[发明专利]在多电极微波等离子体激发源中的电极冷却系统

说明书

技术领域

本发明的主题是一种在多电极微波等离子体激发源中的电极冷却系统，其目的是增强应用在各种分析技术中，特别是在光学发射光谱法和质谱法中，的电容式微波等离子体激发源的冷却。

背景技术

微波等离子体激发源被应用于各种分析技术，来激发一个被输送到一个等离子区的分析样品。由于高的等离子温度，应用在电容式激发源中的电极，也被称为天线，可以达到与热传导和等离子辐射有关的高的表面温度值。当供给到一个电极的功率的某一临界密度已被超过，根据上述因素，与电极材料相关的分析谱线在发光光谱中上升，并且如果功率密度仍然增加，电极甚至可能损坏。所述的过程约束光谱源的如电子密度数量和激发温度等这种显著参数。加强的电极冷却对于足够高的源参数的潜在应用是有必要的。

在典型的微波激发源中，微波谐振器被统一为具有一个2.45GHz的微波功率发生器，所述谐振器被使用不吸收微波辐射的冷却气体或液体的系统冷却。一种水气雾剂也可以用作这样的介质，因为由喷洒在气体中的水分子的辐射吸收是微弱的。如果使用水，冷却系统必须设在微波场力线集中区以外，例如在微波谐振器壁中或在放电管周围，以避免过多的水的微波辐射吸收。

US5568015的专利说明书中描述了一种微波等离子体激发源，其中微波等离子体发生器谐振器是由介电材料制成，并且所述冷却剂实质上是通过一个螺旋形通道供给，该螺旋形通道保持与谐振器壁和一个不吸收微波的外部介质的接触。在这种系统中，可以使用水作为冷却剂，由于螺旋通道相对于微波场力线的合适的情况。这种解决方案是用于单电极的等离子体激发源。

从PL385484专利申请已知一种用于多相位电极系统的等离子体加热的方法和系统。该方法是，由等离子体发生器的至少三个相同的元件提供至少三个电磁波到围绕所产生的等离子体的一个圆上对称分布的点。作为气体流过该圆心的结果，等离子体获得一个环形形状，外部粒子通过其中心被馈送。该系统配备有至少一个功率发生器和至少三个相同的对称地分布在一个圆上的电极，在该圆中心，等离子体发生器的放电管垂直于电极系统放置。放电管包括一个管，该管将外部粒子供给到等离子体激发区。在这样的激发源中使用的电极的长度通常为1/4L或等于该长度的奇数倍，其中L是由微波能源产生的微波的长度，所述电极的长度是从它的顶部测量到供电点。如果供电点以微波最大值连接到所述电极，电极的长度也可以是3/4L或其多倍。

具有电容耦合的多电极激发源用于产生一个旋转微波场，并从惰性气体如氩、氦、氖，和这种分子气体如氢、氮、氧或大气两者中，在激发区获得稳定的环形等离子体。在微波等离子体产生后，根据工作气体流过激发源、电极材料和结构、以及电极供给模式，即一个脉冲或连续脉冲，电极的温度上升。该电极由通过在电极屏蔽壳体的通道供给到所述电极的空气冷却。尽管在激发源的长期工作过程中空气冷却，但电极表面可以达到与热传导和等离子体辐射相关的高的温度。

发明内容

本发明的目的是开发一种冷却系统，用于多电极微波等离子体激发源的加强冷却，其中通过一个电容耦合，能量从一个高频发生器供给到等离子体流。

一个多电极微波等离子体激发源中的电极冷却系统，包括电极冷却剂供给和移除系统，同时激发源由相对于中心管的轴线对称地布置的至少三个相同的电极构成，所述中心管供给一个分析样品，并且多个电极被安装在一个电绝缘的金属壳体中，使得电极的顶部放置在中心管的出口，并且他们的端部在供电点与微波连接短接，所述微波连接在电极的纵向轴线的延伸方向嵌入到壳体中，并且所述微波连接与微波功率源耦合，尤其是2.45GHz的频率，而每个电极从其顶部测量到供电点的长度为1/4L，其中L是由微波功率源产生的微波的长度，根据本发明，由一个特征区分开来：每个电极具有一个用于冷却剂的空心的纵向流动室，与金属侧管连接，供给和移除冷却剂的第一和第二金属侧管，同时外侧的管端部与壳体电气短接，每个侧管在金属壳体内的长度，从与电极的连接测量到外侧壳体壁10，是1/4L。此外，侧管在整个长度上与所述壳体隔离，并且有利地，侧管在壳体外部与入口和出口管连接器连接。