Плазмотрон

[plasmatron, plasma generator] — газозарядное устройство для получения струи или дуги низкотемпературной (103-105 К) плазмы. Исследования по созданию плазмотрона начались с XX в., но их широкое промышленное использование — в конце 1950-х гг., по разработке эффективных способов стабилизации дуговых и высокочастотных разрядов. Наиболее широко распространены дуговые и высокочастотные (ВЧ) плазмотроны. Дуговой плазмотрон постоянного и переменного тока промышленной частоты состоит из следующих основных узлов: электрода, разрядной камеры и узла для подачи плазмообразующего вещества. Разрядная камера может быть совмещена с электродом (например, плазмотрон с полым электродом). Различают две группы дуговых плазмотронов — для создания плазменной струи и плазменной дуги между катодом плазмотрона и обрабатываемым веществом, являющимся анодом. Плазмоструйные плазмотроны используют для получения восстановительных газов, нанесения покрытий, термической обработки материалов, полученных сферических порошков и других целей. Плазменно-дуговые плазмотроны применяются для обработки электропроводных материалов: плавки металлов, восстановления оксидных расплавов, сварки, резки и т.д. В металлургии используют также плазмотроны-реакторы, в которых совмещены процессы тепло- и массообмена и химических реакции с участием низкотемпературной плазмы. Они применяются для восстановления металлов, получения порошка, газификации угля и в других технологиях. Мощность дуговых плазмотронов 10₂ — 10⁷ Вт; температура плазмы 3000-25000 К; скорость истечения 1-10⁴ м/с; тепловой КПД — 50-90 %. Электромагнитную энергию высокой частоты преобразовывают в тепловую и энергию других видов в высокочастотных (ВЧ) плазмотронах, которые включают индуктор или электроды, разрядную камеру и узел ввода плазмообразующего вещества. Различают ВЧ плазмотроны индукционные (ВЧИ), емкостные (ВЧЕ), факельные и плазмотроны, использующие коронный разряд. В промышленности применяются пока только ВЧИ плазмотроны для получения тонкодисперсных и особочистых порошковых материалов (например, пигментный оксид титана). Мощность ВЧИ плазмотронов достигает 1 МВт, температура плазменной струи 10⁴ К, скорость истечения — 10³ м/с, тепловой КПД — 50-80 %.

Рис. 1. Схемы плазмоструйного (а) и плазменно-дугового (б) плазмотронов: Е — источник электропитания; Р — плазмотрон; М — плазмообразующий газ; W — изделие; 1 — катод; 2 — дуговая камера; 3 — дуговой разряд; 4 — плазменная струя

Рис. 2. Схемы высокочастотного индукционного (а) и сверхвысокочастотного (б) плазмотронов: Е — источник электропитания; Р - плазмотрон; М - плазмообразующий газ; 1 — разряд; 2 — индуктор; 3 — разрядная камера; 4 — плазменная струя; 5 — электродное пространство