[发明专利]一种非射流常压大体积微波等离子体发生方法

说明书

本发明公开了一种非射流常压大体积微波等离子体发生方法，属于微波等离子体技术领域，其特征在于，包括以下步骤：a、启动点火器，将产生的小型等离子体或化学火焰喷入锥形腔内；b、启动微波源，通过微波馈口向反应腔体内输入微波；c、关闭点火器，加大微波源的微波功率，锥形腔内的小型等离子体被放大，得到非射流、常压大功率和大体积微波等离子体。本发明能够实现对待处理气体的充分均匀加热，提高反应效率，且可在设定空间范围内均匀分布，能有效防止产生破坏性击穿放电，易于控制散热平衡，在尽量减少热耗散的情况下，保证整个发生器的温度合理、结构稳定，实现长期运行稳定性；整个操作过程简单、可靠，易于控制。

技术领域

本发明涉及到微波等离子体技术领域，尤其涉及一种非射流常压大体积微波等离子体发生方法。

背景技术

等离子体是物质存在的第四种状态，通常是指电离也有可能是部分电离的导电气体，其中包括六种典型粒子：即电子、正离子、负离子、激发态的原子或分子、基态的原子或分子以及光子。无论是部分电离还是完全电离；其中的负电荷总数等于正电荷总数，所以叫等离子体，在宏观尺度的时间和空间范围里整体上呈电中性。比较严格的定义是：等离子体是由电子、正离子和中性粒子组成的整体上呈电中性的物质集合。

等离子体按温度分为：高温等离子体和低温等离子体两大类。高温等离子体是温度在10⁸-10⁹K之间完全电离的等离子体：如太阳、恒星、核聚变等离子体。而低温等离子体又进一步地被划分为热等离子体和冷等离子体。热等离子体，存在的环境压力较高，在1个大气压及以上，温度范围为10³-10⁵K，而且电子温度与气体温度大致相等，因此又被称为“平衡等离子体”，如常压电弧放电等离子体、高频感应等离子体和燃烧等离子体；冷等离子体，通常存在于低压或常压下，虽然电子温度范围仍高达10³-10⁴K，但气体平均温度范围低至300-400K，电子温度远高于气体温度，因此又被称为“非平衡等离子体”，如低气压下的直流辉光放电或高频感应辉光放电等离子体。

等离子体具有独特的物理、化学性质：具有类似金属的导电性能，且整体呈电中性、可受磁场作用；温度高，粒子动能大；化学性质活泼，容易发生化学反应；独特的发光特性等。等离子体拥有这些特性的根本原因可以归结为电子和气体分子间的碰撞、激发、离解、电离产生带有未成对电子的化学活性物种或基团。正是由于其光学、电学、力学、热学、化学等方面独特的性质，等离子体技术才成为一门新兴技术而得到广泛的应用。由于含有足够数量的自由带电粒子，其行为明显地受到电磁力影响，而总体上又呈现出电中性的非凝聚系统。等离子体具有一切电磁特性，其行为在很多方面不同于一般固体、液体、气体。主要特性是：粒子之间存在着长程库仑力相互作用，其运动与电磁场运动紧密耦合存在着丰富的集体效应和集体运动模式。

通常高温等离子体并不包含在常规工业应用领域及相关的研究范围内，而低温等离子则在该领域具有更广泛的应用和应用价值。

在低温等离子范畴内，传统理论认为，化学反应需要的等离子体应该是电子温度远高于气体温度的非平衡态等离子，即低温冷等离子，认为这样可以把外加场的能量交给电子而不使反应气体平均能量升高，表现为低平均温度。但在实际的应用中，在冷等离子体中进行的化学反应的过程与相同温度下的传统反应是有很大区别的，而且并不一定是有利的。因为冷等离子体表现出的低温只是一个平均的概念，其内存在局部高温或者部分高温粒子，所以此时的低温恰好是温度极不均匀的一种表现；此时不均匀会使大部分反应物处于低温区，且远低于平均温度，可能会影响反应率及反应速度；而且局部的高温可能会导致部分反应物发生不可逆破坏，产生大量非预期的副产物，影响利用率和得率。