ПЛАЗМОТРО́Н

ПЛАЗМОТРО́Н (плаз­ма­трон), га­зо­раз­ряд­ное уст­рой­ст­во для по­лу­че­ния низ­ко­тем­пе­ра­тур­ной плаз­мы [с темп-рой (3–50)·10³ К]. Наи­бо­лее рас­про­стра­нён­ный спо­соб по­лу­че­ния низ­ко­тем­пе­ра­тур­ной плаз­мы – на­грев га­за в ду­го­вом раз­ря­де по­сто­ян­но­го или пе­ре­мен­но­го то­ка в П. с ли­ней­ной или ко­ак­си­аль­ной схе­мой, в ко­то­рой ка­тод и анод име­ют ци­лин­д­рич. фор­му с об­щей осью. Су­ще­ст­ву­ют так­же П., ра­бо­таю­щие на ВЧ- и СВЧ-раз­ря­дах, транс­фор­ма­тор­ные П. Раз­ра­ба­ты­ва­ют­ся оп­тич. П., ис­поль­зую­щие оп­ти­че­ский раз­ряд, и П., в ко­то­рых газ ио­ни­зу­ет­ся пуч­ком элек­тро­нов.

В элек­тро­ду­го­вых П. по­сто­ян­но­го и пе­ре­мен­но­го то­ка мощ­ность раз­ря­да со­став­ля­ет от де­сят­ков Вт до де­сят­ков МВт, дав­ле­ние в ра­бо­чей ка­ме­ре – от не­сколь­ких Па до 10 МПа, про­дол­жи­тель­ность не­пре­рыв­ной ра­бо­ты – от до­лей се­кун­ды до со­тен и ты­сяч ча­сов.

Схе­ма элек­тро­ду­го­во­го П. по­сто­ян­но­го то­ка, ши­ро­ко ис­поль­зуе­мо­го в пром-сти и на­уч. ис­сле­до­ва­ни­ях, пред­став­ле­на на ри­сун­ке. П., как пра­ви­ло, со­сто­ит из ци­лин­д­рич. раз­ряд­ной ка­ме­ры, по оси ко­то­рой рас­по­ло­же­ны элек­тро­ды 1 и 2, и сис­те­мы вво­да ра­бо­че­го га­за 3. В ка­че­ст­ве внутр. элек­тро­да 1 (обыч­но ка­то­да) ис­поль­зу­ет­ся ли­бо ци­линдр, ли­бо эле­мент с тер­мо­хи­мич. встав­кой; др. элек­тро­дом мо­жет слу­жить са­ма раз­ряд­ная ка­ме­ра 2, но элек­трод мо­жет быть так­же рас­по­ло­жен в кон­це раз­ряд­ной ка­ме­ры ли­бо вне её. Элек­тро­дом мо­жет слу­жить, напр., об­ра­ба­ты­вае­мый ма­те­ри­ал в тех­но­ло­гич. ре­ак­то­ре ус­та­нов­ки. Ра­бо­чий газ по­да­ёт­ся в раз­ряд­ную ка­ме­ру, как пра­ви­ло с за­крут­кой, че­рез тан­ген­ци­аль­но на­прав­лен­ные ка­на­лы. Это обес­пе­чи­ва­ет рас­по­ло­же­ние плаз­мен­но­го стол­ба ду­ги 4 на оси ка­на­ла и вра­ще­ние (ука­за­но стрел­ка­ми) уча­ст­ков при­вяз­ки ду­ги к элек­тро­дам, пре­до­хра­няю­щее стен­ки раз­ряд­ной ка­ме­ры от на­гре­ва ду­гой. Раз­ра­ба­ты­вае­мые двух­струй­ные П. яв­ля­ют­ся мо­ди­фи­ка­ци­ей ли­ней­ной схе­мы.

Ра­бо­чим га­зом, на­гре­вае­мым элек­трич. ду­гой, мо­гут слу­жить лю­бые га­зы, в т. ч. мно­го­атом­ные, сме­си га­зов, па­ры́ жид­ко­стей (напр., во­ды), па­ры́ ме­тал­лов и т. д.

Схема электродугового плазмотрона постоянного тока: 1 – катод; 2 – разрядная камера (анод); 3 – система ввода рабочего газа; 4 – плазменный столб дуги.

Темп-ра ду­ги в П. мо­жет дос­ти­гать бо­лее 2·10⁴ К, сред­не­мас­со­вая темп-ра га­за – не­сколь­ких ты­сяч гра­ду­сов. Что­бы пре­до­хра­нить все эле­мен­ты П. от плав­ле­ния, их не­об­хо­ди­мо ин­тен­сив­но ох­ла­ж­дать во­дой или др. те­п­ло­но­си­те­ля­ми. В за­ви­си­мо­сти от схе­мы П. его кпд мо­жет со­став­лять от 0,5 до 0,9–0,95.

Впер­вые элек­трич. ду­га бы­ла по­лу­че­на и ис­поль­зо­ва­на для на­гре­ва разл. ма­те­риа­лов в 1802 В. В. Пет­ро­вым. В нач. 20 в. в пром-сти поя­ви­лись ап­па­ра­ты, в ко­то­рых для тех­но­ло­гич. про­цес­сов при­ме­ня­лась элек­трич. ду­га. По­вы­шен­ное вни­ма­ние к элек­тро­ду­го­вым ге­не­ра­то­рам плаз­мы воз­ник­ло в кон. 1950-х гг. в свя­зи с не­об­хо­ди­мо­стью на­гре­ва га­зов в аэ­ро­ди­на­мич. тру­бах для изу­че­ния свойств ле­тат. ап­па­ра­тов при ги­пер­зву­ко­вых ско­ро­стях и ус­ло­вий вхо­да кос­мич. ап­па­ра­тов в ат­мо­сфе­ру Зем­ли и др. пла­нет.

В 1960-х гг. П. на­чи­на­ет ис­поль­зо­вать­ся в хи­мич., ме­тал­лур­гич. и др. тра­ди­ци­он­ных и но­вых от­рас­лях пром-сти. Плаз­мен­ные тех­но­ло­гии ши­ро­ко при­ме­ня­ют­ся при пря­мой пе­ре­ра­бот­ке уг­ле­род­со­дер­жа­щих и уг­ле­во­до­род­ных ма­те­риа­лов, для ре­ше­ния эко­ло­гич. про­блем – пе­ре­ра­бот­ки или унич­то­же­ния разл. от­хо­дов про­из-ва, бы­то­вых и ме­ди­цин­ских от­хо­дов (в т. ч. вы­со­ко­ток­сич­ных) в лю­бом аг­ре­гат­ном со­стоя­нии: твёр­дом, жид­ком и га­зо­об­раз­ном. Ши­ро­ко ис­поль­зуют­ся П. при плаз­мен­ном на­пы­ле­нии для из­ме­не­ния и улуч­ше­ния ха­рак­те­ри­стик из­де­лий, тре­бую­щих­ся при ра­бо­те в экс­тре­маль­ных ус­ло­ви­ях, напр. ло­паток тур­бин, греб­ных вин­тов и т. д., а так­же в про­цес­сах плаз­мен­ной плав­ки (см. Плаз­мен­но-ду­го­вая печь) и рез­ки ме­тал­лов. П. при­ме­ня­ют­ся для по­лу­че­ния ульт­ра­дис­перс­ных и на­но­дис­перс­ных по­рош­ков.