İndüktif eşleşmiş plazma - Inductively coupled plasma

Şekil 1. Analitik ICP torcunun resmi

Bir indüktif olarak bağlanmış plazma ( ICP ) veya transformatör bağlanmış plazma ( TCP ) bir tür plazma içinde kaynak enerji ile beslenir elektrik akımlarının tarafından üretilen elektromanyetik indüksiyon zaman değiştirilerek, olduğu, manyetik alanlar .

Operasyon

Şekil 2. Endüktif Olarak Eşleşmiş Plazma meşalesinin yapısı. A: dış kuvars tüpüne soğutma gazı teğet akışı B: boşaltma gazı akışı (genellikle Ar) C: numune ile taşıyıcı gaz akışı D: torç içindeki güçlü manyetik alanı oluşturan endüksiyon bobini E: manyetik alanın kuvvet vektörleri F : plazma meşale (deşarj).

Üç tür ICP geometrisi vardır: düzlemsel (Şekil 3 (a)), silindirik (Şekil 3 (b)) ve yarı toroidal (Şekil 3 (c)).

Şekil 3. Geleneksel Plazma İndüktörleri

Düzlemsel geometride, elektrot, bir spiral (veya bobin) gibi sarılmış bir yassı metal uzunluğudur. Silindirik geometride sarmal bir yay gibidir. Yarım toroidal geometride, ana çapı boyunca iki eşit yarıya kesilmiş toroidal solenoiddir .

Bobinden zamanla değişen bir elektrik akımı geçtiğinde, etrafında zamanla değişen bir manyetik alan oluşturur.

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

burada R (ve kuvars tüp) bobinin merkezi mesafedir.

Göre indüksiyon Faraday-Lenz yasası , bu oluşturur azimutal elektromotor kuvveti de seyreltilmiş gaz:

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

elektrik alan kuvvetlerine karşılık gelen

${\ displaystyle E = {\ frac {U} {2 \ pi r}} = {\ frac {\ omega rH_ {0}} {2}} \ sin \ omega t}$ ,

bir plazma üretimi sağlayan şekil-8 elektron yörüngelerinin oluşumuna yol açar. R'ye bağımlılık, gaz iyonu hareketinin, sıcaklığın en yüksek olduğu alevin dış bölgesinde en yoğun olduğunu gösterir. Gerçek torçta alev, soğutma gazı ile dışarıdan soğutulur, bu nedenle en sıcak dış kısım termal dengede olur. Orada sıcaklık 5 000–6 000 K'ye ulaşır. Daha ayrıntılı açıklama için, elektromanyetik alanlarda Hamilton – Jacobi denklemine bakın .

Bobini içeren RLC devresinde kullanılan alternatif akımın frekansı genellikle 27–41 MHz'dir. Plazmayı indüklemek için, gaz çıkışındaki elektrotlarda bir kıvılcım üretilir. Argon, yaygın olarak kullanılan seyreltilmiş gazlara bir örnektir. Plazmanın yüksek sıcaklığı, birçok elementin belirlenmesine izin verir ve ek olarak, torçtaki yaklaşık 60 element için iyonlaşma derecesi% 90'ı aşar. ICP meşale yakl. 1250–1550 W güç, ancak bu, numunenin temel bileşimine bağlıdır (farklı iyonlaşma enerjileri nedeniyle ).

ICP'lerin, düşük plazma yoğunluğuna sahip kapasitif (E) modu ve yüksek plazma yoğunluğuna sahip endüktif (H) modu olarak adlandırılan iki çalışma modu vardır ve E'den H'ye ısıtma modu geçişi harici girişlerle gerçekleşir.

Uygulamalar

Plazma elektron sıcaklıkları ~ 6.000 K ile ~ 10.000 K (~ 6 eV - ~ 100 eV) arasında değişebilir ve genellikle nötr türlerin sıcaklığından birkaç büyüklük mertebesindedir. Argon ICP plazma deşarj sıcaklıkları tipik olarak ~ 5.500 ila 6.500 K'dir ve bu nedenle güneşin yüzeyinde ( fotosfer ) ulaşılanla (~ 4.500 K ila ~ 6.000 K) karşılaştırılabilir. ICP deşarjları, ^10-15 cm- ³ düzeyinde, nispeten yüksek elektron yoğunluğuna sahiptir . Sonuç olarak, ICP deşarjları, yüksek yoğunluklu bir plazmanın (HDP) gerekli olduğu geniş uygulamalara sahiptir.

• ICP-AES , bir tür atomik emisyon spektroskopisi .
• ICP-MS , bir tür kütle spektrometresi .
• ICP-RIE , bir tür reaktif iyon aşındırma .

ICP deşarjlarının bir başka yararı, elektrotların tamamen reaksiyon odasının dışında olması nedeniyle nispeten kontaminasyon içermemesidir. Bunun aksine, kapasitif olarak birleştirilmiş bir plazmada (CCP), elektrotlar genellikle reaktörün içine yerleştirilir ve bu nedenle plazmaya ve ardından reaktif kimyasal türlere maruz kalır.

Ayrıca bakınız

• Darbeli endüktif pervane
• İndüksiyon plazma teknolojisi
• Plazma fiziği makalelerinin listesi
• Kapasitif olarak bağlanmış plazma

Referanslar