.
Рассмотрим способы возбуждения стационарного разряда в индукционном плазматроне. Выше мы говорили о получении ионизованного газа путем его нагревания. Однако на практике этот способ не применяется. Используемые в настоящее время способы возбуждения плазмы основаны на имеющемся в камере еще до возникновения в ней стационарного разряда некотором небольшом количестве заряженных частиц — электронов, ионов, образовавшихся за счет стороннего ионизатора. Эти частицы могут образовываться естественным путем, например за счет ионизации, вызываемой космическими лучами, или могут быть получены искусственно.
Один из способов возбуждения плазмы основан на понижении давления в плазматроне. При этом длина свободного пробега электронов будет увеличиваться обратно пропорционально давлению кв [/р. Если теперь через индуктор плазматрона пропустить электрический ток, то магнитное поле будет воздействовать на электроны, заставляя их двигаться по некоторой
24
траектории с ускорением. Так как длина свободного пробега вследствие понижения давления достаточно велика, то в конце своего пробега электрон может приобрести скорость и энергию, необходимую для ионизации нейтрального атома при столкновении с ним. Процесс нарастает лавинообразно, и в разрядной камере в результате возбуждается стационарный индукционный разряд. Если теперь постепенно повышать давление в плазматро-ие и одновременно при этом увеличивать напряженность магнит-лого поля (повышая напряжение на индукторе), то можно получить плазму при атмосферном или более высоком давлении. Этот способ возбуждения для практического применения малопригоден, так как требует применения вакуумного оборудования и является длительным но времени.
Широкое распространение нашли несколько способов, основанных на применении вспомогательных электрических разрядов. Один из таких способов основан на применении штыря, вводимого в разрядную камеру плазматрона. Штырь изготавливается из тугоплавкого электропроводящего материала (графит, вольфрам). Под влиянием высокого потенциала индуктора относительно земли (обычно несколько тысяч вольт) на конце штыря возникает электрический факел, который подхватывается магнитным полем и приводит к образованию стационарного индукционного разряда. Для интенсификации процесса возбуждения штырь иногда заземляют. Такой прием помогает при питании плазматронов сравнительно низкой частотой — несколько мегагерц. Возбуждению разряда таким способом способствует термоэлектронная эмиссия, возникающая вследствие индукционного нагрева самого штыря. После возбуждения плазмы штырь выводится из разрядной камеры. Этот способ наиболее надежен и прост, но непригоден в тех случаях, когда по условиям работы плазматрона введение штыря нел<елательно вследствие возможных загрязнений плазмы или невозможно но конструктивным соображениям.
