способ плазмохимического синтеза и реактор плазмохимического синтеза для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ плазмохимического синтеза, включающий формирование в реакторе посредством источника плазмы плазменного образования, подачу в упомянутое плазменное образование реагентов и вывод полученных продуктов реакции, отличающийся тем, что на упомянутое плазменное образование воздействуют лазерным излучением, при этом используют набор лазеров с различными длинами волн с резонаторами или с резонаторами и с дополнительными резонаторами, причем плазменное образование располагают в упомянутых резонаторах лазеров.

2. Реактор для плазмохимического синтеза, содержащий лазерный источник для формирования плазменного образования, оптически связанный с фокусирующим объективом, и систему подачи реагентов в упомянутое плазменное образование в реакторе, отличающийся тем, что он снабжен дополнительными лазерами различных длин волн с резонаторами или с резонаторами и дополнительными резонаторами, при этом фокальная область фокусирующего объектива лазерного источника формирования плазменного образования расположена в резонаторах дополнительных лазеров или дополнительных резонаторах дополнительных лазеров.

Описание изобретения к патенту

Данное изобретение относится к области плазмохимии и может быть использовано при создании плазмохимических реакторов на основе лазеров. Известен способ плазмохимического синтеза [1], состоящий в подаче реагентов в плазменное образование, сформированное в межэлектродном промежутке при газовом разряде.

Недостатком этого способа является загрязнение плазмы элементами материала электродов при их испарении, влияющее на качество продукции синтеза. Известен способ плазмохимического синтеза [2], состоящий в подаче реагентов в плазменное образование - плазму оптического разряда, сформированное в фокальной области объектива, фокусирующего излучение СО₂ лазера.

Недостаток данного способа состоит в сложности использования для ведения плазмохимических реакций излучения коротковолновых лазеров ближнего ИК видимого и ультрафиолетового диапазона ввиду очень слабого поглощения их излучения плазмой. А именно коротковолновое излучение находит применение и перспективно для ведения плазмохимических реакций. Задачей заявляемого изобретения является разработка способа плазмохимического синтеза, обеспечивающего расширение возможностей данного метода получения продукции, повышение производительности и снижение энергозатрат при высоком качестве продукции.

Предлагается способ плазмохимического синтеза, состоящий в подаче реагентов в плазменное образование.

Новым по мнению автора является то, что плазменное образование располагается в резонаторах или в дополнительных резонаторах набора лазеров различных длин волн. Сущность способа поясняется схемой (Фиг.1).

С помощью источника плазмы, электроразрядного, высокочастотного поз.2 (как приведено на фиг.1), лазерного формируется квазистационарное плазменное образование 9 в специальной камере 11 (как на фиг.1) или в открытом пространстве. В плазменную область с помощью устройства подачи 1 вводится поток 3 необходимых реагентов в газообразном, жидком или твердом состоянии, а продукты реакции выводятся в виде потока 10.

Плазменное образование 9 располагается в резонаторах лазеров 4, 5 определенных длин волн, образованных зеркалами 6, 7 или для управления степенью связи плазма - лазер в дополнительных резонаторах, образованных при введении зеркала 8. Так как плазменное образование располагается в резонаторах лазеров, то за счет огромного числа проходов независимо от длины волны излучение лазеров будет поглощаться полностью, обеспечивая высокую эффективность лазерного воздействия на молекулярном и атомном уровне при соответствующем подборе длин волн. Предложенный способ значительно расширяет возможности плазмохимии.

Известно устройство [2], содержащее СО₂ лазер, оптически связанный с фокусирующим объективом, и систему подачи реагентов в фокальную область. Недостаток данного устройства состоит в бесперспективности применять коротковолновое излучение ввиду его крайне слабого поглощения плазмой оптического разряда при характерных температурах 10-1710 К. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является представленное в [3] устройство для нанесения алмазных покрытий из плазмы оптического разряда, в котором использованы лазерные источники 3 длин волн, включая ультрафиолетовый лазер.

Недостаток данного устройства состоит в слабом поглощении ультрафиолетового излучения плазмой разряда и повреждающем действии излучения лазерных источников на обрабатываемую поверхность. Задачей заявляемого изобретения является разработка устройства, обеспечивающего возможность использования широкого спектра длин волн лазерного излучения для ведения плазмохимических реакций, повышение производительности и снижение энергозатрат.

Для решения поставленной задачи предлагается устройство, содержащее лазер, оптически связанный с фокусирующим объективом, и систему подачи реагентов.

Новым, по мнению авторов, является то, что устройство дополнительно снабжено набором лазеров различных длин волн, причем фокальная область фокусирующего объектива располагается в резонаторах или в дополнительных резонаторах набора лазеров.

Сущность изобретения поясняется схемой (фиг.2).

Устройство содержит лазер 12, оптически связанный с объективом, 13 систему подачи реагентов 1, лазеры 4, 5.

Устройство работает следующим образом. Луч лазера 12, преимущественно СО₂ лазера из-за большой длины волны излучения, с помощью объектива 13 фокусируется в камере или в открытом пространстве (как на Фиг.2) в пятно размером 0,1-1 мм. В эту область с помощью устройства подачи 1 вводятся плазмообразующий инертный газ типа аргона и реагенты. С помощью мощного внешнего источника или путем кратковременного ввода испаряющегося вещества добиваются поджига оптического разряда 9, который непрерывно горит в луче лазера 1. Обычно до 60-70 процентов излучения СО ₂ лазера поглощается в плазме и затрачивается на поддержание разряда. С помощью лазеров, 4, 5 в резонаторах 6, 7 или дополнительных резонаторах 7, 8 которых горит разряд, осуществляют воздействие излучения определенных длин волн на молекулярные или атомные уровни реагентов и продуктов реакций, обеспечивая получение необходимого продукта, отводимого потоком 10. За счет огромного числа проходов независимо от длины волны излучение лазеров будет поглощаться полностью, обеспечивая высокую эффективность лазерного воздействия. Таким образом заявляемое устройство обеспечит возможность направленного воздействия на молекулярном и атомном уровне на ход плазмохимического процесса, повышение производительности плазмохимического реактора, снижение энергозатрат, при высоком качестве продукции.

Литература

1. US Patent 3,622,493 3,658,673.

2. А.Большаков В. Востриков В.Конов и др. Квант.Электроника 35,4,2005.

3. P.Mistry.K. Turchan//Materials Research Innovation. V.I, № 3 149-156,1997.