Плазматрон, плазмотрон, плазмовий генератор, газорозрядний пристрій для здобуття «низькотемпературною» ( Т » 10 4 До) плазми . П. використовуються головним чином в промисловості в технологічних цілях (див. Плазмовий пальник, Плазмова металургія, Плазмова обробка, Плазмохимія ), але пристрої, аналогічні П., застосовують і як плазмових двигунів (див. також Електрореактивні двигуни ) . Почало широкого використання П. в промисловій і лабораторній практиці (і поява самого терміну «П.») відноситься до кінця 50-х — початку 60-х рр. 20 ст, коли були розроблені ефективні з інженерної точки зору способи стабілізації високочастотного розряду і дугового розряду, а також способи ізоляції стінок камер, в яких відбуваються ці розряди, від їх теплової дії. Відповідно, найбільш широке поширення отримали дугові і високочастотні (ВЧ) плазматрони.
Дуговий П. постійного струму складається з наступних основних вузлів: одного (катода) або двох (катода і анода) електродів, розрядної камери і вузла подачі плазмообразующего речовини; розрядна камера може бути поєднана з електродами — так званими П. з порожнистим катодом. (Рідше використовуються дугові П., працюючі на змінній напрузі; при частоті цієї напруги » 10 5 гц їх відносять до ВЧ(висока частота) плазматронам.) Існують дугові П. з осьовим і коаксіальним розташуванням електродів, з тороїдальними електродами, з двостороннім виділенням плазми, з електродами ( мал. 1 ) і , що витрачаються;т.д. Отвір розрядної камери, через який витікає плазма, називається соплом П. (у деяких типах дугових П. кордоном сопла є кільцевий або тороїдальний анод). Розрізняють дві групи дугових П.— для створення зовнішньої плазмової дуги (зазвичай називається плазмовою дугою) і плазмового струменя. У П. 1-ої групи дуговий розряд горить між катодом П. і оброблюваним тілом, анодом, що служить. Ці П. можуть мати як тільки катод, так і другий електрод - допоміжний анод, малопотужний розряд на який з катода (короткочасний або такий, що постійно горить) «підпалює» основну дугу. У П. 2-ої групи плазма, що створюється в розряді між катодом і анодом, витікає з розрядної камери у вигляді вузької довгої струмені.
Стабілізація розряду в дугових П. здійснюється магнітним полем, потоками газу і стінками розрядної камери і сопла. Один з поширених способів магнітної стабілізації плазменноструйних П. з анодом у формі кільця або тора, коаксіального катоду, полягає в створенні (за допомогою соленоїда) перпендикулярного плоскості анода сильного магнітного поля, яке вимушує струмовий канал дуги безперервно обертатися, оббігаючи анод. Тому переміщаються по кругу анодні і катодні плями дуги, що запобігає розплавленню електродів (або їх інтенсивну ерозію, якщо вони виконані з тугоплавких матеріалів).
До способів газової стабілізації, теплоізоляції і стискування дуги належить так зване «закручування» — газ подається в розрядну камеру по спіральних каналах, внаслідок чого утворюється газовий вихор, що обдуває стовп дуги і плазмовий струмінь, що генерується: шар холоднішого газу під дією відцентрових сил розташовується в стінок камери, оберігаючи їх від контакту з дугою. У випадках, коли не вимагається сильного стискування потоку плазми (наприклад, в деяких П. з плазмовою дугою, використовуваних для плавки металу; див.(дивися) Плазмова піч ) , стабілізуючий газовий потік не закручують, направляючи паралельно стовпу дуги, і не обжимають соплом (катод розташовують на самому зрізі сопла). Дуже часто стабілізуючий газ одночасно є і плазмообразующим речовиною. Застосовують також стабілізацію і стискування дуги потоком води (з «закручуванням» або без неї).
Плазма дугових П. неминуче містить частки речовини електродів унаслідок їх ерозії. Коли цей процес по технологічних міркуваннях корисний, його інтенсифікують (П. з електродами, що витрачаються); у ін. випадках, навпаки, мінімізують, виготовляючи електроди з тугоплавких матеріалів (вольфрам, молібден, спец.(спеціальний) сплави) і (або) охолоджуючи їх водою, що, крім того, збільшує термін служби електродів. «Чистішу» плазму дають ВЧ(висока частота) плазматрони (див. нижчий).
П. з плазмовим струменем зазвичай використовують при термічній обробці металів, для нанесення покриттів, здобуття порошків з частками сферичної форми, в плазмохимічеськой технології і пр.; П. із зовнішньою дугою служать для обробки електропровідних матеріалів; П. з електродами, що витрачаються, застосовують при роботі на агресивних плазмообразующих середовищах (повітрі, воді і ін.) і при необхідності генерації металевою, вуглецевою і т.д. плазми з матеріалу електродів (наприклад, при карботермічеськом відновленні руд).
Потужності дугових П. 10 2 — 10 7 Вт; температура струменя на зрізі сопла 3000—25 000 До; швидкість виділення струмені 1—10 4 м/сек; промислове ккд(коефіцієнт корисної дії) 50—90%; ресурс роботи (визначається ерозією електродів) досягає декількох сотень ч, як плазмообразующих речовини використовують повітря, N 2 , Ar, H 2 , Nh 4 , O 2 , H 2 O, рідкі і тверді вуглеводні, метали, пластмаси.
Високочастотний П. включає: електромагнітну котушку-індуктор або електроди, підключені до джерела високочастотної енергії, розрядну камеру, вузол введення плазмообразующего речовини. Розрізняють індукційні, ємкісні, факельні (див. Факельний розряд ) , П. на коронному розряді і з короною високочастотної а також надвисокочастотні (СВЧ) П. ( мал. 2 ). Найбільшого поширення в техніці набули індукційні ВЧ(висока частота) плазматрони, в яких плазмообразующий газ нагрівається вихровими струмами. Т. до. індукційний високочастотний розряд є безелектродним, ці П. використовують для нагріву активних газів (O 2 , Cl 2 , повітря і ін.), пари агресивних речовин (хлоридів, фторидів і ін.), а також інертних газів, якщо до плазмовому струменю пред'являються високі вимоги по чистоті. За допомогою індукційних П. отримують тонкодисперсні і особливо чисті порошкові матеріали на основі нітриду, бориду, карбідів і ін. хімічних сполук. У плазмохимічеських процесах об'єм розрядної камери таких П. може бути поєднаний з реакційною зоною (див. Плазмовий реактор ) . Потужність П. досягає 1 Мвт, температура в центрі розрядної камери і на початковій ділянці плазмового струменя ~ 10 4 До, швидкість виділення плазми 0—10 3 м/сек, частоти — від декількох десятків тис. гц до десятків Мгц, промислове ккд(коефіцієнт корисної дії) 50—80%, ресурс роботи до 3000 ч. В СВЧ(надвисокі частоти) плазматроні робочі частоти складають тисячі і десятки тис. Мгц; як генератори, що живлять їх, застосовуються магнетрони . ВЧ плазматрони всіх типів, окрім індукційних, застосовуються (70-і рр. 20 ст) головним чином в лабораторній практиці. У ВЧ(висока частота) плазматроні, як і в дугових, часто використовують газове «закручування», що ізолює розряд від стінок камери. Це дозволяє виготовляти камери ВЧ(висока частота) плазматрона з матеріалів з низькою термостійкістю (наприклад, із звичайного або органічного скла).
Для пуску П., тобто збудження в нім розряду, застосовують: замикання електродів, піджиг допоміжного дугового розряду, високовольтний пробій міжелектродного проміжку, інжекцію в розрядну камеру плазми і ін. способи. Основні тенденції розвитку П.: розробка спеціалізованих П. і плазмових реакторів для металургійної, хімічною промишленностей, підвищення потужності в одному агрегаті до 1—10 Мвт, збільшення ресурсу роботи і т.д.
Літ.: Генератори низькотемпературної плазми, М., 1969; Жуків М. Ф., Смоляков Ст Я., Урюку Б. А., Нагрівачі електродуг газу (Плазмотрони), М., 1973; Фізика і техніка низькотемпературної плазми, під ред. С. Ст Дресвіна, М., 1972.
