Индуктивно связанная плазма

редактировать

Рис. 1. Изображение аналитической горелки ICP

. плазма с индуктивно связанной плазмой (ICP ) или плазма с трансформаторной связью (TCP ). тип источника плазмы, в котором энергия обеспечивается электрическими токами, которые производятся электромагнитной индукцией, то есть временем -различные магнитные поля.

Содержание

1 Эксплуатация
2 Применения
3 См. также
4 Справочная информация

Эксплуатация

Рис. 2. Построение индуктивно связанной плазменной горелки. A: тангенциальный поток охлаждающего газа к внешней кварцевой трубке B: поток нагнетаемого газа (обычно Ar) C: поток газа-носителя с образцом D: индукционная катушка, которая формирует сильное магнитное поле внутри горелки E: векторы сил магнитного поля F : плазмотрон (разряд).

Существует три типа геометрии ИСП: планарная (рис. 3 (а)), цилиндрическая (рис. 3 (б)) и полутороидальная (рис. 3 (в))).

Рис. 3. Обычные плазменные индукторы

В плоской геометрии электрод представляет собой кусок плоского металла, намотанный в виде спирали (или катушки). В цилиндрической геометрии это похоже на спиральную пружину. В полутороидальной геометрии это тороидальный соленоид, разрезанный по основному диаметру на две равные половины.

Когда через катушку пропускается изменяющийся во времени электрический ток, он создает вокруг нее изменяющееся во времени магнитное поле с магнитным потоком

$Φ = π r 2 H = π r 2 H 0 cos ⁡ ω t {\ displaystyle \ Phi = \ pi r ^ {2} H = \ pi r ^ {2} H_ {0} \ cos \ omega t}$ ${\ displaystyle \ Phi = \ pi r ^ { 2} H = \ pi r ^ {2} H_ {0} \ cos \ omega t}$ ,

, где r - расстояние до центра катушки (и кварцевая трубка).

Согласно закону индукции Фарадея-Ленца, это создает азимутал электродвижущую силу в разреженном газе:

$U = - d Φ dt {\ displaystyle U = - {\ frac {d \ Phi} {dt}}}$ ${\ displaystyle U = - {\ frac {d \ Phi} {dt}}}$ ,

, что соответствует напряженности электрического поля

$E = U 2 π r = ω r H 0 2 грех ⁡ ω T {\ Displaystyle E = {\ frac {U} {2 \ pi r}} = {\ frac {\ omega rH_ {0}} {2}} \ sin \ omega t}$ ${\ displaystyle E = {\ гидроразрыв {U} {2 \ pi r}} = {\ frac {\ omega rH_ {0}} {2}} \ sin \ omega t}$ ,

приводящие к формированию траекторий электронов в форме восьмерки, обеспечивающих генерацию плазмы. Зависимость от r предполагает, что движение ионов газа наиболее интенсивно во внешней области пламени, где температура наиболее высока. В реальной горелке пламя охлаждается снаружи охлаждающим газом, поэтому самая горячая внешняя часть находится в тепловом равновесии. Температура достигает 5 000–6 000 К. Более строгое описание см. В уравнении Гамильтона – Якоби в электромагнитных полях.

Частота переменного тока, используемая в цепи RLC, которая содержит катушку, обычно 27–41 МГц. Чтобы вызвать плазму, на электродах на выходе газа образуется искра. Аргон - один из примеров широко используемого разреженного газа. Высокая температура плазмы позволяет определять многие элементы, кроме того, для примерно 60 элементов степень ионизации в горелке превышает 90%. Горелка ICP потребляет ок. 1250–1550 Вт мощности, но это зависит от элементного состава образца (из-за различных энергий ионизации ).

Применения

Плазма температура электронов может находиться в диапазоне ~ 6000 К и ~ 10 000 К (~ 6 эВ - ~ 100 эВ) и обычно на несколько порядков больше, чем температура нейтральных частиц. Температуры плазменного разряда ИСП в аргоне обычно составляют ~ 5500 - 6500 К и, следовательно, сопоставимы с достигнутыми на поверхности (фотосфера ) Солнца (от ~ 4500 K до ~ 6000 K). ICP-разряды имеют относительно высокую плотность электронов, порядка 10 см. В результате ICP-разряды имеют широкое применение где необходима плазма высокой плотности (HDP).

ICP-AES, тип атомно-эмиссионной спектроскопии.
ICP-MS, тип масс-спектрометрии.
ICP-RIE, тип реактивного ионного травления.

Еще одним преимуществом ICP-разрядов является то, что они относительно свободны от загрязнений, поскольку электроды полностью находятся вне реакционная камера. Напротив, в емкостной плазме (CCP) электроды часто помещаются внутри реактора и, таким образом, подвергаются воздействию плазмы и последующих химически активных веществ.

Индуктивно связанная плазма

Содержание

Эксплуатация

Применения

См. Также

Ссылки