СВЧ-плазмотрон атмосферного давления малой мощности для прикладных исследований

• Автор: Смирнов, Константин Дмитриевич
• Шифр специальности: 01.04.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 147 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
ГЛАВА 1. СВЧ-ПЛАЗМОТРОНЫ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ И НАУКЕ
ЕЕ Области применения СВЧ-плазмы
1.2. Устройство СВЧ-плазмотронов
1.3. Характеристики СВЧ-плазмы
1.4. Бактерицидное воздействие СВЧ-плазмы
1.5. Современные разработки СВЧ-плазмотронов
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА РАБОЧЕЙ КАМЕРЫ СВЧ-ПЛАЗМОТРОНА
2.1. Выбор типа рабочей камеры
2.2. Сравнение резонаторных рабочих камер
2.3. Расчет и оптимизация резонаторной рабочей камеры
СВЧ-плазмотрона
2.4. Расчет теплового режима кварцевой разрядной трубки
2.5. Расчет электромагнитной безопасности СВЧ-плазмотрона
ГЛАВА 3. КОНСТРУИРОВАНИЕ СВЧ-ПЛАЗМОТРОНА
3.1. Разработка конструкции рабочей камеры СВЧ-плазмотрона
3.2. Расчет устройства связи рабочей камеры с волноводом
3.3. Настройка и экспериментальное исследование ЭДХ рабочей камеры
СВЧ-плазмотрона
3.4. Разработка конструкции СВЧ-плазмотрона
3.5. Система СВЧ-питания
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ
СВЧ-ПЛАЗМОТРОНА
4.1. Наладка и экспериментальное исследование работы СВЧ-плазмотрона
4.2. Исследование энергетических характеристик СВЧ-плазмотрона

4.3. Исследование работы СВЧ-плазмотрона на высоком уровне мощности
4.4. Исследование работы СВЧ-плазмотрона для асептической обработки поверхности
Заключение
Список использованных источников

ВВЕДЕНИЕ
В последние десятилетия вопросам использования электромагнитной энергии сверхвысокочастотного диапазона для повышения энергосбережения в различных технологических процессах уделяется значительное внимание. СВЧ-энергия востребована не только в традиционных процессах сушки и спекания, но и для получения чистой плазмы [1]. Особенности СВЧ-плазмы состоят в её высокой чистоте, которую нельзя получить с помощью обычных плазмотронов, в более эффективном вводе энергии в СВЧ-плазму и в возможности получения плотной высокотемпературной плазмы в небольших объемах [2]. Всё это предопределяет перспективность исследования плазмы СВЧ-разряда и применения её для решения новых прикладных задач.
Плазма СВЧ-разряда может использоваться в следующих процессах: получение водорода; получение оксидов и нитридов высокочистых материалов; плазмохимическая переработка углей, включая их пиролиз и газификацию; энергоэффективный поджиг угольной пыли; осаждение алмазов и алмазоподобных пленок; осаждение покрытий на кремниевых подложках и травление поверхности; использование СВЧ-плазмы в космической энергетике, в частности для имитации вхождения спутников в атмосферу Земли; в источниках света на основе СВЧ-разряда; в спектроскопии [1-9].
С развитием СВЧ-техники и магнетронных генераторов появилось большое количество научных работ по созданию и применению СВЧ-плазмотронов, работающих на воздухе атмосферного давления с мощностью до 5 кВт на частоте 2450 МГц [3,4,5,10-18]. Области использования таких плазмотронов: плазменные технологии газоочистки от ядовитых и инфекционных выбросов; сжигание твердых бытовых отходов; модификация рабочих поверхностей деталей из сталей, сплавов и полупроводниковых материалов перед операциями азотирования, очистки или травления;

ионизированного пара - плазму. Оказалось, что энергии ионов в такой плазме достаточно для разрушений органических макромолекул на низкомолекулярные составляющие. Это молекулярное расщепление приводит к рассечению или объемному удалению ткани.
Стерилизация объектов представляет собой процесс разрушения или удаления микроорганизмов, включая вегетативные клетки, споры и вирусы [29]. Ранние применения плазмы в медицине в основном основывались на температурных эффектах плазмы. Высокая температура использовалась в медицине для удаления тканей, стерилизации и остановки кровотечения. Внедрение в медицинскую практику метода, основанного на использовании низкотемпературной аргоновой плазмы (НТАП), оказалось весьма перспективно, поскольку позволяет стерилизовать самые разнообразные материалы, в том числе полимеры, которые требуют щадящих (нетермических), быстрых, безопасных и дешёвых способов стерилизации.
В России способ борьбы с патогенными бактериями и микроорганизмами с помощью холодной воздушной плазмы более 10 лет тому назад разработан в МИФИ под руководством профессора
Э.Я. Школьникова [32]. Его коллектив создал экспериментальную установку, состоящую из высоковольтного импульсно-периодического генератора и газоразрядной камеры. В камере низкотемпературная газоразрядная плазма содержала наряду с электронами, ионами, нейтральными атомами и молекулами, активные продукты плазмохимических реакций, и при этом создавала ультрафиолетовое и рентгеновское излучение. Как показано в [32], в результате воздействия низкотемпературной плазмы окисляются микроорганизмы, разрушаются оболочки бактерий и ДНК, в том числе и вирусные. Оставаясь холодной, плазма не разрушает термочувствительные материалы и является действительно универсальным стерилизатором.
В качестве современного применения можно привести коагуляцию крови путем пропускания достаточно высокого тока через ткани, заживление острых хронических ран и язв. Коагуляция достигается за счет высокой