等离子体发生器

等离子体的获得方式

　　等离子体由自然产生的称为自然等离子体(如北极光和闪电)，由人工产生的称为实验室等离子体。实验室等离子体是在有限容积的等离子体发生器中产生的。如果环境温度较低，等离子体能够通过辐射和热传导等方式向壁面传递能量，因此，要在实验室内保持等离子体状态，发生器供给的能量必须大于等离子体损失的能量。不少人工产生等离子体的方法（如爆炸法、激波法等）产生的等离子体状态只能持续很短时间（10□～10□秒左右），而有工业应用价值的等离子体状态则要维持较长时间（几分钟至几十小时）。能产生后一种等离子体的方法主要有：直流弧光放电法、交流工频放电法、高频感应放电法、低气压放电法（例如辉光放电法）和燃烧法。前四种放电都用电学手段获得，而燃烧则利用化学手段获得。

放电原理

　　利用外加电场或高频感应电场使气体导电，称为气体放电。气体放电是产生等离子体的重要手段之一。被外加电场加速的部分电离气体中的电子与中性分子碰撞，把从电场得到的能量传给气体。电子与中性分子的弹性碰撞导致分子动能增加，表现为温度升高；而非弹性碰撞则导致激发（分子或原子中的电子由低能级跃迁到高能级）、离解（分子分解为原子）或电离（分子或原子的外层电子由束缚态变为自由电子）。高温气体通过传导、对流和辐射把能量传给周围环境，在定常条件下，给定容积中的输入能量和损失能量相等。电子和重粒子（离子、分子和原子）间能量传递的速率与碰撞频率(单位时间内碰撞的次数)成正比。在稠密气体中，碰撞频繁，两类粒子的平均动能(即温度)很容易达到平衡，因此电子温度和气体温度大致相等,这是气压在一个大气压以上时的通常情况,一般称为热等离子体或平衡等离子体。在低气压条件下，碰撞很少，电子从电场得到的能量不容易传给重粒子，此时电子温度高于气体温度，通常称为冷等离子体或非平衡等离子体。两类等离子体各有特点和用途（见等离子体的工业应用）。气体放电分为直流放电和交流放电。

分类

　　1 高频感应等离子体发生器 又称高频等离子体炬，或称射频等离子体炬。它利用无电极的感应耦合，把高频电源的能量输入到连续的气流中进行高频放电。

　　2 电弧等离子体发生器 又称电弧等离子体炬，或称等离子体喷枪，有时也称电弧加热器。它是一种能够产生定向“低温”（约 2000～20000开）等离子体射流的放电装置。

　　3 低气压等离子体发生器 一种低气压气体放电装置，一般由三部分组成：产生等离子体的电源、放电室、抽真空系统和工作气（或反应气）供给系统。通常有四类：静态放电装置、高压电晕放电装置、高频（射频）放电装置和微波放电装置。

应用

　　低气压等离子体发生器已日益广泛应用于等离子体聚合、制备薄膜、刻蚀、清洗等表面处理工艺中。成功的例子如：在半导体制作工艺中，采用氟里昂等离子体干腐蚀，用离子镀法在金属表面生成氮化钛膜等。70年代以来，低气压等离子体对非金属固体（如玻璃、纺织品、塑料等）的表面处理及改性技术也有迅速发展。

　　高频等离子体炬在工业中已有多方面的应用，特别是在等离子体化工、冶金和光学材料提纯等方面。它还可制备超导材料，如用氢高频等离子体还原钒－硅（或钒－锗），铌－铝（或铌－锗）的氯化物蒸气以制备超导材料。中国冶金、采矿企业中需处理的钛矿石、含钒矿渣、磷矿石以及工业难熔废料含稀有材料的矿渣很多，采用高频等离子体炬是颇有前途的冶炼手段，可从中炼出有用的金属和稀有元素。

　　电弧等离子体发生器已在等离子体化工、冶金、喷涂、喷焊、机械加工和气动热模拟实验等领域中得到广泛应用。