Плазменный генератор: Плазменный генератор в кондиционерах Dantex

Плазменный генератор в кондиционерах Dantex

Кислород – это необходимая составляющая воздуха, которая поддерживает жизнь на земле и дыхательные функции человека. Однако сам кислород – это нестабильная система, которая для своей стабильности  присоединяет к себе еще один или два электрона. Присоединив эти электроны, кислород станет отрицательно заряженным или, другими словами, «отрицательным ионом». Но таких свободных электронов должно быть достаточно много в воздухе, чтобы обеспечить создание большого количества отрицательных ионов. Увеличение их количества возможно в естественных условиях при грозах, рядом с большим потоком воды, падающей с высоты, в лесных массивах и т.д. Кроме того такие отрицательные ионы не проникают в закрытые помещения через бетонные и другие строительные конструкции.

Однако можно принудительно создавать излишек электронов, которые будут помогать создавать отрицательные ионы. Один из таких способов – создание электрического поля в воздухе, в области которого образуются свободные электроны, так необходимые человеку.

Такой процесс возможен в так называемом «плазменном генераторе» кондиционера Dantex. Плазменный генератор превращает воздух в плазменное состояние, что соответствует сильно ионизированной, но в общем нейтральной воздушной среде.      

Во внутреннем блоке кондиционера Dantex вблизи теплообменника расположен плазменный генератор, который создает электрическое поле. При прохождении воздуха через зону генератора образуются свободные электроны, которые сразу же захватывают кислород и становятся отрицательными ионами. Именно эти отрицательные ионы положительно влияют на здоровье человека, стимулируют обмен веществ, насыщая клетки кислородом, снимая усталость, стабилизируя давление, снимая нервное возбуждение, боль в мышцах и т.п.

Также эти отрицательные ионы с силу своей заряженности притягивают на себя пыль, грязь и другие мелкодисперсные составляющие из воздуха. В дальнейшем воздух проходит через воздушный фильтр, и все загрязнения остаются на нем, а очищенный воздух поступает в помещение.

Функция «плазменный генератор» имеется в кондиционерах Dantex серии «Kaze Inverter», «Vega».

Плазменный генератор

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к плазменному генератору, а более конкретно, к плазменному генератору, имеющему компактную и усовершенствованную конструкцию, в отличие от обычных устройств, без необходимости в сложной конструкции, такой как угольные щетки и т.п., что дает возможность предотвратить образование пыли и инородных материалов из угольной щетки, избежать частого технического обслуживания, а также значительно увеличить срок службы устройства, и, таким образом, такому, который может найти широкое применение в различных промышленных процессах, в которых требуется плазма.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Плазма относится к состоянию газа, ионизированного на отрицательно заряженные электроны и положительно заряженные ионы при сверхвысокой температуре. В этом состоянии разделение зарядов очень велико, количество отрицательных и положительных зарядов одинаково и, таким образом, общий заряд плазмы равен нулю (плазма нейтральна).

В целом, состояние вещества делится на твердое, жидкое и газообразное. Поскольку состояние плазмы отличается от твердого, жидкого и газообразного состояний, плазму часто называют четвертым состоянием вещества.

Когда к твердому веществу прикладывают энергию, оно становится жидкостью, а затем газом, а когда к газу снова прикладывают высокую энергию, газ разделяется на электроны и атомные ядра при температуре в несколько десятков тысяч градусов Цельсия.

Для того чтобы искусственно создать плазму, необходимы электрические способы, такие как постоянный ток, сверхвысокая частота, электронный пучок и т.п., а затем это состояние должно поддерживаться магнитным полем.

Чтобы использовать плазму в повседневной жизни, она должна быть таким образом искусственно создана, но можно сказать, что плазма является наиболее распространенным состоянием материи во Вселенной. Предполагается, что 99% материи во Вселенной находится в состоянии плазмы.

Молния, полярные сияния в Арктике, ионосфера в атмосфере и т.д. находятся в состоянии плазмы. За пределами атмосферы плазма также присутствует в поясе Ван Аллена, где ионы находятся в ловушке магнитного поля Земли, а также в солнечном ветре, приходящем от Солнца. Внутреннее пространство звезд или газ вокруг звезд также находится в состоянии плазмы. Водород в газообразном состоянии, присутствующий в пространстве между звездами, также находится в состоянии плазмы.

Искусственные плазмы, которые можно увидеть в повседневной жизни, включают люминесцентные лампы, ртутные лампы, плазменные панели и т.д.

Попытки искусственно создать плазму и найти ей практическое применение предпринимались непрерывно в течение длительного времени.

Плазма широко используются, в том числе плазма для термоядерного синтеза при температуре нескольких сотен миллионов градусов, низкотемпературная плазма тлеющего разряда или плазма дугового разряда, используемая в полупроводниковых процессах, синтезе новых материалов и т. д.

В частности, низкотемпературная плазма наиболее широко изучена и применяется в промышленности. Реакционная способность в плазме максимальна, и, таким образом, становится активной ионизация и рекомбинация веществ. Тем самым, использование плазмы позволяет создавать новое вещество, что трудно осуществить с помощью обычного синтеза или переработки веществ, и заменять процессы, которые создают загрязнение или которые трудно осуществить.

Кроме того, в процессе фотолитографии один из процессов по производству плоскопанельных дисплеев, включая ЖК или полупроводниковые дисплеи, использует плазму для удаления, путем сжигания, фоторезиста, который используется для формирования рисунка металлического материала или полупроводникового слоя, для травления тонкой пленки, изготовленной из органического материала или полупроводникового материала, или для удаления органического материала и т.п. с поверхности путем очистки.

Таким образом, плазма широко используется в промышленности, и, таким образом, также было налажено производство различных плазменных генераторов для искусственного создания плазмы.

Также сообщалось, что среди разнообразных плазменных генераторов применялись некоторые типы плазменных генераторов с угольными щетками.

В случае плазменного генератора такого типа, по природе своей конструкции, заземлением должен служить отдельный подшипник, и, поэтому, повреждение подшипника заземления было признано одной из основных проблем.

На практике основной целью в процессе изготовления плоскопанельных дисплеев или полупроводников является повышение производительности за счет сокращения времени отверждения до отлила. Если же техническое обслуживание плазменного генератора часто происходит из-за повреждения подшипника заземления и т.п., то работа устройства должна быть остановлена во время технического обслуживания плазменного генератора и, таким образом, проблема повреждения подшипника заземления не должна быть выпущена из виду. Таким образом, на основе этих фактов существует необходимость в разработке нового и усовершенствованного типа плазменного генератора.

РАСКРЫТИЕ ИНФОРМАЦИИ

Техническая проблема

Целью настоящего изобретения является создание плазменного генератора, который имеет компактную и усовершенствованную конструкцию, в отличие от обычных устройств, без сложной конструкции, такой как угольные щетки и т.д., что дает возможность предотвратить образование пыли и инородного материала из угольной щетки, избежать частого технического обслуживания, а также значительно увеличить срок службы устройства, и, таким образом, устройство, выполненное в соответствии с изобретением, сможет найти широкое применение в различных промышленных процессах, требующих плазмы.

Техническое решение

Поставленная задача достигается путем создания плазменного генератора, содержащего модуль, который генерирует плазму, и вращающийся корпус, который имеет по меньшей мере одно плазменное сопло, через которое плазма, генерируемая указанным модулем, выдувается наружу и которое расположено отдельно от указанного модуля с возможностью вращения снаружи указанного модуля.

Модуль плазменного генератора может содержать высоковольтный электрод, который расположен в центральной области; противоэлектрод, который расположен вокруг высоковольтного электрода и заряжается электроэнергией, подаваемой на высоковольтный электрод, для генерирования высоковольтной дуги; и входное отверстие для газа, которое выполнено между высоковольтным электродом и противоэлектродом и через которое сжатый воздух или газ вводится в выпускную головку.

Модуль плазменного генератора может также содержать по меньшей мере один высоковольтный изолятор, который установлен между высоковольтным электродом и противоэлектродом; и газовый распределитель, который содержит большое количество газораспределительных отверстий, через которые распределяется сжатый воздух или газ.

Высоковольтный изолятор может содержать первый высоковольтный изолятор, который расположен рядом с впускным отверстием для газа; и второй высоковольтный изолятор, который расположен радиально снаружи первого высоковольтного изолятора в его окружном направлении.

Противоэлектрод может содержать первый противоэлектрод, имеющий цилиндрическую форму, и второй противоэлектрод, имеющий воронкообразную форму и с возможностью отсоединения соединенный с первым противоэлектродом.

Вращающийся корпус может содержать ротор, который с возможностью вращения расположен снаружи модуля плазменного генератора, и выпускную головку, которая имеет плазменное сопло, с возможностью отсоединения соединена с концом ротора и ширина которой постепенно увеличивается к указанному концу.

Ротор может содержать первый ротор, который с возможностью вращения расположен в радиальном направлении снаружи от первого противоэлектрода, причем между ними расположен подшипник; и второй ротор, один конец которого с возможностью отсоединения соединен с первым ротором, а другой конец с возможностью отсоединения соединен с выпускной головкой.

Для предотвращения повреждения подшипника на его периферии может быть дополнительно предусмотрено манжетное уплотнение, имеющее превосходные свойства скольжения.

Второй ротор может содержать цилиндрическую соединительную часть с увеличенным диаметром, которая с помощью резьбы соединена с первым ротором; первую наклонную часть, которая выполнена наклонной в конце цилиндрической соединительной части с увеличенным диаметром; ступенчатую часть, которая образует ступеньку с цилиндрической соединительной частью с увеличенным диаметром в радиальном направлении внутрь от цилиндрической соединительной части, и диаметр которой меньше диаметра цилиндрической соединительной части с увеличенным диаметром; вторую наклонную часть, которая выполнена наклонной в конце ступенчатой части; и цилиндрическую соединительную часть с уменьшенным диаметром, которая на конце с возможностью отсоединения соединена с выпускной головкой.

Угол наклона первой наклонной части может быть больше угла наклона второй наклонной части, а на наружной стенке цилиндрической соединительной части с уменьшенным диаметром могут быть выполнены канавки.

На конце первого ротора может быть предусмотрен фланец для подшипника, который загнут внутрь, чтобы предотвратить отделение подшипника.

Плазменное сопло может содержать: первую наклонную направляющую часть, которая направляет плазму в выпускной головке в наклонном направлении, и вторую наклонную направляющую часть, которая имеет наклон, отличающийся от наклона первой наклонной направляющей части и, вместе с первой наклонной направляющей частью, образует плазменное сопло.

Плазменное сопло дополнительно может содержать торцевую скрытую наклонную направляющую часть, которая расположена в соответствующих наклонных направляющих частях под углом наклона, отличным от угла наклона как первой, так и второй наклонной направляющей части, так что плазма может направляться к наклонной торцевой поверхности выпускной головки или к нижней поверхности выпускной головки.

Плазменные сопла могут быть расположены как на наклонной торцевой поверхности выпускной головки, так и на нижней поверхности выпускной головки.

Плазменные сопла могут быть в большом количестве расположены в окружном направлении в некоторых областях, как на наклонной торцевой поверхности выпускной головки, так и на нижней поверхности выпускной головки.

Газораспределительное отверстие может иметь сопловую часть с уменьшающимся диаметром, диаметр которой постепенно уменьшается по направлению к плазменному соплу; цилиндрическую сопловую часть, которая соединена с сопловой частью с уменьшенным диаметром в области минимального диаметра сопловой части с уменьшающимся диаметром; и сопловую часть с увеличивающимся диаметром, диаметр которой постепенно увеличивается от цилиндрической сопловой части к плазменному соплу.

Технический результат

В соответствии с настоящим изобретением, в отличие от традиционных устройств, предложенный плазменный генератор имеет компактную и усовершенствованную конструкцию, в отличие от традиционных устройств, без сложной конструкции, такой как угольные щетки и т.д., что дает возможность предотвратить образование пыли и инородного материала из угольной щетки, избежать частого технического обслуживания, а также значительно увеличить срок службы устройства, и, таким образом, устройство, выполненное в соответствии с изобретением, может найти широкое применение в различных промышленных процессах, требующих плазмы.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение, показывающее конструкцию плазменного генератора, выполненного в соответствии с вариантом выполнения изобретения.

Фиг. 2 представляет собой разрез устройства, показанного на Фиг. 1.

Фиг. 3 представляет собой устройство, показанное на Фиг. 2, в частично разобранном виде.

Фиг. 4 представляет собой модуль плазменного генератора в частично разобранном виде.

Фиг. 5 представляет собой вид в увеличенном масштабе выпускной головки, показанной на Фиг. 2.

Фиг. 6 представляет собой разрез устройства, показанного на Фиг. 1, с другого угла.

Фиг. 7 представляет собой вид в увеличенном масштабе выпускной головки, показанной на Фиг. 6.

Фиг. 8 представляет собой вид сверху выпускной головки.

Фиг. 9 представляет собой вид в разрезе плазменного генератора, выполненного в соответствии с другим вариантом выполнения изобретения.

Фиг. 10 представляет собой вид в увеличенном масштабе газораспределительного отверстия, показанного на Фиг. 9.

ВАРИАНТЫ ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Далее варианты выполнения настоящего изобретения описаны подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, так что специалисты смогут легко осуществить на практике данное изобретение. Тем не менее, описание изобретения представлено исключительно для иллюстрации вариантов выполнения с точки зрения конструктивных или функциональных аспектов, и, таким образом, объем изобретения не должен интерпретироваться как ограниченный иллюстративными вариантами выполнения, раскрытыми ниже.

То есть, иллюстративный вариант выполнения может быть изменен различными способами и может иметь различные формы, и, таким образом, объем изобретения следует понимать как включающий эквиваленты, которые могут реализовывать техническую сущность настоящего изобретения. Более того, объекты или функции, описанные в настоящем изобретении, не предназначены для полного или исключительного включения в конкретный вариант выполнения, и, таким образом, объем изобретения не должен интерпретироваться как ограниченный конкретным вариантом выполнения.

Значение терминов, используемых в настоящем документе, следует понимать следующим образом.

Когда компонент упоминается как «соединенный» с другим компонентом, это может означать, что он непосредственно соединен с другим компонентом, но следует понимать, что между ними может находиться другой компонент. С другой стороны, когда компонент упоминается как «непосредственно соединенный» с другим компонентом, то это следует понимать, что между ними нет никаких других компонентов. Между тем, другие выражения для описания взаимного расположения между элементами, т.е. «между» и «непосредственно между» или «рядом с» и «непосредственно рядом с» следует толковать аналогичным образом.

Следует понимать, что выражение, используемое в единственном числе, включает также и выражение во множественном числе, если только из контекста четко не следует иное значение. Кроме того, также следует понимать, что такие термины, как «включающий» или «имеющий» и т.д., предназначены для указания наличия признаков, количества, операций, действий, компонентов, частей или их комбинации, которые раскрыты в описании, и не предназначены исключать возможность того, что может существовать или может быть добавлен один или несколько других признаков, количеств, операций, действий, компонентов, частей или их комбинации.

Если не указано иное, все термины, используемые в настоящем документе, в том числе технические или научные термины, имеют такие же значения, как и те, которые обычно понятны специалистам в этой области техники, к которой относится настоящее изобретение. Такие термины, как те, которые определены в общепринятых словарях, должны интерпретироваться как имеющие значения, равные контекстным значениям в соответствующей области техники, и не должны интерпретироваться как имеющие идеализированные или чрезмерно формальные значения, если это явным образом не определено в настоящей заявке.

Далее, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых одни и те же номера позиций используются для одних и тех же компонентов, будут подробно описаны варианты выполнения настоящего изобретения.

На Фиг. 1 показано схематическое изображение, иллюстрирующее конструкцию плазменного генератора, выполненного в соответствии с одним вариантом выполнения изобретения, а Фиг. 2 представляет собой разрез устройства, изображенного на Фиг. 1, Фиг. 3 представляет собой устройство, показанное на Фиг. 2, в частично разобранном виде, Фиг. 4 представляет собой модуль плазменного генератора в частично разобранном виде, Фиг. 5 представляет собой вид в увеличенном масштабе выпускной головки, показанной на Фиг. 2, Фиг. 6 представляет собой разрез устройства, показанного на Фиг. 1, с другого угла, Фиг. 7 представляет собой вид в увеличенном масштабе выпускной головки, показанной на Фиг. 6, а Фиг. 8 представляет собой вид выпускной головки сверху.

Со ссылкой на эти чертежи, плазменный генератор 100, выполненный в соответствии с настоящим вариантом выполнения, имеет компактную и усовершенствованную конструкцию, в отличие от обычных устройств, без сложной конструкции, такой как угольные щетки (не показаны) и т.п., что дает возможность предотвратить образование пыли и инородного материала из угольной щетки, предотвратить повреждение заземляющего подшипника и т.д., а также значительно увеличить срок службы устройства, и, таким образом, устройство, выполненное в соответствии с изобретением, может найти широкое применение в различных промышленных процессах, требующих плазмы. Плазменный генератор 100 может содержать модуль 110 и вращающийся корпус 170.

Модуль 110 плазменного генератора представляет собой узел в виде модуля, который генерирует плазму.

В отличие от традиционных модулей, модуль 110, выполненный в соответствии с настоящим вариантом выполнения, сам генерирует плазму.

Модуль 110 может содержать высоковольтный электрод 120, противоэлектроды 131 и 132, входное отверстие 140 для газа, высоковольтные изоляторы 151 и 152 и газовый распределитель 160.

Высоковольтный электрод 120 представляет собой электрод в форме стержня, расположенный в центральной области.

При подаче высокого напряжения к модулю 110 плазменного генератора снаружи, высокое напряжение прикладывают к высоковольтному электроду 120 в центре по кабелю С.

Противоэлектроды 131 и 132 расположены вокруг высоковольтного электрода 120. Противоэлектроды 131 и 132 заряжаются электроэнергией для генерирования высоковольтной дуги.

Противоэлектроды 131 и 132 могут быть выполнены в виде одного элемента. Тем не менее, в настоящем варианте выполнения, противоэлектроды 131 и 132 выполнены в виде отдельных элементов с целью технического обслуживания. То есть, в настоящем варианте выполнения противоэлектроды 131 и 132 содержат первый противоэлектрод 131, имеющий цилиндрическую форму, и второй противоэлектрод 132, имеющий воронкообразную форму и с возможностью отсоединения соединенный с первым противоэлектродом 131.

Между высоковольтным электродом 120 и противоэлектродами 131 и 132 предусмотрено впускное отверстие 140 для газа, через которое сжатый воздух или газ подается в выпускную головку 190.

Сжатый воздух может представлять собой обычный сжатый воздух, а газ может представлять собой плазмообразующий газ.

Между высоковольтным электродом 120 и противоэлектродами 131 и 132 установлены высоковольтные изоляторы 151 и 152, обеспечивающие изоляцию от внешней среды.

Высоковольтные изоляторы 151 и 152 также могут быть выполнены как один элемент. Тем не менее, в настоящем варианте выполнения высоковольтные изоляторы 151 и 152 выполнены в виде отдельных элементов с целью технического обслуживания.

То есть, в настоящем варианте выполнения высоковольтные изоляторы 151 и 152 содержат первый высоковольтный изолятор 151, расположенный рядом с входным отверстием 140 для газа, и второй высоковольтный изолятор 152, расположенный в окружном направлении радиально снаружи первого высоковольтного изолятора 151.

Газовый распределитель 160 обеспечивает пространство, в котором распределяется сжатый воздух или газ, вводимый через впускное отверстие 140 для газа.

Для этого распределитель 160 содержит газораспределительные отверстия 161, которые могут быть расположены с равноугольным интервалами в окружном направлении газового распределителя 160.

Между тем, вращающийся корпус 170 содержит плазменное сопло 191, через которое плазма, сгенерированная модулем 110, выдувается наружу, и выполнен отдельно от модуля 110 с возможностью вращения снаружи указанного модуля.

Когда вращающийся корпус 170 вращается снаружи модуля 110, с одновременной генерацией плазмы модулем 110, плазма может формироваться на большой площади, как показано на Фиг. 1. Для справки: плазма может инжектироваться в вертикальном направлении, в отличие от того, что показано на Фиг. 1, и, таким образом, объем настоящего изобретения не ограничивается чертежами.

Вращающийся корпус 170 содержит роторы 181 и 182, которые с возможностью вращения расположены снаружи модуля 110, и выпускную головку 190 с плазменным соплом 191, с возможностью отсоединения соединенную с концом второго ротора 182 и имеющую ширину, постепенно увеличивающуюся к концу.

Роторы 181 и 182 также могут быть выполнены как один элемент. Тем не менее, в настоящем варианте выполнения роторы 181 и 182 выполнены в виде отдельных элементов с целью технического обслуживания.

То есть, в настоящем варианте выполнения роторы 181 и 182 могут содержать первый ротор 181, который с возможностью вращения установлен в радиальном направлении снаружи первого противоэлектрода 131, с расположенным между ними подшипником B, и второй ротор 182, один конец которого с возможностью отсоединения соединен с первым ротором 181, а другой конец с возможностью отсоединения соединен с выпускной головкой 190.

Первый ротор 181 имеет по существу цилиндрическую форму. На наружной стенке первого ротора 181 выполнены канавки 181а, а на конце первого ротора 181 установлен фланец 181b подшипника, который загнут внутрь, чтобы предотвратить отделение подшипника В.

На периферии подшипника B внутри первого ротора 181 дополнительно предусмотрено манжетное уплотнение 182g, имеющее превосходные свойства скольжения, чтобы предотвратить повреждение подшипника В. Манжетное уплотнение 182g может быть изготовлено из политетрафторэтилена (PTFE), но объем настоящего изобретения не ограничивается этим материалом.

Вместе с тем, как описано выше, плазменный генератор 100, выполненный в соответствии с настоящим вариантом выполнения, имеет компактную и усовершенствованную конструкцию, в отличие от традиционных устройств, без сложной конструкции, такой как угольные щетки и т.п., используемые для заземления, что позволяет предотвратить образование пыли и инородных материалов из угольной щетки и предотвратить загрязнение изделий во время поверхностной плазменной обработки.

Кроме того, при использовании манжетного уплотнения 182g, имеющего превосходные свойства скольжения, можно предотвратить повреждение подшипника B, используемого для заземления, и значительно улучшить герметизацию газа, который генерирует плазму, повышая, тем самым, долговечность устройства при сохранении устойчивости плазмы. Таким образом, можно избежать частого технического обслуживания и значительно увеличить срок службы устройства, и, таким образом, плазменный генератор, выполненный в соответствии с изобретением, может найти широкое применение в различных промышленных процессах, требующих плазмы.

Тогда как первый ротор 181 имеет по существу цилиндрическую форму, второй ротор 182 имеет следующие конструктивные особенности.

То есть, в настоящем варианте выполнения второй ротор 182 может содержать цилиндрическую соединительную часть 182а с увеличенным диаметром, которая с помощью резьбы соединена с первым ротором 181, первую наклонную часть 182b, которая выполнена с наклоном на конце цилиндрической соединительной части 182а с увеличенным диаметром, ступенчатую часть 182c, которая образует ступеньку с цилиндрической соединительной частью 182а в радиальном направлении внутрь от цилиндрической соединительной части 182а, и диаметр которой меньше диаметра цилиндрической соединительной части 182а, вторую наклонную часть 182d, которая выполнена с наклоном на конце ступенчатой части 182c, и цилиндрическую соединительную часть 182е с уменьшенным диаметром, которая на конце с возможностью отсоединения соединена с выпускной головкой 190.

Учитывая тот факт, что второй ротор 182 расположен снаружи модуля 110, второй ротор 182 может иметь вышеуказанные конструктивные характеристики. Тогда цилиндрическая соединительная часть 182а с увеличенным диаметром, первая наклонная часть 182b, ступенчатая часть 182c, вторая наклонная часть 182d, и цилиндрическая соединительная часть 182е с уменьшенным диаметром могут быть выполнены как одно целое из одного материала.

В приведенной выше конструкции второго ротора 182, угол наклона первой наклонной части 182b может быть больше угла наклона второй наклонной части 182d.

Кроме того, на наружной стенке цилиндрической соединительной части 182е с уменьшенным диаметром могут быть выполнены канавки 182f.

Между тем, выпускная головка 190, содержащая описанное выше плазменное сопло 191, с возможностью отсоединения соединена с концом второго ротора 182 и имеет ширину, постепенно увеличивающуюся к концу.

Плазменное сопло 191cодержит первую наклонную направляющую часть 191а, которая направляет плазму в наклонном направлении в выпускной головке 190, и вторую наклонную направляющую часть 191b, угол наклона которой отличается от угла наклона первой наклонной направляющей части 191а, и которая, совместно с первой наклонной направляющей частью 191а, образует плазменное сопло 191.

В настоящем варианте выполнения плазменное сопло 191 дополнительно содержит первую или вторую торцевую скрытую наклонную направляющую часть 191c или 191d, которая в соответствующих наклонных направляющих частях 191а или 191b выполнена с наклоном под углом, отличным от угла наклона как первой, так и второй наклонных направляющих частей 191а и 191b так, что плазма может быть направлена к наклонной торцевой поверхности 190а выпускной головки 190 или к нижней поверхности 190b выпускной головки 190.

То есть, в случае, показанном на Фиг. 5, первая торцевая скрытая наклонная направляющая часть 191c выполнена на первой наклонной направляющей части 191а таким образом, что плазма может быть направлена к наклонной торцевой поверхности 190а выпускной головки 190. Кроме того, в случае, показанном на Фиг. 7, вторая торцевая скрытая наклонная направляющая часть 191d выполнена на второй наклонной направляющей части 191b таким образом, что плазма может быть направлена к нижней поверхности 190b выпускной головки 190.

В этом варианте выполнения плазменные сопла 191 могут быть расположены как на наклонной торцевой поверхности 190а выпускной головки 190, так и на нижней поверхности 190b выпускной головки 190. Как показано на Фиг. 8, плазменные сопла 191 в большом количестве расположены в окружном направлении в некоторых областях как на наклонной торцевой поверхности 190а выпускной головки 190, так и на нижней поверхности 190b выпускной головки 190. С такими конструктивными характеристиками эффективность генерации плазмы может быть увеличена.

Теперь следующим образом будет описана работа плазменного генератора 100, имеющего описанную выше конструкцию.

Например, в уровне техники сообщалось, что, когда поверхность полимера подвергают воздействию электрической дуги, поверхность полимера приобретает гидрофильные свойства.

Тем не менее, когда электрическая дуга непосредственно приложена к поверхности полимера, высокое напряжение оставляет след на поверхности изделия. Поэтому, для того чтобы избежать возникновения этого явления, необходимо сделать дугу ровной, и для этой цели в этом варианте выполнения высоковольтный электрод 120, выполненный круглой формы, соединен со вторичной обмоткой высоковольтного трансформатора.

Тем временем, между высоковольтным электродом 120 и противоэлектродами 131 и 132 генерируется электрическая дуга, и воздух (или конкретный газ) находится в состоянии плазмы благодаря генерируемой дуге. В этот момент плазма, генерируемая с помощью плазменного сопла 191 головки 190, может быть выдута наружу путем подачи сжатого воздуха или газа, а поверхность может быть модифицирована с помощью плазмы.

Для справки: более высокое напряжение и большее количество воздуха увеличивают площадь генерируемой дуги, но слишком много воздуха может уменьшить площадь обработки и, таким образом, необходимы соответствующие условия.

Непрерывная дуга генерирует ионы, обладающие высокой энергией в поле плазмы. Когда эта энергия ионами прикладывается к поверхности полимера, на этой поверхности образуются химически активные группы. Таким образом, последнее является необходимым условием для поперечной сшивки между поверхностью полимера и краской, покрывающими агентами, адгезивами и т.п. Дуга имеет коническую форму, такую, как пламя, исходящее от факела, как показано на Фиг. 1.

Таким образом, в соответствии с настоящим вариантом выполнения, плазменный генератор 100 имеет компактную и усовершенствованную конструкцию, в отличие от традиционных устройств, не требуя сложной конструкции, такой как угольные щетки и т.п., что дает возможность предотвратить образование пыли и инородного материала из угольной щетки, предотвратить повреждение подшипника В, избежать частого технического обслуживания, а также значительно увеличить срок службы устройства, и, таким образом, такой плазменный генератор может найти широкое применение в различных промышленных процессах, требующих плазмы.

Кроме того, плазменный генератор 100, выполненный в соответствии с настоящим вариантом выполнения, может выдавать большую высоковольтную мощность, которая обеспечивают долгосрочную надежность, может работать конструктивно простым способом, и может быть защищен своей цепью.

Фиг. 9 представляет собой вид в разрезе плазменного генератора, выполненного в соответствии с другим вариантом выполнения настоящего изобретения, а Фиг. 10 представляет собой вид в увеличенном масштабе газораспределительного отверстия, показанного на Фиг. 9.

Со ссылкой на эти чертежи, плазменный генератор 200, выполненный в соответствии с настоящим вариантом выполнения, может также содержать модуль 210 и вращающийся корпус 170.

Модуль 210 плазменного генератора может также содержать высоковольтный электрод 120, противоэлектроды 131 и 132, впускное отверстие 140 для газа, высоковольтные изоляторы 151 и 152 и газовый распределитель 160.

В этом варианте выполнения газораспределительное отверстие 261, выполненное в газовом распределителе 260, может иметь конструкцию, отличную от конструкции описанного выше газораспределительного отверстия 161.

То есть, в настоящем варианте выполнения газораспределительное отверстие 261 содержит сопловую часть 261а с уменьшающимся диаметром, диаметр которой постепенно уменьшается по направлению к плазменному соплу 191, цилиндрическую сопловую часть 261b, которая соединена с сопловой частью 261а в области минимального диаметра сопловой части 261а, а также сопловую часть 261c с увеличивающимся диаметром, диаметр которой постепенно увеличивается от цилиндрической сопловой части 261b к плазменному соплу 191.

Сопловая часть 261а с уменьшающимся диаметром предотвращает образование вихря газа, протекающего по направлению к сопловой части 261а таким образом, что газ протекает равномерно и стационарно.

Цилиндрическая сопловая часть 261b уменьшает давление газа, подаваемого к сопловой части 261а, чтобы увеличить скорость потока. Кроме того, введенный газ может быть инжектирован из сопловой части 261c с требуемой скоростью потока путем регулировки толщины и длины цилиндрической сопловой части 261b.

Сопловая часть 261c с увеличивающимся диаметром обеспечивает более легкий впрыск газа во всю область выпускной головки 190.

В том случае, когда газораспределительное отверстие 261 имеет форму, показанную на Фиг. 10, скорость потока газа, проходящего через сопловую часть 261а, цилиндрическую сопловую часть 261b и сопловую часть 261c, увеличивается и становится постоянной, что способствует повышению эффективности генерации плазмы.

Даже при такой конструкции, плазменный генератор 200 имеет компактную и усовершенствованную конструкцию, в отличие от традиционных устройств, не требуя сложной конструкции, такой как угольные щетки и т. п., что дает возможность предотвратить повреждение подшипника B, избежать частого технического обслуживания, а также значительно увеличить срок службы устройства и, таким образом, такой плазменный генератор может найти широкое применение в различных промышленных процессах, требующих плазмы.

Настоящее изобретение было подробно описано со ссылкой на предпочтительные варианты его выполнения. Тем не менее, специалисты в данной области техники должны иметь в виду, что в этих вариантах выполнения могут быть сделаны изменения, не отступая от принципов и сущности изобретения, объем которого определен в прилагаемой формуле изобретения и в ее эквивалентах.

ПЛАЗМЕННЫЙ ГЕНЕРАТОР – это… Что такое ПЛАЗМЕННЫЙ ГЕНЕРАТОР?

ПЛАЗМЕННЫЙ ГЕНЕРАТОР

ПЛАЗМЕННЫЙ ГЕНЕРАТОР – то же, что плазмотрон.

Большой Энциклопедический словарь. 2000.

• ПЛАЗМЕННЫЕ УСКОРИТЕЛИ
• ПЛАЗМЕННЫЙ РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Смотреть что такое “ПЛАЗМЕННЫЙ ГЕНЕРАТОР” в других словарях:

• ПЛАЗМЕННЫЙ ГЕНЕРАТОР — 1)генератор низкотемпературной плазмы, то же, что плазмотрон.2) П …   Физическая энциклопедия

• плазменный генератор — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN plasma generator …   Справочник технического переводчика

• плазменный генератор — то же, что плазмотрон. * * * ПЛАЗМЕННЫЙ ГЕНЕРАТОР ПЛАЗМЕННЫЙ ГЕНЕРАТОР, то же, что плазмотрон (см. ПЛАЗМОТРОН) …   Энциклопедический словарь

• плазменный генератор — plazminis generatorius statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Generatorius, plazmos šiluminę energiją verčiantis elektros energija. atitikmenys: angl. plasma generator vok. Plasmagenerator, m rus. плазменный генератор, m… …   Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

• плазменный генератор — plazmotronas statusas T sritis chemija apibrėžtis Įrenginys žemos temperatūros plazmai sukurti. atitikmenys: angl. plasmotron rus. плазматрон; плазменный генератор; плазмотрон …   Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

• плазменный генератор — plazminis generatorius statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. plasma generator vok. Plasmagenerator, m rus. плазменный генератор, m pranc. générateur à plasma, m; plasmatron, m …   Fizikos terminų žodynas

• Плазменный генератор —         то же, что Плазматрон …   Большая советская энциклопедия

• ПЛАЗМЕННЫЙ ГЕНЕРАТОР — то же, что плаз матрон …   Большой энциклопедический политехнический словарь

• ПЛАЗМЕННЫЙ ГЕНЕРАТОР — то же, что плазмотрон …   Естествознание. Энциклопедический словарь

• плазменный генератор на твёрдом топливе — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN solid fuel plasma generator …   Справочник технического переводчика

Покупайте эффективные плазменный генератор для очистителя воздуха и сопутствующие товары Hot Items 10% Off

О продукте и поставщиках:

Получите доступ к оптимальному качеству, эффективности и емкости. плазменный генератор для очистителя воздуха на Alibaba.com, чтобы очистить воздух в ваших комнатах. Эти профессиональные и гигиеничные. плазменный генератор для очистителя воздуха экологичны и идеально подходят для всех типов комнат, как жилых, так и коммерческих. Эти продукты отличаются прочностью и надежностью, чтобы служить долго и обеспечивать стабильные рабочие характеристики. Эти. плазменный генератор для очистителя воздуха не только качественны, но и очень привлекательны с эстетической точки зрения, и их можно носить с собой куда угодно.  Покупайте эти товары у ведущих поставщиков и оптовиков на сайте по экономичным ценам. 
Эти оптимально-стандартные. плазменный генератор для очистителя воздуха изготовлены из твердых и долговечных материалов, таких как АБС-пластик, которые служат долго и устойчивы к любым видам использования. Эти продукты являются энергоэффективными и экономичными из-за их низкого потребления энергии и электроэнергии. Файл. плазменный генератор для очистителя воздуха доступны в различных моделях, каждая из которых имеет свой набор отличительных особенностей. Эти невероятные. плазменный генератор для очистителя воздуха поставляются с фильтрами, которые помогают дезинфицировать микробы в воздухе, удаляя все типы загрязнителей. 
Alibaba.com имеет разные особенности. плазменный генератор для очистителя воздуха, которые доступны в различных размерах, формах, цветах, функциях и моделях в зависимости от ваших требований. Разнообразные наборы.  плазменный генератор для очистителя воздуха оснащены расширенными функциями, такими как определение температуры, активированный уголь и спящий режим, который можно отключить, когда он не нужен. Эти великолепные. плазменный генератор для очистителя воздуха также оснащены ярким ЖК-экраном для управления и многоступенчатой очистки воздуха. 
Изучите широкий спектр. плазменный генератор для очистителя воздуха на Alibaba.com, чтобы покупать эти продукты в рамках своего бюджета и экономить деньги. Этим продуктам предоставляется послепродажное обслуживание, установка и низкие затраты на обслуживание. Продукция сертифицирована CE, ISO, ROHS.

Плазменный генератор электроэнергии как действует. Генераторы низкотемпературной плазмы (плазмотроны). Как работает самодельный плазмотрон

Плазменный генератор – плазмотрон

Если твёрдое вещество сильно нагреть, оно превратится в жидкость. Если поднять температуру ещё выше – жидкость испарится и превратится в газ.

Но что произойдёт, если продолжать увеличивать температуру? Атомы вещества начнут терять свои электроны, превращаясь в положительные ионы. Вместо газа образуется газообразная смесь, состоящая из свободно движущихся электронов, ионов и нейтральных атомов. Она называется плазмой.

В наше время плазма находит широкое применение в самых разных областях науки и техники: для термической обработки металлов, нанесение на них различных покрытий, плавки и других металлургических операций. В последнее время плазму стали широко использовать химики. Они выяснили, что в струе плазмы сильно увеличивается скорость и эффективность многих химических реакций. Например, вводя в струю водородной плазмы метан, можно превратить его в очень ценный ацетилен. Или расположить пары нефти на ряд органических соединений – этилен, пропилен и другие, которые служат в дальнейшем важным сырьём для получения различных полимерных материалов.

Схема плазменного генератора – плазмотрона

1 – плазменная струя;

3 – дуговой разряд;

4 – каналы «закрутки» газа;

5 – катод из тугоплавкого металла;

6 – плазмообразующий газ;

7 – державка электрода;

8 – разрядная камера;

9 – соленоид;

10 – медный анод.

Как создать плазму? Для этой цели и служит плазмотрон, или плазменный генератор.

Если поместить в сосуд с газом металлические электроды и приложить к ним высокое напряжение, произойдёт электрический разряд. В газе всегда имеются свободные электроны. Под действием электрического тока они разгоняют и, сталкиваясь с нейтральными атомами газа, выбивают из них электроны и образуют электрически заряженные частицы – ионы, т.е. ионизируют атомы. Освободившиеся электроны тоже ускоряются электрическим полем и ионизируют новые атомы, ещё увеличивая количество свободных электронов и ионов. Процесс развивается лавинообразно, атомы вещества очень быстро ионизируются и вещество превращается в плазму.

Этот процесс происходит в дуговом плазмотроне. Высокое напряжение создаётся в нём между катодом и анодом, в качестве которого может служить, например, металл, который нужно обработать с помощью плазмы. В пространство разрядной камеры подаётся плазмообразующее вещество чаще всего газ – воздух, азот, аргон, водород, метан, кислород и т.д. Под действием высокого напряжения в газе возникает разряд, и между катодом и анодом образуется плазменная дуга. Чтобы избежать перегрева стенок разрядной камеры, их охлаждают водой. Устройства такого типа называют плазмотронами с внешней плазменной дугой. Применяются они для резки, сварки, расплавления металлов и др.

Несколько иначе устроен плазмотрон для создания плазменной струи. Плазмообразующий газ с большой скоростью продувается через систему спиральных каналов и «поджигается» в пространстве между катодом и стенками разрядной камеры, которые являются анодом. Плазма, закрученная благодаря спиральным каналам в плотную струю, выбрасывается из сопла, причём её скорость может достигать от 1 до 10000 м/с. «Отжать» плазму от стенок камеры и сделать её струю более плотной помогает магнитное поле, которое создаётся катушкой индуктивности. Температура струи плазмы на выходе из сопла – от 3000 до 25000 К.

Вглядитесь ещё раз в этот рисунок. Не напоминает ли он вам что-то хорошо известное?

Конечно, это реактивный двигатель. Силу тяги в реактивном двигателе создаёт струя горячих газов, выбрасываемых с большой скоростью из сопла. Чем больше скорость, тем больше сила тяги. А чем хуже плазма? Скорость у струи вполне подходящая – до 10 км/с. А с помощью специальных электрических полей плазму можно ускорить ещё больше – до 100 км/с. Это примерно в 100 раз больше скорости газов в существующих реактивных двигателях. Значит, и тяга у плазменных или электрореактивных двигателей может быть больше, и расход топлива можно будет намного уменьшить. Первые образцы плазменных двигателей уже испытаны в космосе.

Чтобы разрезать толстую металлическую заготовку, можно воспользоваться тремя инструментами: болгаркой, газовой кислородной горелкой и аппаратом плазменной сварки. С помощью первого получается ровный и аккуратный срез, но только по прямой линии, вторым можно резать узоры, но срез получается с наплывами металла и рваным. А вот третий вариант – это ровные резаные кромки, которые не нуждаются в дополнительной обработке. К тому же резать, таким образом, металл можно по любой кривой линии. Правда, стоит плазмотрон недешево, поэтому у многих домашних мастеров возникает вопрос, а можно ли изготовить это приспособление самостоятельно. Конечно, можно, главное понять принцип работы плазмотрона.

А принцип достаточно прост. Внутри резака установлен электрод из прочного и жаростойкого материала. По сути, это проволока, на которую подается электрический ток. Между ней и соплом резака зажигается дуга, которая нагревает пространство внутри сопла до 7000С. После чего внутрь сопла подается сжатый воздух. Он нагревается и ионизируется, то есть, становится проводником электрического тока. Его электропроводность становится такой же, как и у металла.

Получается так, что сам воздух – это проводник, который при соприкосновении с металлом образует короткое замыкание. Так как сжатый воздух обладает высоким давлением, то он старается выйти из сопла с большой скоростью. Этот ионизированный воздух с большой скоростью и есть плазма, температура которой более 20000С.

При этом, соприкасаясь с разрезаемым металлом, между плазмой и заготовкой образуется дуга, как и в случае с электродной сваркой. Разогрев металла происходит моментально, площадь разогрева равна сечению отверстия в сопле. Металл разрезаемой детали тут же переходит в жидкое состояние и плазмой выдувается из места разреза. Так и происходит резка.

Из принципа работы аппарата плазменной резки становится понятным, что для проведения этого процесса потребуется источник электрического питания, источник сжатого воздуха, горелка, в состав которой входит сопло из жаропрочного материала, кабели для подачи электроэнергии и шланги для подачи сжатого воздуха.

Так как разговор идет о плазмотроне, который будет собираться своими руками, то необходимо учитывать момент, что оборудование должно быть недорогим. Поэтому в качестве источника питания электроэнергией выбирается сварочный инвертор. Это недорогой аппарат с хорошей стабильной дугой, с его помощью можно неплохо сэкономить на потреблении электрического тока. Правда, резать им можно металлические заготовки толщиною не более 25 мм. Если есть необходимость увеличить данный показатель, тогда придется использовать вместо инвертора сварочный трансформатор.

Что касается источника сжатого воздуха, то тут проблем возникнуть не должно. Обычный компрессор давлением 2-2,5 атмосферы прекрасно будет поддерживать стабильную дугу для резки. Единственное, на что необходимо обратить внимание, это объем выдаваемого воздуха. Если процесс резки металлов будет продолжительным, то компрессор может не выдержать такой интенсивной работы. Поэтому рекомендуется после него установить ресивер. По сути, это емкость, в которой будет аккумулироваться воздух под необходимым давлением. Здесь важно провести настройку так, чтобы снижение давления в ресивере сразу же становилось причиной включения компрессора для наполнения емкости сжатым воздухом. Необходимо отметить, что компрессоры в комплекте с ресивером сегодня продаются, как единый комплекс.

Самый сложный в изготовлении элемент плазмотрона – это горелка с соплом. Самый простой вариант – это купить готовое сопло, а лучше несколько его видов с разными диаметрами его отверстия. Таким образом можно, меняя сопло, проводить резку разной ширины. Стандартный диаметр – 3 мм. Кто-то из домашних мастеров делает сопла своими руками из жаропрочных металлов, которые достать не так просто. Поэтому проще купить.

Устанавливается сопло на резак, он просто накручивается на конец горелки. Если используется в самодельном плазмотроне инвертор, то в его комплект входит рукоятка, на которую можно насадить купленное сопло.

Обязательные элементы плазмотрона – сварочный кабель и шланг. Их обычно соединяют в один комплект, что создает удобство их использования. Сдвоенный элемент рекомендуется заизолировать, к примеру, установить внутрь резинового шланга.

И еще один элемент самодельного плазмотрона – это осциллятор. Его назначение – зажечь дугу в самом начале работы, то есть, этот прибор создает первичную искру для поджига неплавящегося электрода. При этом касаться концом расходника поверхности металла нет необходимости. Работают осцилляторы, как на переменном, так и на постоянном токе. Если в заводских аппаратах этот прибор установлен внутри корпуса оборудования, то в самодельных его можно установить рядом с инвертором, подключив проводами.

Необходимо понимать, что осциллятор предназначается только для поджига дуги. То есть, после ее стабилизации прибор должен быть отключен. Схема подключения основана на использовании реле, при помощи которого контролируется процесс стабилизации. После отключения устройства дуга работает непосредственно от инвертора.

Как видите, никакие чертежи для сборки плазмотрона своими руками не нужны. Вся сборка производится достаточно просто, главное соблюсти правила техники безопасности. К примеру, сварочный кабель соединяется на болтах, шланги для сжатого воздуха на заводских обжимах и хомутах.

Как работает самодельный плазмотрон

В принципе, самодельный плазмотрон работает точно так же, как и заводской. Правда, у него свой собственный ресурс, зависящий в основном от материала, из которого изготовлено сопло.

• Сначала включается осциллятор и инвертор, через которые ток подается на электрод. Происходит его поджиг. Управление поджигом производится кнопкой, расположенной на рукоятке горелки.
• Секунд 10-15, за это время дежурная дуга заполнит собой все пространство между электродом и соплом. Теперь можно подавать сжатый воздух, потому что за это время температура внутри сопла достигнет 7000С.
• Как только из сопла вырвется плазма, можно переходить к процессу резки металла.
• Очень важно правильно вести горелку вдоль намеченного контура резки. К примеру, если скорость продвижения резака не очень большая, то это гарантия, что ширина реза будет большой, плюс края будут точно неровными с наплывами и корявыми. Если скорость движения резака, наоборот, будет большой, то расплавленный металл будет плохо выдуваться из зоны резки, что приведет к образованию рваного реза, потеряется его непрерывность. Поэтому опытным путем необходимо подобрать скорость резки.

Очень важно правильно подобрать материал для изготовления электрода. Чаще всего для этого используют гафний, бериллий, торий или цирконий. В процессе действия на них высоких температур на поверхности образуются тугоплавкие оксиды этих металлов, так что электрод из них разрушается медленно. Правда, нагретый бериллий становится радиоактивным, а торий начинает выделять токсичные вещества. Поэтому оптимальный вариант – это электрод из гафния.

Стабилизация давления на выходе из ресивера обеспечивается установленным редуктором. Стоит он недорого, зато решает проблему равномерного поступления сжатого воздуха на сопло резака.

Все работы по эксплуатации самодельного аппарата плазменной резки должны проводиться только в защитной одежде и обуви. Обязательно надеваются перчатки и очки.

Что касается размеров сопла, то делать его очень длинным не рекомендуется. Это приводит к быстрому его разрушению. К тому же очень важно провести правильную настройку режима реза. Все дело в том, что иногда в самодельных плазморезах появляется не одна дуга, а две. Это негативно сказывается на работе самого аппарата. И конечно, это уменьшает срок его эксплуатации. Просто сопло начинает быстрее разрушаться. Да и инвертор такой нагрузки может не выдержать, так что есть вероятность выхода его из строя.

И последнее. Характерная особенность данного вида резки металлов – это его плавка только в том месте, на который воздействует плазменный поток. Поэтому необходимо добиться того, чтобы пятно реза находилось по центру конца электрода. Даже минимальное смещение пятна приведет к отклонению дуги, что создаст условия образования неправильного реза, а соответственно снижения качества самого процесса.

Как видите, рисунок процесса резки зависит от многих фактором, поэтому, собирая плазмотрон без помощи специалистов своими руками, необходимо точно соблюдать все требования к каждому элементу и прибору. Даже небольшие отклонения снизят качество реза.

О перспективности МГД генераторов слышал почти каждый, кто интересовался энергетикой. А вот то, что эти генераторы находятся в статусе перспективных уже более 50 лет, известно немногим. О проблемах, связанных с плазменными МГД генераторами, рассказывается в статье.

История с плазменными, или магнитогидродинамическими (МГД) генераторами удивительно похожа на ситуацию с . Кажется, что нужно сделать только одни шаг или приложить небольшое усилие, и прямое преобразование тепла в электрическую энергию станет привычной реальностью. Но очередная проблема отодвигает эту реальность на неопределенное время.

Прежде всего, о терминологии. Плазменные генераторы являются одной из разновидностей МГД генераторов. А те, в свою очередь, получили свое название по эффекту появления электрического тока при движении электропроводящих жидкостей (электролитов) в магнитном поле. Эти явления описываются и изучаются в одном из разделов физики – магнитогидродинамике . Отсюда и получили свое название генераторы.

Исторически первые эксперименты по созданию генераторов проводились с электролитами. Но результаты показали, что разогнать потоки электролитов до сверхзвуковых скоростей очень трудно, а без этого КПД (коэффициент полезного действия) генераторов чрезвычайно низок.

Дальнейшие исследования проводились с высокоскоростными ионизированными потоками газа, или плазмой. Поэтому сегодня, говоря о перспективах использования МГД генераторов , нужно иметь в виду, что речь идет исключительно о плазменной их разновидности.

Физически эффект появления разности потенциалов и электрического тока при движении зарядов в магнитном поле аналогичен . Те, кто работал с датчиками Холла, знают, что при прохождении тока через полупроводник, помещенный в магнитное поле, на обкладках кристалла, перпендикулярных линиям магнитного поля, появляется разность потенциалов. Только в МГД генераторах вместо тока пропускают проводящее рабочее тело.

Мощность МГД генераторов напрямую зависит от проводимости проходящего через его канал вещества, квадрата его скорости и квадрата напряженности магнитного поля. Из этих соотношений понятно, что чем больше проводимость, температура и напряженность поля, тем выше отбираемая мощность.

Все теоретические исследования по практическому преобразованию тепла в электричество были выполнены еще в 50-х годах минувшего столетия. А спустя десятилетие появились опытно-промышленные установки «Марк-V» в США мощностью 32 МВт и «У-25» в СССР мощностью 25 МВт. С тех пор ведется отработка различных конструкций и эффективных режимов работы генераторов, испытания разнообразных типов рабочих тел и конструкционных материалов. Но до широкого промышленного использования плазменные генераторы так и не дошли.

Что мы имеем на сегодняшний день? С одной стороны, уже работает комбинированный энергоблок с МГД генератором мощностью 300 МВт на Рязанской ГРЭС. КПД собственно генератора превышает 45%, тогда как КПД обычных тепловых станций редко достигает 35%. В генераторе используется плазма с температурой 2800 градусов, полученная при сгорании природного газа, и .

Казалось бы, плазменная энергетика стала реальностью. Но подобные МГД генераторы в мире можно сосчитать на пальцах, и созданы они еще во второй половине прошлого века.

Первая причина очевидна: для работы генераторов требуются жаропрочные конструкционные материалы. Часть материалов разработано в рамках выполнения программ по термоядерному синтезу. Другие используются в ракетостроении и засекречены. В любом случае, эти материалы чрезвычайно дорогие.

Другая причина заключается в особенностях работы МГД генераторов: они производят исключительно постоянный ток. Поэтому требуются мощные и экономичные инверторы. Даже сегодня, несмотря на достижения полупроводниковой техники, подобная задача до конца не решена. А без этого передать огромные мощности потребителям невозможно.

Не решена полностью и задача создания сверхсильных магнитных полей. Даже применение сверхпроводящих магнитов не решает проблему. Все известные сверхпроводящие материалы имеют критическую величину напряженности магнитного поля, выше которой сверхпроводимость просто исчезает.

Можно только гадать, что может произойти при внезапном переходе в нормальное состояние проводников, в которых плотность тока превышает 1000 А/мм2. Взрыв обмоток в непосредственной близости с плазмой, разогретой почти до 3000 градусов не вызовет глобальной катастрофы, но дорогостоящий МГД генератор выведет из строя наверняка.

Остаются проблемы разогрева плазмы до более высоких температур: при 2500 градусах и добавках щелочных металлов (калия) проводимость плазмы, тем не менее, остается очень низкой, несоизмеримой с проводимостью меди. Но повышение температуры потребует опять новых жаропрочных материалов. Круг замыкается.

Поэтому все созданные на сегодня энергоблоки с МГД генераторами демонстрируют скорее уровень достигнутых технологий, чем экономическую целесообразность. Престиж страны – это важный фактор, но строить в массовом порядке дорогие и капризные МГД генераторы сегодня очень накладно. Поэтому даже самые мощные МГД генераторы остаются в статусе опытно-промышленных установок. На них инженера и ученые отрабатывают будущие конструкции, испытывают новые материалы.

Когда закончится эта работа, сказать трудно. Изобилие различных конструкций МГД генераторов говорит о том, что до оптимального решения еще далеко. А информация о том, что идеальным рабочим телом для МГД генераторов является плазма термоядерного синтеза, отодвигает широкое применение их до середины нашего века.

Наука твердо знает: превращение тепла в работу тем выгоднее, чем сильнее нагрет пар. Если на обычной современной электростанции поднять температуру пара до 1000-1500°, ее к. п. д. сам собой увеличится в полтора раза. Но беда в том, что сделать это никак нельзя, ведь такой страшный жар очень быстро разрушит любую турбину .

Значит, рассуждали ученые, надо попробовать обойтись совсем без турбины. Надо построить такой генератор, который бы сам превращал энергию струи раскаленного газа в электрический ток! И построили. Построить плазменный генератор электроэнергии помогла быстро развивающаяся наука – магнитогидродинамика, которая изучает движение в магнитном поле жидкостей, проводящих электрический ток .

Обнаружилось, что жидкость-проводник, помещенная в магнитное поле, ничем не отличается по поведению от твердого проводника, например металла. Но мы хорошо знаем, что происходит в металлическом проводнике, если его двигать между полюсами магнита: в нем наводится (индуктируется) электрический ток. Значит, ток появится и в струе жидкости, если эта струя пере-сечет магнитное поле.

Однако построить генератор с жидким проводником все же не удалось. Струю жидкости нужно было разогнать до очень высокой скорости, а на это требуется громадное количество энергии, большая часть которой теряется в самой струе на завихрения. Вот тогда-то и явилась мысль: а не заменить ли жидкость газом? Ведь газовым струям мы давно умеем сообщать огромные скорости – вспомните хотя бы реактивный двигатель. Но эту мысль сразу же пришлось отбросить: ни один газ не проводит тока.

Получился как будто полный тупик. Твердые проводники не выдерживают высоких температур; жидкие не разгоняются до высоких скоростей; газообразные не проводники вовсе. Но…

Мы привыкли думать, что вещество может находиться только в трех состояниях – твердом, жидком и газообразном. А оно, ведь, бывает еще и в четвертом состоянии – плазменном. Из плазмы, как известно, состоит Солнце и большинство звезд. Вот он – плазменный генератор электроэнергии!

Плазма – это газ, но ионизированный

В нем среди молекул попадаются заряженные ионы, т. е. «осколки» атомов с нарушенными электронными орбитами. Есть и свободные электроны. Ионы и электроны – носители электрических зарядов, а это значит, что плазма электропроводна.

Но чтобы получить плазму, необходимо посильнее нагреть газ. С повышением температуры молекулы газа движутся все быстрее, они часто и сильно сталкиваются между собой. Наступает момент, когда молекулы постепенно распадаются на атомы. Но газ пока тока не проводит. Продолжаем его нагревать!

Вот термометр показал 4000°. Атомы приобрели высокую энергию. Их скорости огромны, а отдельные столкновения заканчиваются «катастрофически»: электронные оболочки атомов нарушаются. Это нам и нужно – теперь в газе есть ионы и электроны — появилась плазма.

Нагреть газ до 4000° – нелегкое дело. Лучшие сорта угля , нефти и природных газов дают при сгорании куда более низкую температуру. Как быть?

Ученые справились и с этой трудностью. Выручил калий – дешевый и распространенный щелочной металл. Оказалось, что в присутствии калия ионизация многих газов начинается гораздо раньше. Стоит добавить всего один процент калия к обычным топочным газам – продуктам сгорания угля и нефти, как ионизация в них начинается при 3000° и даже чуть ниже.

Из топки, где рождаются горячие газы, их отводят в патрубок, куда непрерывно подается тоненькой струйкой поташ – углекислый калий. Происходит слабая, но все же достаточная ионизация. Патрубок затем плавно расширяется, образуя сопло.

Свойства расширяющегося сопла таковы, что при движении по нему газ набирает высокую скорость, теряя давление. Скорость газов, вырывающихся из сопла, может соперничать со скоростями современных самолетов – она достигает 3200 км/час.

Раскаленный поток плазмы врывается в главный канал генератора

Его стенки не из металла, а из кварца или огнеупорной керамики. Снаружи к стенкам подведены полюсы сильнейшего магнита. Под действием магнитного поля в плазме, как во всяком проводнике, наводится электродвижущая сила.

Теперь надо, как говорят электрики, «снять» ток, отвести его к потребителю. Для этого в канал плазменного генератора вводят два электрода – тоже, конечно, неметаллических, чаще всего графитовых. Если их замкнуть внешней цепью, то в цепи появится постоянный ток.

У небольших плазменных генераторов электроэнергии, уже построенных в разных странах, к. п. д. достиг 50% (к. п. д. тепловой электростанции не больше 35-37%). Теоретически можно получить и 65%, и еще больше. Перед учеными, работающими над плазменным генератором, стоит много проблем, связанных с выбором материалов, с увеличением срока работы генератора (нынешние образцы работают пока лишь минуты).

Плазменные ВЧ генераторы

Каталог продукции

• Научное и контрольно-аналитическое оборудование
  • Анализаторы частиц в воздухе и газах
    • Анализаторы микрочастиц в воздухе
    • Анализаторы наночастиц в воздухе
    • Аэрозольные спектрометры
  • Магнитные свойства
    • Другие приборы для магнитных измерений
    • Магнитотвёрдые материалы
    • Немагнитные материалы
    • Цементированные карбиды
    • Магнитомягкие материалы
  • Молекулярная спектрометрия
    • PTR-TOF-MS
    • Ближнепольная спектроскопия
    • ИК-микроскопы
    • ИК-Фурье спектрометры
    • КР-спектроскопия (Раман)
    • Круговой дихроизм
    • Определение растворимости
    • Поляриметрия
    • Спектрофлуориметрия
    • Спектрофлуориметры с разрешением по времени и счетом фотонов
    • Спектрофлуорополяриметрия
    • Спектрофотометрия
    • Флуоресцентные микроскопы
  • Молекулярные масса и размер. Дзета-потенциал
    • MALS детекторы
    • Анализаторы динамического рассеяния света
    • Вискозиметры капиллярные дифференциальные
    • Рефрактометры
  • Поверхностные свойства
  • Полимеры
    • Получение нитей
    • Получение плёнок
    • Формование образцов
    • Экструдеры
    • Электроспинниг лабораторный
  • Реология
    • Вискозиметры ротационные
    • Вискозиметрические термостаты
    • Порошковые реометры
  • Свойства порошков и пористых структур
    • Пикнометры
    • Удельная поверхность и пористость
    • Хемосорбция
    • Размер частиц
    • Ртутные порозиметры
    • Газовая сорбция под давлением
    • Подготовка проб – дегазация
  • Счётчики частиц в жидкой среде
    • Лазерные анализаторы отдельных частиц
    • Флуоресценция частиц
  • Хроматография и экстракция
    • ВЭЖХ
    • Экстракция сверхкритическими флюидами
    • Динамическая газовая экстракция (Purge and trap)
  • Элементный анализ
    • AA. Атомно-абсорбционные спектрометры.
    • DC-Arc. Дуговой спектральный анализ
    • GD-MS. Масс-спектрометры с тлеющим разрядом.
    • Hg анализ. Ртутные анализаторы.
    • ICP-MS. Масс-спектрометры ИСП.
    • ICP-OES. Спектрометры ИСП.
    • XRF. Спектрометры РФА.
    • Общий органический углерод и азот (TOC,TN)
    • Пламенные фотометры
    • Системы лазерной абляции
  • Системы для тестирование фильтров
    • Системы тестирования фильтров
    • Системы тестирования фильтрующих материалов
    • Генераторы аэрозолей из твердых частиц
    • Генераторы аэрозолей из частиц жидкости
    • Системы разбавления
• Приставки к спектрометрам и хроматографам
  • Приставки к AA, ICP, ICP-MS спектрометрам
    • Автосамплеры и системы разбавления для ICP-OES, ICP-MS и AA
    • Специальные распылители, системы ввода пробы
• Дополнительное оборудование, пробоподготовка
  • Диспергирование
    • Эмульгирование и гомогенизация
  • Очистка воды
    • Получение воды для клинических анализаторов
    • Получение воды тип 1
    • Получение воды тип 2
    • Получение воды тип 3
  • Очистка кислот
    • Тефлоновые системы перегонки
  • Пробоподготовка
    • Измельчение
    • Ультразвуковая гомогенизация и диспергирование
    • Кислотное разложение в блоках
    • Прессование
  • Термостатирование
    • Рециркуляционные кулеры
    • Специальные термостаты
    • Циркуляционные термостаты
    • Чиллеры рециркуляционные
  • Чистые помещения
    • Ламинарный бокс
    • Ламинарный модуль
  • Кислотная очистка и обработка лабораторной посуды
    • Очистка сосудов для микроволнового разложения
  • Сплавление
    • Системы индукционного сплавления
• Калибровочные стандарты, расходные материалы, комплектующие
  • Комплектующие и расходные материалы для AA, ICP, ICP-MS и XRF спектрометров
  • Стандартные калибровочные образцы и материалы
• Технологическое оборудование
  • Лабораторные плавильные печи
    • Дуговая плавка
    • Индукционное плавление
  • Производство магнитов
    • Катушки для намагничивания
    • Намагничивающие устройства
  • Промышленные гомогенизаторы
    • Промышленные ультразвуковые гомогенизаторы
  • Сверхкритическая экстракция
    • Экстракция сверхкритическим СО2
  • Системы охлаждения
    • Проточные низкотемпературные кулеры
  • Системы получения аморфных металлов
    • Получение аморфной ленты
  • Системы получения металлических порошков
    • Газовые атомизаторы металлов
    • Центробежные классификторы
  • Системы получения нановолокна
    • Электроспиннинг
  • Плазменные ВЧ генераторы
    • Плазменные высокочастотные генераторы
• Методическая поддержка, техническое обслуживание, инжиниринг

Генераторы плазмы – Справочник химика 21

    Б плазменном состоянии вещества получают в специальных устройствах — генераторах плазмы. Наиболее широко применяют электродуговые плазмотроны постоянного и переменного тока промышленной частоты. Такой генератор плазмы (рис. 4.49, а) [c.295]

    При взаимодействии плазмы с жидкостью, например азота и водорода с жидкими углеводородами, могут быть синтезированы ацетилен и цианистый водород [4]. Для осуществления процесса плазменную струю затопляют в толще жидкого углеводорода. Процесс протекает в газовом пузыре, который образуется вблизи сопла плазмотрона. Температура в зоне реакции зависит от мощности генератора плазмы и теплофизических характеристик плазмообразующего газа. К преимуществам такой организации процесса относят очистку от сажи и тяжелых углеводородов при прохождении пирогаза через толщу углеводородного сырья непосредственную закалку продуктов в слое углеводородов возможность использования некондиционных видов сырья. [c.188]

    Каковы же достижимые в настоящее время параметры плазмы Генераторы плазмы позволяют получать плазму практически любых газов при давлении от нескольких паскалей до десятков мегапаскалей. Температуру газа можно менять от близких к абсолютному нулю до десятков тысяч градусов при числе заряженных частиц 10 —в 1 см . Скорости плазменных струй можно изменять в широких пределах — от близких к нулю до нескольких километров в секунду. [c.295]

    В смеситель 2 подается угольный порошок и плазменная струя из генератора плазмы 1. Выбор плазмообразующего газа [c.214]

    В магнитных плазменных генераторах плазма движется по каналу поперек магнитного поля, что приводит к возникновению электрического тока между электродами, расположенными на стенках канала. В термоэлектронных генераторах плазма представляет собой внутреннее сопротивление цепи, включающей горячий катод и холодный анод. [c.539]

    Сверхвысокочастотные плазмотроны позволяют получать неравновесную плазму при давлениях, близких к атмосферному. Напр., при давл. 0,03 МПа возможна генерация плазмы азота или гелия, в к-рой т-ра тяжелых частиц не превышает ЮОО К, тогда как энергия электронов составляет 1—3 эВ при их конц. Ю 2—10 см”з. Мощность СВЧ-плазмотронов не превышает 50—100 кВт. В кач-ве генераторов плазмы примен. также ударные трубы, мощные лазеры. [c.445]

    Самые удачные конструкции современных генераторов плазмы (т. е. плазмотрон, источник электропитания, система контроля и управления) являются побочными продуктами развития космической, ядерной и военной техники. Наибольшее применение, распространение и развитие получили три вида генераторов плазмы электродуговые генераторы на переменном и постоянном токе, высокочастотные и сверхвысокочастотные (микроволновые) генераторы. Особенно мош ный импульс развитию плазмотронов, в частности электродуговых плазмотронов, дало развитие ракетной техники. Для наземной имитации полета ракеты в атмосфере было необходимо получить сверхзвуковые потоки воздуха, нагретого до высокой температуры для некоторых траекторий полета температура воздуха превышает 10000 К. Так, в 60-х годах сравнительно мош,ные электродуговые плазмотроны (до 1 МВт) с более или менее приемлемым ресурсом работы были сконструированы в Институте теплофизики СО РАН для натурных экспериментов по моделированию условий входа космических объектов в атмосферу. [c.43]

    Третий класс современных генераторов плазмы — микроволновые генераторы и плазмотроны — созданы первоначально исключительно в связи с развитием средств коммуникации в военной технике. Последующее использование этой техники в микроэлектронике привело к созданию новых конструкций, перспективных для решения маломасштабных химико-металлургических проблем. [c.44]

    При экспериментальных исследованиях плазменных процессов получения материалов для ядерно-энергетического комплекса, которые будут описываться в последуюш их главах, проводились ресурсные испытания электродуговых генераторов плазмы, в том числе ресурсные испытания и изучение влияния эрозии электродов на свойства получаемых материалов. Часть этих результатов, касающаяся эрозии вольфрамовых катодов и медных анодов в условиях воздушной плазмы, приведена в настоящей главе, результаты исследований устойчивости электродов в водопаровой плазме, в водороде и других газах в совокупности с технологическими испытаниями — в последующих главах. [c.80]

    Большой практический интерес представляет сравнение распределения мош ности в различных элементах высокочастотного индукционного генератора плазмы, поскольку в конечном счете это распределение задает энергетическую эффективность соответствующего технологического процесса. В работе 15] такое распределение найдено для одного и того же комбинированного металлодиэлектрического плазмотрона, включаемого в индукторы трех высокочастотных генераторов, работающих на частотах 0,44 1,76  [c.121]

    Плазмотрон-газоразрядное устройство для получения плазмы. В крупнотоннажных произ-вах используют в осн. электродуговые генераторы плазмы пост, или перем. тока пром. частоты (см. рис.). Их мощность достигает 10 МВт, тепловой кпд (отношение кол-ва энергии, уносимой в единицу времени газом из плазмотрона, к мощности электрич. дуги) составляет 85% при ресурсе работы порядка 250 ч. В пром. условиях в качестве пдазмообразующих газов применяют воздух, азот, водород, углекислый газ в лаб. условиях также аргон, др. инертные газы. [c.554]

    Уровень и практические возможности плазменной технологии полностью зависят от ее энергетического базиса, т. е. от работоспособности генераторов технологической плазмы (источник электропитания, плазмотрон, системы контроля, управления и автоматизации). Из приведенных выше данных видно, что электродуговые генераторы плазмы по уровню электрической мощности обеспечивают создание крупномасштабных химико-технологических и металлургических процессов мощность плазменного реактора несколько десятков мегаватт, производительность — до нескольких тонн в час. Это в особенности касается процессов экстрактивной металлургии, металлургии и химико-технологических процессов получения конденсированных (дисперсных или компактных) материалов с допустимым уровнем примесей из электродов 10 -Ь 10 %. Коэффициент полезного действия выпрямителей с системой автоматического регулирования тока достигает 0,95 КПД сравнительно мощных электродуговых плазмотронов (не менее 1 МВт) — 0,93. [c.128]

    Мощность микроволновых генераторов на сегодняшний день достигает 500 кВт этого достаточно для реализации приложений на промышленном уровне, однако стоимость таких генераторов более чем на порядок превышает стоимость электродуговых генераторов плазмы. Плазмотроны из диэлектрических материалов, работающие на волне Hqi, имеют тот же недостаток, что и высокочастотные плазмотроны — ненадежность и недостаточно высокий ресурс работы. Цельнометаллические плазмотроны на волне Нц дают принципиальную возможность решения проблемы ресурса, но имеющийся практический опыт для более или менее крупномасштабных процессов пока недостаточен. [c.129]

    Процессы экстрактивной металлургии, за которыми следуют или традиционный осадительный аффинаж, или новые аффинажные процессы — экстракционный, сорбционный, дистилляционный, мало чувствительны к обычному недостатку электродуговой плазменной техники — эрозии электродов. В то же время технические возможности плазменного реакторостроения таковы, что в одном электродуговом генераторе плазмы можно сосредоточить электрическую мощность 1- 5 МВт и более (см. гл. 2). Плазменные реакторы, имеющие в своем составе 3-4 подобные плазмотрона, могут аккумулировать до 20 МВт [c.151]

    Как указывалось в гл. 2, электродуговые плазмотроны мощностью выше 1 МВт снабжены трубчатыми электродами, выполненными из медных сплавов (медь, легированная цирконием, серебром, хромом и т.п.) или, в некоторых случаях, из графита. На рис. 6.18 показана принципиальная схема генератора плазмы с металлургическим плазмотроном, в котором электрическая дуга замкнута на расплав. В нее входят управляемый выпрямитель i, осциллятор й, переключатель [c.315]

    В крупнотоннажных произ-вах генераторами плазмы служат обычно электродуговые плазмотроны пост, и перем. тока пром. частоты. Мощность таких аппаратов достигает 15 МВт, ресурс работы 200—300 ч, кпд 0,85. Т-ра и скорость плазменной струи распределены неравномерно по ее сечению так, при использ. плазмы многоатомных газов макс. т-ра на оси достигает 5-10 К, тогда как среднемассовая т-ра составляет (4—7)-10 К. Скорость струи на выходе плазмотрона 10—103 м/с. [c.445]

    Система замкнутого водоснабжения плазмотрона (рис. 6.22) включает резервуар для хранения охлаждающей воды, насос низкого давления, фильтр, насос высокого давления, теплообменник и т.д. Применение водоснабжения высокого давления обеспечивает более эффективное охлаждение электродов. Система контроля режима охлаждения всех охлаждаемых элементов генератора плазмы обеспечивает заданный тепловой режим работы плазмотрона. [c.318]

    Расчет мощности высокочастотного источника электропитания для получения потока высокочастотной индукционной (U-F)-плазмы. Высокочастотный источник электропитания при заданном расходе гексафторида урана через плазмотрон должен быть выбран с таким расчетом, чтобы электрическая мощность, доставленная в разрядную камеру плазмотрона, покрывала термодинамически минимальные затраты мощности на разложение UFe, на потери мощности за счет теплопроводности и излучения, потери мощности с потоком в аксиальном направлении. Необходимо, используя КНД преобразования переменного тока в высокочастотный и прочие энергозатраты, определить установленную мощность источника электропитания. Распределение мощности в различных элементах высокочастотного индукционного генератора плазмы определяет энергетическую эффективность соответствующего технологического процесса. Высокочастотный генератор плазмы состоит из следующих основных блоков анодного повышающего трансформатора, управляемого высоковольтного выпрямителя, генераторной лампы, системы колебательных контуров, индуктора и плазмотрона. Распределение мощности между всеми этими элементами и, дополнительно, металлической разрядной камерой в индукторе высокочастотного генератора, работающего на различных частотах, было приведено в табл. 2.6. Если принять мощность, потребляемую из электрической сети, Рпот, за 100%, то дальнейшее распределение мощности выглядит следующим образом КНД анодного трансформатора составляет 91 -Ь 98% трансформаторы с воздушным охлаждением имеют КНД 99,5% КНД высоковольтного выпрямителя на тиратронах без учета мощности, расходуемой на накал, составляет 99,5 %. Нри использовании тиристорных выпрямителей потери мощности на накал отпадают. Следовательно, общие потери мощности в этих цепях составляют 1 -Ь 9,5 % в зависимости от уровня используемой техники. Потери мощности на накал генераторной лампы составляют 2 -Ь 3,5 % в зависимости от эмиссионной способности катода. [c.527]

    Генератор высокочастотной индукционной (и-Г)-плазмы со вспомогательным электродуговым плазмотроном постоянного тока, работающим на UFe. Такая концепция допускает использование двух разных плазмотронов, снабженных двумя автономными источниками электропитания, где плазмотрон на постоянном токе является вспомогательным. Концепция имеет некоторое подобие с модификацией предыдущей концепции, когда вспомогательный электрод имеет самостоятельный высокочастотный источник электропитания. Преимущество использования вспомогательного электродугового плазмотрона заключается в том, что его источник электропитания (выпрямитель) может быть расположен на удалении от высокочастотного генератора, что упрощает питание собственно высокочастотного индукционного плазмотрона. Еще одно достоинство этой концепции в том, что два различных плазмотрона компенсируют недостатки обоих генераторов плазмы и усиливают их преимущества, сообщая комбинированному генератору новое качество. [c.540]

    Вольтамперные характеристики плазмотронов определяют параметры источников питания генераторов плазмы. Существует несколько зависимостей напряжения от силы тока. Возможные вольтамперные характеристики плазмотронов показаны на рис. 2. [c.13]

    Установки для исследований плазмохимических процессов включают генератор плазмы, устройства для измерений физических [c.371]

    В качестве генератора плазмы используется тлеющий разряд постоянного тока, высокочастотный разряд (1 4-50 МГц) с индукционным или емкостным возбуждением и разряд сверхвысокой частоты (29 ГГц) рис. 81. [c.371]

    Свойства плазмы при всех указанных способах возбуждения в общих чертах одинаковы. Выбор генератора плазмы определяется конкретной задачей и практическими удобствами. [c.372]

    В общем случае плазмохимический агрегат состоит из трех зон генерации низкотемпературной плазмы, плазмохимического реактора и закалочной зоны. Иногда различные стадии общего плазмохимического процесса могут совпадать и во времени, и в пространстве. Обусловлено это основной особенностью плазмохимических процессов, а именно по крайней мере один из компонентов реакционной смеси находится в состоянии плазмы. При этом плазма может быть и одним из реагентов рассматриваемой химической реакции и эффективным энергоносителем. Важно, что технологическая схема любого плазмохимического процесса должна включать в себя устройство для преобразования вещества в состоянии плазмы — генератор плазмы. [c.49]

    И применяется во многих важных процессах дуговой сварке и резке металлов, дуговой плавке металлов,. лампах jiif Dnoro света, пламени газовой горелки и др. Получают ее продуванием холодного гача через г орящнй разряд в специальных генераторах плазмы — п.лаз.мотронах. [c.166]

    Мощность современных генераторов плазмы – плазмотронов прп сравнительно небольших габаритах достигает 10 МВт. При этом удельная производительность газофазных илазмохимических ироцессов может составлять до 10 м /ч газа – продукта па 1 см активного объема илазмы, что значительно превышает соответствующий показатель традиционных хими-ко-технологических ироцессов. Так для ироцесса аминовой очистки на 1 см объема абсорбера расход газа составляет 0,3-0,5 м /ч. [c.450]

    Интересно отметить, что последнее вещество с невысоким выходом образуется в генераторе плазмы из азота и тетрафторметана [452, 453], а также при изучении свободного радикала РгСМ, изолированного в матрице [454]  [c.38]

    Начало научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по применению плазменного состояния вещества для получения урановых материалов для ядерного топливного цикла в СССР следует отнести к 1962 г. Примерно в это же время низкотемпературная плазма заняла заметное место в развитии различных направлений науки и техники, в частности в металлургии, в химической технологии, в технике обработки материалов. У истоков развития этих направлений в СССР стояли проф. Л.С.Полак и академик РАН П. П. Рыкалин. Развитие прикладных работ в области плазменной технологии и металлургии активизировало разработку генераторов потоков низкотемпературной плазмы здесь основное продвижение в разработке и создании электродуговых генераторов плазмы сделано на основе работ академика РАН М. Ф. Жукова, д.т.н. О.И. Ясько развитие высокочастотных генераторов — благодаря работам школы того же Н.Н.Рыкалина и проф. С. В. Дресвина основной вклад в развитие микроволновых и высокочастотных генераторов плазмы применительно к решению химико-металлургических проблем сделан академиком РАН В. Д. Русановым. [c.17]

    Лазерные плазмотроны пока не нашли применения в химикометаллургических процессах из-за сравнительно невысокой мощности и высокой стоимости, однако в ближайшее время следует ожидать их применения в некоторых плазменных химико-металлургических процессах ядерно-энергетического комплекса в комбинации с высокочастотными генераторами плазмы. Подробнее эта проблема будет рассмотрена ниже. [c.129]

    Получение оксида марганца из минерала родонита. Концентрат родонита — это силикат маргаца (Мп810з), содержаш,ий 42 % марганца. Высокочастотный плазменный реактор для плазменного разложения родонита в лабораторных экспериментах [16 практически такой же, как и реактор для разложения серпентина, схематически показанный на рис. 3.6 методика исследования также аналогична. Мощность генератора плазмы составляла 30 кВт, частота [c.148]

    Плазменное вскрытие ильменитового концентрата. Проведен большой комплекс лабораторных работ по плазменному вскрытию ильменитового концентрата путем селективного восстановления железа водородом, углеродом, углеводородами, аммиаком [15]. Для этого использовали элекродуговые генераторы плазмы мощностью до 60 кВт. Продукт собирали в виде спеков в реакторе и порошка с фильтров и пылеуловителей. [c.149]

    При использовании цельнометаллических микроволновых плазменных реакторов, оборудованных одним или более плазмотронами (см. схему на рис. 2.48), которые работают при давлении 100—160 кПа, можно получать ядерные и прочие материалы, имеющие уровень чистоты но примесям, соответствующий чистоте сырья. Схема плазменной микроволновой установки в ядерно-безопасном исполнении для разложения смесевых нитратных растворов обогащенного но изотопу и-235, урана и плутония, урана и тория и других элементов показана па рис. 5.5. В принципе она работает по той же схеме, что и электроду-говая плазменная установка на рис. 4.20. Разница заключается лишь в способе генерации плазмы несколько микроволновых генераторов плазмы 1 генерируют потоки электромагнитной энергии (волна Я01), которые движутся через диэлектрические развязки 3 и преобразуются при входе в круглый волновод 4 в электромагнитную волну Нц. Частота генераторов 2450 МГц, прямоугольные волноводы имеют сечения 12 х 4 см, удовлетворяющие требованиям ядерной безопасности. Разряд, стабилизированный тангенциальным потоком воздуха, возникает в круглом волноводе, который после ввода сырья превращается в плазменный реактор. Поток воздуха подают в круглый волновод компрессором 6 через фильтр 5. Раствор вводят в плоскости, расположенной слегка ниже ввода прямоугольных волноводов 2 в круглый волновод, из танка 8 через коллектор 7, в котором находится несколько ультразвуковых распылителей раствора. Размер с частиц, генерируемых ультразвуковым распылителем раствора, определяется соотношением [c.259]

    В качестве вспомогательного источника электропитания могут служить, как сказано выше, дополнительный контур того же высокочастотного генератора, электродуговой нлазмотрон, микроволновый генератор плазмы, лазер и т. п. Конкретные схемы реализации принципа, представленного схемой 10.21, рассмотрены ниже. При этом адаптером 3 могут служить  [c.536]

    Для получения оксидного ядерного топлива для реакторов РБМК-1000 и ВВЭР-1000 на металлургическом заводе была создана плазменная установка (пилотный завод) для конверсии обогащенного по изотопу и-235 гексафторида урана ( 5 %) в оксиды урана (ИзОз) и плавиковую кислоту [4]. Схема установки показана на рис. 12.1. Генератор плазмы состоит из выпрямителя 3 и электродугового плазмотрона 4, работающего на нейтральном теплоносителе — азоте. Плазмотрон 4 отделен от плазменного реактора 5 мембраной — охлаждаемым фланцем, через отверстие в котором поток азотной нлазмы входит в плазменный реактор. В верхнюю часть реактора входит поток гексафторида урана из термостатированного баллона 1, снабженного весами для [c.621]

    Выполненные оценки распределения концентраций возбужденных частиц в рекомбинирующей плазме аргона (рис. 7) показывают, что концентрации N (АП4р) крайне чувствительны к распределению Те и очень сильно отличаются от равновесных. Распределение Пе и релаксация Те в струях исследовались экспериментально. Эксперименты проводились в аэродинамической установке низкой плотности, описанной в [6, 8, 10]. В качестве генератора плазмы использовался плазмотрон постоянного тока со стабилизацией дуги газовым слоем [19]. Струя истекала через [c.205]

    Выбор генератора плазмы для проведения данного плазмохимического процесса определяется термодинамическими и кинетическими особенностями этого процесса. В настоящее время существуют различные генераторы низкотемпературной плазмы. С точки зрения организации промышленных многотоннажных плазмохимических процессов наиболее перспективными считаются в настоящее время электродуговые плазмотроны по-стоянкого и переменного тока промышленной частоты [6]. [c.50]

    Генераторы плазмы могут быть плазменнодуговыми (электродуго-выми), высокочастотными емкостными и высокочастотными индуктивными. В качестве химических реакторов наиболее распространены Электр оду говые плазмотроны, которые по сравнению с высокочастотными имеют высокое значение к. п. д. (80%) и большой ресурс работы электродов (200—300 ч). Одним из электродов является медный стержень с закрепленным на нем тугоплавким наконечником, чаще [c.109]

    Книга посвящена физике и химии процессов и принципам моделирования газовых разрядов различного типа, а также методам расчета устойчивых и оптимизированных генератор эв низкотемпературной плазмы (постоянного тока, высокочастотных и сверхвысокочастотных). Рассмотрены методы расчета стабилизированных электрических дуг с учетом переноса излучения и разрыва температур компонент плазмы, влияние нелинейных свойств плазмы на параметры стол5а дуги, турбулентная модель дуги постоянного тока, а также вопросы обобщения характеристик электрических дуг. Специальные разделы посвящены контрагированному индукционному разряду и СВЧ-генераторам плазмы. [c.2]

---

Экспериментальный плазменный генератор предлагает путь вперед для более эффективного использования свалочного газа в качестве энергии – ScienceDaily

Метан, выбрасываемый со свалок, уже давно является темой интереса для альтернативной энергетики. Однако одна проблема заключается в том, что свалочные газы содержат многочисленные загрязнители, такие как летучие метилсилоксаны, отложения кремнезема которых приводят к дополнительному износу генераторов природного газа при их сгорании. Одна группа продемонстрировала новое многообещающее применение плазменной технологии, способной удалять такие соединения.

Исследователи из Университета Южной Каролины в Колумбии продемонстрировали экспериментальное плазменное устройство, способное очищать образцы газа от D4, одного из наиболее распространенных силоксанов. Используя метод создания плазмы, называемый диэлектрическим барьерным разрядом, группа смогла значительно уменьшить количество образцов D4 после обработки их плазмой на основе гелия.

Результаты указывают на новое потенциальное решение для утилизации свалочного газа, богатого силоксанами. Они будут представлены на 71-й ежегодной конференции по газовой электронике Американского физического общества и 60-й ежегодной встрече отделения физики плазмы APS, которые состоятся в ноябре.5-9 в Конференц-центре Орегона в Портленде.

«Это первый раз, когда диэлектрический барьерный разряд был использован для удаления летучих органических силикатных соединений», – сказал Малик Тахият, один из исследователей, участвовавших в исследовании. «В нашем случае не нужно ждать его удаления или материала, который нужно выбросить через определенное время».

Силикаты разрушают двигатели, приводящие в действие природный газ, электричество, что требует дополнительных затрат на обслуживание. Большинство современных методов их удаления из более чистого горящего метана, таких как угольные фильтры и силикагель, имеют пониженную производительность и могут быть дорогостоящими для повторного использования.

Группа создала плазму диэлектрического барьерного разряда, чтобы сделать D4 инертным путем его полимеризации из газовой фазы. Газообразный гелий барботировали через жидкий силоксан, который затем пропускали через плазменный реактор с трубчатым диэлектрическим барьером.

Образцы, обработанные электрическими разрядами, сравнивали с образцами, которые не подвергались обработке. Методы газовой хроматографии-масс-спектрометрии и ядерного магнитного резонанса были использованы для оценки количества и идентичности продуктов плазменных реакций.

В зависимости от того, как долго гелий с D4 подвергался воздействию плазмы, до 85 процентов D4 превращалось в удаляемые отложения кремнеземных соединений, подтверждая, что кремний был удален из газовой смеси.

«Наши результаты показали, что плазма может успешно удалять силоксан», – сказала Шамия Хок, другой исследователь, участвовавший в исследовании. «Когда он удаляется, он выходит в таком виде, который не попадает повторно в систему отходов, что является проблемой при использовании других подходов.«

Танвир Фарук, третий исследователь, участвовавший в исследовании, сказал, что группа надеется улучшить лабораторную систему, надеясь, что однажды она станет коммерчески жизнеспособным продуктом.

История Источник:

Материалы предоставлены Американским физическим обществом . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

Лечить рак холодной плазмой? Аэрокосмический инженер Purdue помогает провести первое клиническое испытание

WEST LAFAYETTE, Ind.- Технология холодной атмосферной плазмы, которая в настоящее время является единственным способом удаления микроскопических раковых опухолей, оставшихся после операции, была одобрена Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США для первого использования в клинических испытаниях.

При солидных раковых опухолях, таких как рак груди и легких, стандартное лечение включает химиотерапию, лучевую терапию, хирургическое вмешательство или все вышеперечисленное. Когда эти опухоли не удалены полностью, они могут вызвать рецидив рака. Примерно 20-40% женщин, перенесших частичную мастэктомию в U.С. каждый год, например, возвращается в хирургию из-за краевых опухолей, которые хирург не мог увидеть с первого раза.

Команда из нескольких институтов, в которую входил аэрокосмический инженер Университета Пердью Алексей Шашурин, разработала электрохирургический скальпель в форме ручки, который распыляет синюю струю холодной плазмы на любые оставшиеся раковые ткани или клетки в течение 2-7 минут. Устройство нацелено только на опухоли, не повреждая окружающие ткани, как это было продемонстрировано in vitro, in vivo и в одобренных FDA случаях сострадательного использования перед клиническими испытаниями.

U.S. Medical Innovations LLC (USMI) и Исследовательский институт перспективных биологических и технологических наук им. Джерома Канади (JCRI / ABTS) возглавляют команду и спонсируют клиническое испытание с планами набора пациентов в сентябре.

USMI разработал и запатентовал первый высокочастотный электрохирургический генератор с холодной плазмой для селективного лечения рака в 2014 году.

После операции струя холодной плазмы этого электрохирургического скальпеля уничтожает все оставшиеся опухоли, снижая вероятность рецидива рака.(Видео о медицинских инновациях США) Скачать изображение

Технология, одобренная для клинического исследования фазы I FDA с участием 20 пациентов, была разработана командой под руководством Канади, главного научного сотрудника JCRI / ABTS, генерального директора USMI и профессора-исследователя в Школе инженерных и прикладных наук Университет Джорджа Вашингтона; группа инженеров под руководством Тайсена Чжуана, вице-президента по исследованиям и разработкам USMI; Майкл Кейдар, профессор Школы инженерных и прикладных наук и директор лаборатории микродвигателей и нанотехнологий в Университете Джорджа Вашингтона; и Шашурин, доцент Школы воздухоплавания и астронавтики Пердью.

«Плазма очень реактивна, что может вызывать различные реакции на клеточном уровне в биологической ткани. Но поскольку это еще и очень горячие газы, последние 20 лет были предприняты попытки создать и испытать холодную плазму для биологических применений », – сказал Шашурин.

Помимо разработки решений с холодной плазмой для технологий лечения рака, лаборатория Шашурина также проводит исследования по различным темам экспериментальной плазменной науки. К ним относятся создание и диагностика миниатюрной холодной плазмы при атмосферном давлении, применение холодной плазмы для стерилизации, лазерно-индуцированная плазма для диагностики горения, усовершенствованная силовая установка космического корабля и наносекундные повторяющиеся плазменные разряды для управления аэродинамическим потоком.

В 2008 году Кейдар и Шашурин были среди первых исследователей, которые разработали генератор холодной плазмы и увидели, что он вызывает реакцию биологических тканей. К 2011 году команда опубликовала статью в British Journal of Cancer, показывающую, что холодная плазма избирательно убивает раковые клетки на животных моделях.

Кейдар и Шашурин начали консультации с USMI в 2013 году по поводу создания промышленного прототипа генератора холодной плазмы и его применения для лечения рака на основе генератора, который они разработали и запатентовали.Целью было объединить холодную плазму с электрохирургическими скальпелями Canady Hybrid Plasma, уже используемыми в операционных, поскольку эти скальпели позволяют проводить бескровные операции. Это связано с их способностью одновременно разрезать и коагулировать ткань, перекрывая кровеносные сосуды.

Эта технология холодной плазмы выборочно уничтожает опухоли с помощью токсичных молекул, называемых реактивными формами кислорода, которые повреждают пораженные раковые ткани, но не влияют на нормальные биологические ткани. Лазеры также могут убивать ткани, но высокая температура также может нанести непоправимый ущерб окружающим тканям.

Чтобы преодолеть преимущества электрохирургических скальпелей с холодной плазмой, JCRI / ABTS и USMI преобразовали стандартные высокочастотные электрохирургические генераторы в генераторы, распыляющие холодную плазму.

«Применение холодной плазмы – это четвертая ветвь лечения рака после химиотерапии, лучевой терапии и хирургического вмешательства. Нет другой «волшебной пули» для уничтожения остаточных тканей », – сказал Канади.

Одним из центров клинических испытаний этого устройства станет Университет Раша в Чикаго.Тем временем лаборатория Шашурина в Purdue продолжит сотрудничество с USMI по дальнейшему развитию этой технологии.

Работа совпадает с празднованием гигантских прыжков Purdue, отмечая глобальные достижения университета в области здоровья, долголетия и качества жизни в рамках 150-летия Purdue. Это одна из четырех тем Фестиваля идей, который проводится в рамках ежегодного празднования, призванного продемонстрировать Purdue как интеллектуальный центр, решающий реальные проблемы.

Автор: Кайла Уайлс, 765-494-2432, wiles5 @ purdue.edu

Источники:

Алексей Шашурин, 765-496-0618, [email protected]

Джером Канади, 301-270-0147, [email protected]

мощных импульсных плазменных генераторов | SpringerLink

‘) var buybox = document.querySelector (“[data-id = id _” + timestamp + “]”). parentNode var cartStepActive = документ.cookie.indexOf (“ecommerce-feature – buybox-cart-step”)! == -1 ; []. slice.call (buybox.querySelectorAll (“. покупка-опция”)). forEach (initCollapsibles) функция initCollapsibles (подписка, индекс) { var toggle = subscription.querySelector (“. цена-опции-покупки”) subscription.classList.remove (“расширенный”) var form = subscription.querySelector (“. форма-варианта-покупки”) if (form && cartStepActive) { var formAction = form.getAttribute (“действие”) form.setAttribute ( “действие”, formAction.replace (“/ оформление заказа”, “/ корзина”) ) } var priceInfo = subscription.querySelector (“. price-info”) var buyOption = toggle.parentElement if (переключить && форму && priceInfo) { переключать.setAttribute (“роль”, “кнопка”) toggle.setAttribute (“tabindex”, “0”) toggle.addEventListener (“клик”, функция (событие) { var extended = toggle.getAttribute (“aria-extended”) === “true” || ложный toggle.setAttribute (“расширенный ария”,! расширенный) form.hidden = расширенный если (! расширено) { покупка вариант.classList.add («расширенный») } еще { buyOption.classList.remove («расширенный») } priceInfo.hidden = расширенный }, ложный) } } function initKeyControls () { document.addEventListener (“нажатие клавиши”, функция (событие) { если (document.activeElement.classList.contains (“покупка-опция-цена”) && (event.code === “Space” || event.code === “Enter”)) { if (document.activeElement) { event.preventDefault () document.activeElement.click () } } }, ложный) } function initialStateOpen () { var buyboxWidth = buybox.offsetWidth ; []. slice.call (buybox.querySelectorAll (“. покупка-опция”)). forEach (function (option, index) { var toggle = option.querySelector (“. покупка-вариант-цена”) var form = option.querySelector (“. Purchase-option-form”) var priceInfo = option.querySelector (“. цена-информация”) if (buyboxWidth> 480) { toggle.click () } еще { if (index === 0) { переключать.нажмите () } еще { toggle.setAttribute (“расширенная ария”, “ложь”) form.hidden = “скрытый” priceInfo.hidden = “скрыто” } } }) } initialStateOpen () если (window.buyboxInitialised) вернуть window.buyboxInitialised = true initKeyControls () }) ()

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Генераторы холодной плазмы Phenomenal Aire

Как работает Phenomenal Aire CPG?

Имитируя природу, феноменальные генераторы холодной плазмы (CPG) создают электрическое поле, заполненное сильно заряженными ионами.Это наэлектризованное поле известно как плазменное поле. Ионы, создаваемые в поле, действуют как естественный очищающий агент для воздуха, проходящего через поле. Воздух, которым мы дышим, наполнен частицами, состоящими из: пыли, плесени, пыльцы, бактерий, вирусов и вредных патогенов. Высокозарядные ионы в плазменном поле окружают эти частицы и разрушают их молекулярную структуру. Патогены и переносимые по воздуху вирусы уничтожаются, поскольку ионы отнимают у них жизненно важные молекулы водорода. Запахи превращаются в атмосферные газы.Другие подобные частицы агломерируются вместе, что делает их крупнее и легче улавливает их воздушным фильтром.

Деактивирует ли генератор холодной плазмы феноменальный воздух Covid-19?

Сторонняя испытательная лаборатория в Калифорнии недавно задокументировала, что технология биполярной ионизации с острием иглы успешно деактивировала 99,4% коронавируса COVID-19 в течение 30 минут после тестирования.

Безопасная очистка воздуха

Технология генератора холодной плазмы Phenomenal Aire ™ убивает патогены и микробы, устраняя запахи из воздуха, которым мы дышим, без образования каких-либо вредных побочных продуктов.

Сегодня на рынке представлено множество различных технологий очистки воздуха. Если вы проведете свое исследование, вы найдете технологию с такими названиями, как фотокаталитический генератор, технология гидратированного фотокаталитического окисления или Oziner. Этот список можно продолжить. Большинство этих технологий работают по принципу создания реактивных окислительных форм (АФК), которые действуют как химический стерилизатор для уничтожения микроорганизмов и микробов.

АФК включают: супероксид-ионы, гидроксид-ионы, гидропероксиды и озон.АФК все чаще признаются медиаторами раннего повреждения клеток при легочных заболеваниях. Все химические стерилизаторы предназначены для уничтожения микроорганизмов. Поскольку все живые организмы имеют одинаковый биохимический дизайн, химические вещества, убивающие микробы, одинаково вредны для человека.

Перекись водорода, скорее всего, содержится в большинстве медицинских шкафов в Соединенных Штатах. Его используют для стерилизации порезов и царапин. Он пузырится и горит, стерилизуя открытую рану. Пахнет ужасно.И если вы слишком долго будете держать открытый контейнер слишком близко к глазам и носу, вас начнет тошнить. Перекись водорода – отличный стерилизатор, но она считается опасным материалом, и продолжительное воздействие вредно для здоровья. Это ни в коем случае не то, чем вы хотели бы дышать в течение длительного периода времени.

Плазменные дезинфицирующие средства на бумажной основе | PNAS

Значение

Обычные методы плазменной обработки дезактивируют микробы в закрытых камерах без атмосферы.В течение последних нескольких десятилетий новые концепции привели к созданию портативных бескамерных генераторов с жесткой конфигурацией электродов. В этой работе исследуются уникальные конструкции и методы антимикробной дезинфекции с помощью гибких генераторов плазмы, состоящих из ламинированных узлов металлизированной бумаги с рисунком. При колебательных потенциалах (от ± 1 до ± 10 кВ от 100 Гц до 8 кГц) устройства на бумажной основе производили плазму, которая дезактивировала 99% клеток Saccharomyces cerevisiae и Escherichia coli за 30 секунд обработки.В будущем использование этого типа плазменного генератора может включать дезинфекцию защитной одежды, устройств, похожих на оригами или киригами, и пользовательских интерфейсов человек-машина в здравоохранении и / или в загрязненных средах.

Реферат

В работе описаны одноразовые генераторы плазмы, изготовленные из металлизированной бумаги. Изготовленные генераторы плазмы со слоистыми и узорчатыми листами бумаги обеспечивают простой и гибкий формат диэлектрического барьерного разряда для создания атмосферной плазмы без приложенного вакуума.Пористость бумаги позволяет газу проникать в ее объем и плазму топлива, в то время как вызванная плазмой принудительная конвекция охлаждает подложку. При электрическом возбуждении с колеблющимся размахом потенциалов от ± 1 до ± 10 кВ устройства на бумажной основе производили как объемную, так и поверхностную плазму, способную убивать микробы. Дезактивирующие средства для плазмы дезактивировали более 99% клеток Saccharomyces cerevisiae и более 99,9% клеток Escherichia coli за 30 секунд бесконтактной обработки.Характеристики плазмы, генерируемой дезинфицирующими средствами, выявили обнаруживаемый уровень УФ-C (1,9 нВт⋅см ^-2 нм ^-1 ), умеренную температуру поверхности (60 ° C при 60 с активации) и высокий уровень озона (13 ppm при 60 с активации). Эти результаты дают представление о механизмах и пригодности бумажных носителей для активной антимикробной дезинфекции с помощью масштабируемых гибких листов. Кроме того, в этой работе показано, как генераторы на бумажной основе соответствуют изогнутым поверхностям, подходят для подобных киригами «эластичных» структур, совместимы с пользовательскими интерфейсами и подходят для дезинфекции микробов, распыленных на поверхность.В целом, эти одноразовые генераторы плазмы представляют собой прогресс в направлении создания биоразлагаемых устройств на основе гибких возобновляемых материалов, которые могут повлиять на будущую конструкцию защитной одежды, кожеподобных датчиков для роботов или протезов, а также пользовательских интерфейсов в загрязненной среде.

Современные плазменные генераторы способны управлять химическим составом поверхности в производственных процессах (1, 2), стерилизовать медицинские устройства (3, 4), обеспечивать тягу для космических аппаратов (5, 6), управлять подъемной силой. коэффициент лобового сопротивления на аэродинамических профилях (7, 8), управление теплопередачей (9), заживление ран (10) и уничтожение микробов в атмосферных условиях (11, 12).В этих генераторах на основе плазмы обычно используются жесткие компоненты, которые не могут изгибаться или приспосабливаться к объектам неправильной формы. Отсутствие гибкости ограничивает их потенциальное использование в качестве защитных кож для протезирования, носимой одежды, робототехники или труднодоступных мест, где могут собираться микробы. Кроме того, бескамерные ионизаторы с атмосферной плазмой обычно имеют небольшие активные площади (~ 50 см ² ), не предназначенные для масштабируемой антимикробной защиты на больших поверхностях. Масштабируемые и гибкие генераторы атмосферной плазмы могут быть подходящими в различных городских и сельских условиях для снижения инфекций, связанных со здравоохранением.

Предыдущие исследования показали, что генераторы плазмы могут быть быстрыми, эффективными и безопасными устройствами для заживления ран (10, 13), модификации структурных поверхностей (14) и помощи в тканевой инженерии (15). В общем, санитарная обработка / дезинфекция / стерилизация на основе плазмы использует три синергетических механизма: ( i ) взаимодействие свободных радикалов, ( ii ) радиационные эффекты УФ-излучения и ( iii ) улетучивание микроорганизмов (16). .Санитарная обработка снижает количество болезнетворных микробов, дезинфекция обеспечивает дальнейшее сокращение, а стерилизация является наиболее строгой формой дезактивации с продемонстрированной дезактивацией спор. Плазменная обработка может обеспечить стерилизацию, сопоставимую с традиционными методами, в которых используется тепло (17), химические вещества (17) или облучение (18⇓⇓ – 21). Плазменная обработка дезактивировала ряд микробов, таких как Geobacillus stearothermophilus (22), Staphylococcus aureus (MRSA) (23) и аденовирусы (24) на различных субстратах [e.г., еда (25)].

Бумага на основе целлюлозы имеет регулируемую пористость, позволяющую газам проникать в ее объемный объем, и она способна выдерживать температуры до 250 ° C (26). Эти свойства делают бумагу подходящим материалом для генераторов атмосферной плазмы, поскольку ее проницаемость позволяет потоку газа через подложку обеспечивать топливо для плазмы и охлаждать бумагу с помощью принудительной конвекции, вызванной плазмой. Основываясь на достижениях бумажной микрофлюидики (27⇓ – 29), бумажная электроника и фотоника (papertronics) демонстрируют достижения в области энергетики, зондирования, срабатывания, связи и биодиагностики (30⇓⇓⇓ – 34).Происходит постепенный переход от обычных, не отвечающих требованиям бумажных продуктов (например, печать, упаковка для пищевых продуктов, этикетки и украшения) к активным, коммуникативным и «умным» устройствам (35–38).

В этой работе мы сообщаем о разработке, изготовлении и экспериментальной характеристике простого одноразового плазменного генератора, который является механически гибким и может подвергаться антимикробной дезинфекции. Помимо характеристики эффективности дезинфицирующих средств, эта работа также демонстрирует защиту, подобную одежде, многофункциональные емкостные сенсорные панели и «эластичное» устройство на основе киригами.Потенциальные области применения растягивающихся плазменных генераторов на основе киригами могут включать удобную защитную одежду. В конечном итоге инженерные и научные разработки, продемонстрированные в этой работе, являются шагом к созданию крупномасштабных датчиков, похожих на кожу, которые обеспечивают активную противомикробную защиту.

Экспериментальный дизайн

Изготовление плазмогенерирующих устройств.

Для каждого плазменного генератора на бумажной основе мы подготовили два листа металлизированной бумаги толщиной 150 мкм (A-550; AR Metallizing), на которые нанесен рисунок с помощью лазерного гравера (VLS 2.3; Универсальные лазерные системы). На рис. 1 изображена слоистая структура устройств и металлизированная бумага. В этом исследовании мы выгравировали повторяющиеся шестиугольники (соты) на устройствах. Такой рисунок использует минимальный общий периметр для покрытия поверхности (39) и позволяет генерировать атмосферную плазму по краям гексагональной сетки. Регулируя размер / расстояние между сотами, можно гарантировать, что плазма покрывает всю поверхность с рисунком.

Рис. 1.

Генераторы атмосферной плазмы из металлизированной бумаги.( A ) Гексагональный блок плазменного генератора на бумажной основе. ( B ) В работе использована ламинированная структура из металлизированной бумаги. ( C ) Генератор плазмы на бумажной основе с приложенным потенциалом и без него. ( D ) Гибкий плазменный генератор из протравленной металлизированной бумаги в прямом и изогнутом состоянии. ( E ) Объемная плазма проходит через пористую матрицу волокон на основе целлюлозы, в то время как поверхностная плазма находится над / под металлизированной подложкой. ( F ) Плоский круглый плазменный генератор без узорчатых сот показывает поверхностную плазму.( G ) Круглый плазменный генератор той же конструкции, что и F , имеет половину верхнего слоя, загнутую вверх, чтобы продемонстрировать получение как объемной, так и поверхностной плазмы. Плазма светилась при приложении V _pp ± 3 кВ при 1,7 кГц для C , V _pp ± 2 кВ при 1 кГц для D и V _pp ± 2,5 кВ при 2 кГц для F и G .

Как показано на рис.1 A , мы склеили непроводящие стороны двух листов металлизированной бумаги с лазерной гравировкой с помощью клеевого слоя толщиной 30 мкм (Ad-Tech 5645; Adhesive Technology). Чтобы подключить проводящие области с рисунком к внешнему источнику питания, мы прикрепили провода к металлизированной бумаге с помощью чернил на водной и серебряной основе (Conductive Compounds Company) аналогично тому, как описано в ссылке. 35.

Генерация плазмы.

Генераторы плазмы на бумажной основе в данной работе основаны на принципе работы диэлектрического барьерного разряда (DBD).Первая демонстрация плазмы на основе DBD была проведена Сименсом в 1857 году (14), но первое сообщение о DBD для дезактивации микробов появилось только в середине 1990-х годов (40). Плазма возникает в результате разряда между двумя электродами, разделенными диэлектрической средой, которая в нашей работе представляет собой пористую матрицу из целлюлозных волокон. Для получения плазмы мы сначала создали синусоидальные сигналы с частотами от 1 до 8 кГц и размахом напряжения В _p-p в диапазоне от ± 1 до ± 5 В с помощью функционального генератора (4011A; BK Precision).Затем мы усилили этот сигнал с помощью высоковольтного усилителя (модель 10/10; TREK) с коэффициентом усиления 1000 для вывода высокого колебательного потенциала В _p-p в диапазоне от ± 1 до ± 5 кВ. Генерация плазмы также зависела от частоты, что предполагает существование оптимальной частоты при заданном электрическом потенциале для создания равномерного покрытия плазмы (Movie S1). Потребляемая мощность типичных плазменных генераторов на бумажной основе, продемонстрированных в этой работе, была менее 20 Вт (∼18 Вт для RMS 2.2 кВ при ∼8 мА) на входе в устройство.

DBD может производить два типа плазмы (т. Е. Объемную плазму и поверхностную плазму) в зависимости от конфигурации устройства. Хотя обе конфигурации состоят из одного или нескольких диэлектрических изоляторов, зажатых между двумя электродами, объемная плазма обычно имеет воздушный зазор между двумя электродами, а поверхностная плазма – нет. Плазма, представленная в этой работе, представляла собой комбинацию как объемной плазмы, так и поверхностной плазмы из-за пористости металлизированной бумаги.Рис. 1 A иллюстрирует типичную геометрию и расположение объемной и поверхностной плазмы.

Генераторы плазмы на бумажной основе производили светящуюся плазму и ощутимый озон. На рис. 1 C показан гибкий работающий плазменный генератор в виде логотипа с внутренним вытравленным сотовым рисунком. Этот образец находился под возбуждением размахом напряжения ± 3 кВ на частоте 1,7 кГц. На рис.1 D показан другой действующий прямоугольный плазменный генератор, соответствующий цилиндрической подложке (диаметр ∼100 мм), при генерации светящейся плазмы, активируемой размахом напряжения В _pp ± 2 кВ при 1 кГц. .Определение характеристик плазмы ( вспомогательная информация ) также показало обнаруживаемый уровень УФ-C (1,9 нВт⋅см ^-2 нм ^-1 ; рис. S1), умеренную температуру поверхности (60 ° C в течение 60 с. активации; Рис. S2 B ) и высокий уровень озона (13 ppm при 60 с активации; Рис. S2 A и S3 и Таблица S1).

Рис. S1.

Спектрофотография электромагнитных волн, излучаемых прямоугольным и круглым гибким плазменным генератором.

Рис.S2.

Измерения озона, генерируемого бумажными плазменными генераторами. ( A ) График уровня озона как функция времени с различным временем активации, указанным в легенде. ( B ) График температуры плазменного генератора на бумажной основе в зависимости от времени с переменным размахом напряжения, указанным в легенде для 60-секундной активации плазменных генераторов.

Рис. S3.

Экспериментальная установка для измерения уровня озона.

Таблица S1.

Измеренные пиковые уровни озона в закрытой стеклянной камере (35 см × 35 см × 63 см) с различным временем активированной плазмы

Бесконтактные эксперименты.

Чтобы охарактеризовать эффективность дезинфицирующих средств для плазмы на бумажной основе, мы провели экспериментальные исследования с двумя установками (т.е. бесконтактный эксперимент и эксперимент с прямым контактом для Saccharomyces cerevisiae и Escherichia coli ). В бесконтактных экспериментах мы приготовили круглые плазменные дезинфицирующие средства с металлизированной бумагой и измерили уровни озона ( Дополнительная информация ). Каждое дезинфицирующее средство имело диаметр 90 мм, соответствующий внутреннему диаметру крышки чашки Петри.Прикрепив дезинфицирующее средство к внутренней поверхности крышки, мы избежали прикосновения к дезинфицирующему средству во время экспериментов, что могло бы привести к непреднамеренному заражению. В закрытом состоянии поверхность дезинфицирующего средства на бумажной основе находилась на расстоянии 10 мм от поверхности твердой среды дрожжевой экстракт-пептон-декстроза (YEPD) и Луриа-Бертани (LB), на которой находились S. cerevisiae или E Суспензию E.coli асептически инокулировали в чашку Петри. Рис. 2 A и B иллюстрирует установку бесконтактных экспериментов.

Рис. 2.

Экспериментальная установка для проверки эффективности бесконтактной дезинфекции с использованием разработанных бумажных генераторов плазмы. ( A ) Изображение установки в разобранном виде: круглый плазменный генератор на бумажной основе с гексагональным узором подходит к крышке чашки Петри. ( B ) Сборка установки при проведении экспериментов. ( C ) Изображения экспериментов с E. coli , показывающие сравнение контрольной группы и образца после 10 с обработки.( D ) График зависимости количества колоний от времени дезинфекции для клеток S. cerevisiae . ( E ) График зависимости количества колоний от времени дезинфекции для E. coli .

Мы инокулировали 100 мкл суспензий клеток S. cerevisiae и E. coli на твердую среду YEPD и LB, соответственно, а затем накрыли чашку Петри плазменным генератором, прикрепленным к крышке. Вывод круглого дезинфицирующего средства проходил через зазор между крышкой и чашкой Петри к входу переменного тока с частотой 2 кГц и пиковым напряжением ± 3.15 кВ. Было проведено шесть групп экспериментов с различным временем воздействия, каждая из которых состояла из пяти повторяющихся образцов для S. cerevisiae и E. coli.

Эксперименты с прямым контактом.

Наши бесконтактные эксперименты продемонстрировали способность дезактивировать бактерии на агаре на заданном расстоянии от дезинфицирующих средств. Тем не менее, желательно дезактивировать микробы, попавшие на сам субстрат. Клавиатуры, общие пользовательские интерфейсы, одежда и предметы одежды являются примерами приложений прямого контакта с поверхностным загрязнением микробами.

Человеческое чихание – один из способов распространения инфекционных микробов. Чтобы смоделировать чихание – резкое изгнание секрета, слюны и микроорганизмов из дыхательных путей – и оценить эффективность бумажных генераторов плазмы в самодезактивации, мы разработали экспериментальную установку (рис. 3 A ) с пневматическим приводом. система дозирования (Performus II; Nordson EFD). Используя манометрическое давление 11 фунтов на квадратный дюйм и время дозирования 50 мкс, устройство для интраназальной доставки лекарств (MAD Nasal; LMA) распыляло жидкую суспензию S.cerevisiae или E.coli на наши бумажные генераторы плазмы. Мелкодисперсный туман образовавшихся капель имел диаметр от ~ 30 до 100 мкм. Имея диаметр менее 100 мкм, эти капли схожи по размеру с 95% капель при чихании (41).

Рис. 3.

Результаты экспериментов, показывающие эффективность плазменных дезинфицирующих средств на бумажной основе, подвергнутых воздействию аэрозольных жидких суспензий S. cerevisiae и E. coli. ( A ) Установка, используемая в экспериментах с прямым контактом.( B ) Гистограмма, показывающая количество колоний, образованных S. cerevisiae после инкубации в течение 48 часов. ( C ) Гистограмма, показывающая количество колоний, образованных E. coli после инкубации в течение 48 часов. BC, пустой контроль.

Результаты и обсуждение

Бесконтактные эксперименты.

Генераторы плазмы применяли обработки в течение 0 (контроль), 5, 10, 20, 30 и 60 с. Сразу после обработки, рассчитанной по времени, мы инкубировали каждый образец при 30 ° C в течение 48 часов.На фиг. 2 D показаны полученные количества колоний S. cerevisiae после инкубации. После 10 с активного лечения среднее количество колоний снизилось до 16,14, или уровень инактивации 91,85%. После 20 и 30 с обработки степень инактивации дрожжей составила 97,89% и 99,34% соответственно. Фиг.2 E показывает эффективность использования плазмы для уничтожения E. coli . Всего за 10 секунд обработки итоговая скорость инактивации достигла 99.93%. Обработки продолжительностью более 10 с привели в среднем к менее одной оставшейся колонии, что составляет эффективность более 99,9%. На рис. 2 C показано сравнение между контрольной группой и 10-секундной группой E. coli . Эти результаты для S. cerevisiae и E. coli показывают эффективность до 99% при плазменной обработке в течение всего 30 секунд.

Одной из распространенных мер в микробиологии является десятичное время восстановления, или значение D .Как показано в формуле. 1, это время t , необходимое для инактивации 90% клеток данного микроорганизма в среде при указанной температуре: значение D = tlog⁡N0 − ⁡log⁡Nt, [1] где N ₀ – это начальная популяция, а N _t – это популяция в конце теста. Основываясь на результатах экспериментов, значения D для S. cerevisiae и E. coli были менее 10 с.

Эксперименты с прямым контактом.

После нанесения суспензий S. cerevisiae или E. coli непосредственно на сторону с сотовым рисунком круглого бумажного генератора мы активировали плазму для 0 (контроль), 5, 10, 20, 30 и 60 с. Затем мы переносили клетки, прикрепленные к поверхности плазмотрона, на твердую среду из YEPD или LB. Во время переноса мы вручную прикладывали давление к задней части генератора на 10 с, а затем утилизировали генератор после использования. Посевные среды оставались в печи при температуре 30 ° C в течение 48 ч.Мы также приняли холостую контрольную группу (BC), которая содержала тот же тип генератора плазмы на бумажной основе, но не была активирована. Фиг. 3 B показывает количественные результаты дезинфекции S. cerevisiae в экспериментах с прямым контактом. После 60-секундной обработки плазмой на среде YEPD не было наблюдаемых клеток. На рис. 3 C показаны количественные результаты дезинфекции E. coli в экспериментах с прямым контактом. Всего за 10 с обработки на среде LB не было наблюдаемых колоний.

Загрязнение и самостоятельная дезинфекция металлизированной бумаги.

Металлизированная бумага, обычно используемая для этикетирования и печати, не является стерильным продуктом по своей природе. Таким образом, металлизированная бумага, вероятно, содержала загрязнения на своей поверхности и внутри пористой структуры. При изучении результатов экспериментов мы наблюдали неспецифические контаминанты / колонии (т.е. микробы, не связанные с E. coli или S. cerevisiae ). Изучив последовательность ДНК неуказанных колоний, мы идентифицировали их как Bacillus , тип бактерий, которые трудно облучить химическими растворителями, такими как изопропиловый спирт.В наших экспериментах было две контрольные группы: одна с инокуляцией и одна без инокуляции. В обеих контрольных группах мы обнаружили, что некоторые среды заражены Bacillus . Однако ни один из образцов не оказался загрязненным после 30 с активной плазмы. Таким образом, экспериментальные результаты показывают, что, генерируя объемную плазму, металлизированная бумага также обрабатывала себя и удаляла Bacillus из своей волокнистой внутренней части. Этот результат особенно примечателен, поскольку виды Bacillus обычно трудно убить из-за образования устойчивых эндоспор.

Одноразовая одежда на бумажной основе.

После контакта с опасными микробами самоочищающаяся одежда может обеззараживать себя перед транспортировкой за пределы предприятия и снижать риск вредного выброса загрязненных материалов во время транспортировки. Кроме того, недорогие генераторы плазмы могут снизить уровень заболеваемости и смертности в результате нозокомиальных инфекций (т. Е. Заболеваний или инфекций, приобретенных в больнице или медицинском учреждении) (42). После вспышки очень заразного вируса Эбола возрос интерес к разработке жизнеспособных и экономичных методов дезинфекции и усиленных средств индивидуальной защиты (43⇓ – 45).

Мы экспериментально охарактеризовали эффективность бумажных генераторов плазмы для активной антимикробной дезинфекции. Чтобы продемонстрировать возможность использования устройств в системах, похожих на одежду, мы подготовили прямоугольную полосу на бумажной основе, половина поверхности которой покрыта гексагональным проводящим слоем. На другой половине не было проводящего слоя, так как мы удалили его с помощью лазерной абляции. Эта конструкция производила плазму только на половине площади поверхности, а другую половину зарезервировала в качестве контрольной группы с прикрепленной к ее поверхности каптоновой лентой.Рис. 4 A и D показывает конфигурацию. В экспериментах мы сначала наматывали бумажную ленту вокруг запястья исследователя, а затем осторожно распыляли аэрозольную суспензию E. coli на поверхность ленты, чтобы обеспечить приблизительно равное распределение E. coli . Концентрация суспензии составляла ~ 3 × 10 ⁸ клеток / мл. Затем мы сняли повязку с запястья и подключили электроды. Рис. 4 B – D изображает эти шаги.После активации атмосферной плазмы мы снимали электроды и переносили клетки на поверхность заранее приготовленной среды LB. Наконец, мы инкубировали среду при 37 ° C в течение 48 часов. Рис. 4 E показывает результаты. Фильм S2 показывает эксперимент в движении.

Рис. 4.

Генератор плазмы на бумажной основе как потенциальная защитная одежда. ( A ) Устройство прямоугольной формы (166 мм × 100 мм) находится в активированном состоянии. Левая часть покрыта плазмой при возбуждении от источника переменного тока с пиковым напряжением ± 2.3 кВ и частотой 1,7 кГц. На правой стороне был слой каптоновой ленты, которая предотвращала образование плазмы, поскольку перекрывала подачу воздуха. B и C показывают процедуру распыления распыленной суспензии E. coli на одежду на бумажной основе. ( D ) Изображение разложенного устройства, подключенного к высоковольтному разъему. ( E ) Рост E. coli после переноса на агар LB и инкубации в течение 48 ч при 37 ° C.С качественной точки зрения количество колоний обратно пропорционально продолжительности обработки плазмой.

Масштабируемость.

В пределах размеров получаемой металлизированной бумаги и рабочей области лазерного гравера мы создали генераторы плазмы на бумажной основе с размерами до 400 мм × 276 мм, что в ∼20 раз больше, чем на основе логотипа, Генератор плазмы показан на рис. 1 C . Для устройства, показанного на рис. 5 A , частота возбуждения (100 Гц при напряжении В _p-p ± 3 кВ) для генерации плазмы была намного ниже, чем та, которая использовалась с меньшими устройствами, описанными ранее.Поскольку электрическое сопротивление зависит от размера устройства, особенно с учетом слоя алюминия толщиной 10 нм в металлизированной бумаге (35), это наблюдение согласуется с ранее описанными методами уменьшения частоты приложенного напряжения для генерации плазмы за счет резистивной барьерный разряд (46).

Рис. 5.

Масштабируемые и многофункциональные плазменные дезинфицирующие средства из металлизированной бумаги. ( A ) Прямоугольный плазменный генератор на бумажной основе размером 400 мм × 276 мм с площадью поверхности в ~ 20 раз больше, чем у плазменного генератора R-образной формы, показанного на рис.1. Полоса зеленого света в правом верхнем углу была от внешнего источника. ( B ) Емкостная сенсорная панель на бумажной основе служила устройством ввода и генератором плазмы. ( C ) Генератор плазмы, похожий на киригами, преобразован из плоской в ​​трехмерную.

Самоочищающийся емкостный тачпад.

На основе ранее разработанных емкостных сенсорных датчиков мы протравили следы для изготовления клавиатуры (35). За счет интеграции генераторов атмосферной плазмы с этой клавиатурой эти устройства потенциально могут дезинфицировать себя после прикосновения.На рис. 5 B показана последовательная операция, в том числе касание кнопки двумя пальцами для активации соответствующих светодиодов и активация плазмы для дезинфекции кнопок с частотой 500 Гц и напряжением В _p-p ± 2,5 кВ. Стоит отметить, что проводящие следы на тачпаде находились на расстоянии не менее 2,5 мм друг от друга. Более узкие зазоры приводили к разрядам и неравномерной абляции проводящего слоя алюминия во время активации. Фильм S3 показывает эту демонстрацию в движении.

Киригами-подобные плазменные генераторы.

Киригами использует вырезку из бумаги для создания декоративных или функциональных предметов. В качестве примера проверки концепции мы создали устройство на основе киригами с исходной геометрией в виде двухмерного квадрата, как показано на рис. 5 C . При растяжении он открывался в трехмерную структуру. Частота возбуждения этого устройства составляла 500 Гц, а размах напряжения ± 2,5 кВ. Устройства на основе киригами могут быть полезны для создания удобной электроники, которая требует растяжения или изгиба более чем по одной оси.

Выводы

В этой статье мы представили концепцию антибактериальной дезинфекции с помощью гибких и одноразовых генераторов плазмы, изготовленных из бумаги. Конструкция проста: два листа металлизированной бумаги склеены вплотную друг к другу. Пористость бумаги позволяет газу проникать в ее объем и топливную плазму, в то время как принудительная конвекция охлаждает подложку. Эти механизмы предполагают, что волокнистые, похожие на бумагу подложки могут быть подходящими при разработке и производстве гибких устройств для создания как объемной, так и поверхностной плазмы, способной убивать микробы.При колебательном размахе потенциалов от ± 1 до ± 10 кВ генераторы плазмы на бумажной основе деактивировали более 99% клеток S. cerevisiae и более 99,9% клеток E. coli за 30 с. обработка на соседних подложках с расстоянием смещения 10 мм. Мы также продемонстрировали, как генераторы на бумажной основе соответствуют изогнутым поверхностям, подходят для дезинфекции аэрозольных микробов на подложке, подходят для эластичных структур, подобных киригами, и совместимы с пользовательскими интерфейсами.В будущем генераторы плазмы на бумажной основе могут быть подходящими в качестве противомикробных защитных средств для датчиков, похожих на кожу, самостерилизующейся одежды, устройств для стерилизации лабораторного или биомедицинского оборудования, умных повязок для заживления ран или расходных компонентов в производственных процессах, которые наносят узорчатую поверхность. лечения.

Материалы и методы

Штаммы микробов.

Saccharomyces cerevisiae штамм Ah209 (Clontech Laboratories) и Escherichia coli штамм TOP10 (Invitrogen) служили образцами грибов и бактерий в наших экспериментах. S. cerevisiae штамм Ah209 – это штамм дрожжей, обычно используемый для двухгибридного скрининга в биологических исследованиях. E. coli TOP10 – идеальный бактериальный штамм для высокоэффективного клонирования и размножения плазмид.

Подготовка сред и микробов.

Мы культивировали S. cerevisiae штамм Ah209 и E. coli штамм TOP10 со средой YEPD и средой LB соответственно. Бульон YEPD содержал 1% [масса / объем (м / об)] дрожжевого экстракта (Difco; Becton Dickinson), 2% (м / об) пептона (Sigma-Aldrich), 2% (м / об) декстрозы (VWR International ), а остальное – дистиллированная вода.Твердая среда YEPD состояла из 0,3% (мас. / Об.) Дрожжевого экстракта, 1% (мас. / Об.) Пептона, 1% (мас. / Об.) Декстрозы, 2% (мас. / Об.) Агара (Difco; Becton Dickinson), с остальное – дистиллированная вода. Мы приготовили среду LB с обезвоженными питательными средами LB (порошковая форма) (Difco; Becton Dickinson) и надлежащей гидратацией дистиллированной водой. Приготовленная среда LB содержала 2,5% (м / об.) Порошка LB, остальное – дистиллированная вода. Твердая среда LB состояла из 2,5% (мас. / Об.) Порошка LB, 1,5% (мас. / Об.) Агара, остальное – дистиллированная вода.Автоклавирование всех сред длилось 20 мин при 121 ° C. В твердых средах как YEPD, так и LB он содержал 25 мл среды в каждой чашке Петри.

Мы культивировали S. cerevisiae и E. coli в бульоне YEPD и бульоне LB, соответственно, при 150 об / мин в орбитальном шейкере-инкубаторе (модель 3527; Lab-Line Instrumentations). Культивирование длилось 24 ч при комнатной температуре (25 ° C). Мы собирали микробы центрифугированием (Clinical 100; VWR International) культур при 4000 об / мин (~ 1520 × g ) в течение 5 мин.Клетки S. cerevisiae и E. coli находились в суспензии в стерилизованной дистиллированной воде. Для определения концентрации S. cerevisiae и E. coli в суспензии мы использовали спектрофотометр (Genesys 10s UV-VIS; Thermo Scientific) для измерения значения OD ₆₀₀ , которое указывало на оптическую плотность образцы измеряли на длине волны 600 нм. Измеренная OD ₆₀₀ для S. cerevisiae и E. coli была равна 1.037 и 0,867, что указывает на концентрации ∼6,22 × 10 ⁷ и 6,94 × 10 ⁸ клеток на мл соответственно. Наконец, концентрации были разбавлены до 2,07 × 10 ³ и 2,50 × 10 ⁴ клеток на мл соответственно.

Получение изображений.

Если не указано иное, в данной работе для получения изображений использовалась камера Nikon D7100 с объективом от 18 до 105 мм. Для некоторых неподвижных изображений плазмы мы использовали увеличенную экспозицию. Единственная цифровая модификация изображений заключалась в контрасте и яркости.

Измерение абсолютной освещенности испускаемого УФ-света

Для определения параметров испускаемого электромагнитного излучения от плазменного генератора и соответствующей абсолютной освещенности мы использовали спектрорадиометр (USB2000 +; Ocean Optics), откалиброванный для длин волн от 200 до 850 нм для выполнения измерений. . К нему было прикреплено волокно с косинусным корректором, установленное на расстоянии 2 мм перпендикулярно поверхности плазменного генератора. Такое расстояние позволяло проводить измерения в одной гексагональной ячейке на генераторе плазмы.Умножив измерения на одной ячейке на общее количество гексагональных ячеек на плазменном генераторе, мы получили общую освещенность.

Как показано на рис. S1, самые высокие пики наблюдались для длин волн от 315 до 400 нм в режиме УФ A (UVA). Множественные пики произошли между 400 и 500 нм, что соответствует видимым синим и фиолетовым цветам, захваченным на фотографиях. Также были обнаружены уровни УФ B (UVB) и УФ C (UVC) от генератора плазмы. Предыдущие исследования показали, что УФС является одним из критических факторов в технологиях дезинфекции (23, 24).

Измерение уровня озона

Как указывалось в предыдущей работе (47), когда происходит диэлектрический барьерный разряд, реакция свободных атомов кислорода с кислородом генерирует значительное количество озона на основе следующей реакции: O + O2 + M → O3 + M, [S1], где M – вовлеченный партнер столкновения, такой как O ₂ , O ₃ и N ₂ (48). Озон с высокой реакционной способностью также может реагировать с атомами кислорода, образовавшимися в результате диссоциации O ₂ электронным ударом: O3 + O + M → 2O2 + M.[S2]

Экспериментальная установка для определения уровня озона в атмосферной среде состоит из трех основных компонентов: закрытой стеклянной камеры (35 см × 35 см × 63 см), быстродействующего УФ-монитора озона (модель 205; 2B Technologies ) и высокоскоростной системы сбора данных на основе LabVIEW (LabVIEW 2014; National Instruments) (NI 9215; National Instruments). Для измерения концентрации озона мы поместили плазменный стерилизатор круглой формы на бумажной основе в один из нижних углов камеры.Впускной патрубок монитора озона находился в центре камеры. Оба сели на пол. Монитор озона регистрировал два образца в секунду с разрешением 0,1 ppb. На рис. S3 изображена экспериментальная установка.

Были измерены профили уровня озона в течение 40 мин при активации плазмы в течение 5, 10, 20, 30, 60 и 120 с. Вход переменного тока для всех устройств имел частоту 2 кГц и размах напряжения 6,3 кГц. Концентрация озона при активации плазмы в течение разного периода времени достигла пикового значения в течение первых 200 с.Затем он распался до гораздо более низкого уровня ~ 50 частей на миллиард через 2000 с (около 33 минут). В таблице S1 показаны пиковые значения уровня озона для каждого измерения.

Хотя уровень озона зависит от размера помещения, в котором мы проводили измерения, результаты экспериментов показали, что плазменный стерилизатор на бумажной основе был способен генерировать значительное количество озона за короткое время, как показано в Таблице S1 и Рис. S2 A . В дополнение к этим измерениям озона мы также провели специальные измерения для определения концентрации озона в круглой чашке Петри, которая имеет диаметр 100 мм и толщину 15 мм.Однако в таком ограниченном пространстве озон быстро – в течение нескольких секунд – накапливался до значений, выходящих за пределы диапазона измерения (200 ppm) монитора озона.

Измерение температуры поверхности

Температура – один из контролируемых параметров в традиционных подходах к дезинфекции, таких как пастеризация. В этой работе мы ориентировались на низкие температуры поверхности с помощью плазменной дезинфекции. Повышение температуры поверхности происходит в основном за счет джоулева нагрева в слое алюминия.Чтобы охарактеризовать изменяющуюся температуру поверхности, мы использовали систему регистрации температуры на основе Arduino, чтобы отслеживать изменение температуры. Предварительно откалиброванный бесконтактный ИК-термометр (MLX

; Melexis Microelectronic Systems) отслеживал изменение температуры на расстоянии 2 см, указывающем на центр круглого плазменного стерилизатора, который идентичен тем, которые мы использовали в бесконтактных экспериментах, при температуре окружающей среды 25 ° С.

На рис. S2 B показана температура поверхности как функция времени.При фиксированной частоте 2 кГц и варьируемых напряжениях В _P-P от ± 1,5 до ± 3 кВ температура поверхности не превышала 60 ° C после 60-секундной активации плазменного генератора.

Настраиваемые генераторы на бумажной основе

Одним из преимуществ плазменных генераторов на бумажной основе является их способность очищать не только себя, но и соседние объекты. Кроме того, использование бумаги в качестве подложки для генераторов плазмы позволяет настраивать устройства.Чтобы продемонстрировать эти особенности, мы подготовили еще один плазменный генератор на бумажной основе с геометрией спиритического знака Рутгерса, заглавной буквы «R». Как показано на рис. S4, мы использовали схему повторяющихся шестиугольников, чтобы обеспечить покрытие плазмой по всей поверхности.

Рис. S4.

Эффективность индивидуального плазменного генератора на бумажной основе. ( A ) Устройство на бумажной основе в прямом контакте с круглой очищенной ПЭТ-пленкой E. coli . ( B ) После инкубации в течение 24 часов при 37 ° C в области, продезинфицированной генератором на бумажной основе с изображением спиртового логотипа Rutgers «R», появилось очень мало колоний, тогда как на открытой области появилось большое количество колоний. из E.coli . Красный оверлей служит для визуализации границы ПЭТ-пленки и продезинфицированной R-образной области.

Для проведения этих экспериментов мы сначала нанесли аэрозоль суспензию E. coli на одну сторону стерилизованной круглой полиэтилентерефталатной (ПЭТ) пленки (Mylar 201; DuPont Teijin Films) диаметром 135 мм. Затем мы поместили его на стерилизованную стеклянную пластину в вытяжном шкафу с рециркуляцией. Когда поверхность пленки ПЭТ была сухой, мы помещали плазменный генератор R-образной формы на поверхность пленки гексагональным узором, обращенным к пленке.Далее мы аккуратно поместили на него стеклянную крышку. Целью использования стеклянной крышки было обеспечение плоскостности R-образного плазменного генератора. Рис. S4 A показывает настройку на этом этапе.

С источником переменного тока ( В _p-p = ± 3 кВ, f = 1,7 кГц) мы активировали плазму на 10, 20, 30 и 60 с. После удаления генератора плазмы мы перенесли клеток E. coli , прикрепив верхнюю поверхность ПЭТ-пленки к поверхности среды LB в чашке Петри.Среду инкубировали в течение 24 ч при 37 ° C. На рис. S4 B показано распределение E. coli в среде LB после обработки в течение 10 с. Центральная область, ранее покрытая и продезинфицированная плазменным генератором R-образной формы на бумажной основе, содержала только несколько колоний E. coli , тогда как открытая область давала многочисленные колонии. Более того, даже несмотря на то, что плазменный генератор имел особую геометрию, которая предположительно могла привести к продезинфицированной R-образной области, свободной от E.coli , результат не представил такой области. Это отсутствие геометрического определения объяснялось главным образом отсутствием точного контроля плазмы, которая является конвективной и диффузной по своей флюидной природе. Фильм S1 демонстрирует эксперименты, описанные в этом разделе. Фильм S4 демонстрирует конвективные течения в плазме.

Дезинфекция инструментов и оборудования

Мы провели тщательную дезинфекцию всех инструментов, включая пинцет, петли для посева, ножницы и т. Д., погрузив их в этанол с концентрацией 99%. Затем они прошли через пламя для дальнейшей дезинфекции перед использованием. Генераторы плазмы на бумажной основе круглой формы находились в шкафу УФ-дезинфекции в течение 5 часов перед использованием. Мы проводили все эксперименты в вытяжном шкафу с рециркуляцией.

Определение диэлектрической прочности

Поскольку приложение сильных электрических полей могло приводить к пробою диэлектрика в генераторах плазмы, мы охарактеризовали диэлектрическую прочность металлизированной бумаги.Как показано на рис. S5 A – C , было три типа образцов (т.е. однослойные, двухслойные с конфигурацией «сверху вниз» и двойные слои с конфигурацией «снизу вниз». ). Для простоты «верх» относится к верхнему алюминиевому проводящему слою металлизированной бумаги, а «низ» относится к нижнему слою из целлюлозных волокон металлизированной бумаги. Следует отметить, что в двухслойных конфигурациях необходим минимальный запас шириной 3 мм от краев одного слоя к другому, чтобы избежать прямого разряда между двумя алюминиевыми слоями.Этот возможный разряд происходит главным образом из-за того, что диэлектрическая прочность воздуха (3,0 МВ / м) ниже, чем у композита полимеров и целлюлозных волокон в металлизированной бумаге.

Рис. S5.

Конфигурация образцов и результаты измерения электрической прочности изоляции. ( A – C ) Три типа конфигураций, используемых при характеризации. ( D ) Зависимость электрической прочности изоляции от частоты.

Чтобы охарактеризовать электрическую прочность диэлектрика, мы сначала использовали «кратковременный» метод, поместив образец между двумя электродами и постепенно увеличивая напряжение на обеих сторонах металлизированной бумаги до тех пор, пока не произошел пробой.Затем мы использовали метод «медленного нарастания» для получения более точных значений напряжения пробоя путем постепенного увеличения напряжения от 50% напряжения пробоя, определенного в предыдущем кратковременном методе, до пробоя. Диэлектрическая прочность одного слоя имела средние значения от 10 до 50 МВ / м на основе пяти измерений на частотах от 0,01 до 30 кГц. Для двухслойной структуры с конфигурацией сверху вниз среднее значение диэлектрической прочности составляло от 40 до 56 МВ / м на частотах от 0.01 до 10 кГц. Для двухслойной конструкции с конфигурацией снизу к низу среднее значение диэлектрической прочности составляло от 55 до 82 МВ / м на частотах от 0,1 до 10 кГц. Когда частота приближалась к 0,01 кГц, напряжение пробоя для конфигурации «снизу вниз» было выше, чем максимальное обеспечиваемое напряжение (± 10 кВ) от системы электроснабжения. На рис. S5 D показаны результаты измерений образцов.

Самостоятельная дезинфекция объемной плазмой

Объемная плазма облегчает дезинфекцию загрязняющих веществ, находящихся в волокнистой внутренней части устройств на бумажной основе.Чтобы исследовать роль объемной плазмы в самоочищении, мы провели дополнительную серию экспериментов, намеренно заразив генераторы плазмы без рисунка на бумажной основе (рис.1 F и G ) сухими спорами переносимого по воздуху Penicillium . sp., А затем активацию плазмы в течение 2 минут с помощью V _pp ± 2,5 кВ при 2 кГц. Сразу после обработки мы разделили образцы по средней линии и перенесли споры по краям на картофельный агар с декстрозой (Neogen Corporation).Рис. S6 A – F иллюстрирует процедуру экспериментов. Микроскопическое изображение на рис. S6 A показывает бесполые репродуктивные структуры [то есть конидиофор, бесполые споры (конидии)]. Мы окрашивали образец 1% раствором анилинового синего, чтобы сделать его заметным.

Рис. S6.

Эксперимент, демонстрирующий эффект самоочищения объемной плазмой. ( A – F ) Этапы подготовки загрязненного бумажного плазменного генератора со спорами Penicillium и дезинфекции устройства плазмой. G и H показывают экспериментальные результаты. Через 2 мин обработки плазмой не было видимых колоний Penicillium , растущих в агаре.

На рис. S6 G и H показано сравнение экспериментальной группы и контрольной группы после 48 часов инкубации при 30 ° C. Два края в экспериментальной группе были свободны от колоний / спор Penicillium sp., Тогда как края в контрольной группе имели рост колоний / спор.

Чтобы идентифицировать конкретные виды Penicillium , мы экстрагировали ДНК из изолированного гриба, полученного из контрольной группы. Затем мы провели ПЦР с двумя праймерами, LR3R (5′-GTCTTGAAACACGGACC-3 ‘) и LR5 (5′-TCCTGAGGGAAACTTCG-3’), для амплификации консервативной области 310 п.н. рибосомной РНК 5.8S. Очищенный продукт ПЦР был отправлен в GENWIZE для секвенирования, и результаты были проанализированы с помощью инструмента поиска базового локального сопоставления (BLAST) из Национального центра биотехнологической информации.Результат показал, что участок 5.8S рРНК длиной от 638 до 948 п.н. изолированного гриба соответствует той же области многих изолятов Penicillium citrinum . Как молекулярные, так и морфологические результаты указывают на то, что гриб принадлежит к виду Penicillium citrinum .

Гибкость

Для проверки гибкости бумажных генераторов мы использовали прямые трубки с различным радиусом от R = 9,5 мм до R = 46 мм и прикрепили генераторы к поверхностям этих трубок (рис.S7). С пиковым напряжением В _p-p ± 3,15 кВ при 2 кГц (тот же вход переменного тока, который мы подавали на генераторы, произведенные для биологических экспериментов), дезинфицирующие средства на бумажной основе по-прежнему функционировали и производили плазму. Однако при прикреплении к трубке с R = 3,2 мм устройство не могло генерировать плазму из-за трещин в алюминиевом слое бумаги.

Рис. S7.

Генераторы плазмы на бумажной основе, прикрепленные к трубкам с различным радиусом ( A ) 46 мм, ( B ) 25.4 мм и ( C ) 9,5 мм по-прежнему способны производить плазму.

Долговечность дезинфицирующих средств на бумажной основе

Мы прикрепили круглое дезинфицирующее средство на бумажной основе к сегменту цилиндрического куска полиэтилена диаметром 75 мм. Затем мы зафиксировали образец в закрытом эксикаторе (Nalgene; Thermo Scientific) с внутренним объемом 10,2 л. Затем мы вставили газовый вход монитора озона в контейнер (рис. S8 B ). Чтобы проверить долговечность дезинфицирующего средства на бумажной основе, мы активировали плазму на 30 с, а затем остановили и подождали, пока уровень озона не упадет ниже 200 частей на миллиард в течение ~ 20 минут.Мы выполнили восемь повторяющихся циклов с В _p-p ± 3,15 кВ при 2 кГц. Во время каждого испытания озоновый монитор непрерывно регистрировал данные со временем усреднения 2 с по записанным необработанным данным. Рис. S8 A показывает, что для устройства мог быть период обкатки, поскольку первое испытание произвело меньше озона, чем измеренное в последующих испытаниях.

Рис. S8.

( A ) График уровня озона по результатам восьми измерений круглого дезинфицирующего средства на бумажной основе как функция времени.( B ) Экспериментальная установка показывает дезинфицирующее средство на бумажной основе, прикрепленное к сегменту цилиндрической пены из полиэтилена. Время активации 30 с.

Санитарная обработка на различных расстояниях

На рис. 2 показана эффективная дезактивация как S. cerevisiae , так и E. coli с помощью дезинфицирующих средств на бумажной основе в 10 мм от поверхности агара. Чтобы исследовать влияние различных расстояний на эффективность дезинфекции, мы провели две дополнительные серии бесконтактных экспериментов с круглыми дезинфицирующими средствами на бумажной основе на расстоянии 10 и 20 мм от поверхности агара (рис.S9 A ). В дополнительных экспериментах использовали микробы S. cerevisiae с концентрацией ~ 1 × 10 ⁴ клеток на мл. В обеих сериях экспериментов использовалось одинаковое время обработки и вход переменного тока ( В, _p-p = ± 3,15 кВ, f = 2 кГц) для дезинфицирующих средств на бумажной основе. Для каждой из шести тестовых групп было семь повторяющихся выборок. Сразу после обработки, рассчитанной по времени, мы инкубировали каждый образец при 30 ° C в течение 48 часов.

Рис. S9.

( A ) Два типа чашек Петри, используемых в бесконтактных экспериментах. Разные расстояния между поверхностями плазменных дезинфицирующих средств и агара составляли 10 и 20 мм соответственно. ( B ) График зависимости числа колоний от времени санитарной обработки из двух групп бесконтактных экспериментов на клетках S. cerevisiae . Планки погрешностей представляют собой ± 1 стандартное отклонение, рассчитанное для семи повторяющихся экспериментов для каждой тестовой группы.

Рис. S9 B показывает экспериментальные результаты.Когда расстояние составляло 20 мм, эффективность дезинфекции напоминала эффективность дезактивации, когда расстояние составляло 10 мм – на самом деле, степень дезактивации клеток S. cerevisiae была несколько выше в течение того же промежутка времени в каждой группе, кроме одной. с 120-секундной обработкой. Одно правдоподобное объяснение состоит в том, что озон является доминирующим фактором при санитарной обработке этих бумажных устройств на таких расстояниях. В чашках Петри большего размера изначально было больше воздуха, чем в чашках Петри меньшего размера.При наличии большего количества топлива в чашках Петри большего размера возможно, что генераторы плазмы смогли быстро преобразовать легкодоступное топливо в озон для создания аналогичных концентраций озона в чашках Петри в течение 10 секунд после активированной обработки. Таким образом, экспериментальные результаты показывают, что расстояние может не влиять на эффективность санитарной обработки, пока замкнутое пространство быстро заполняется высокой концентрацией озона, производимого плазменными генераторами.

Кипячение в сравнении с обработкой плазмой

В качестве альтернативной технологии дезинфекции / стерилизации плазма может предотвратить потенциальное повреждение поверхностей / структур обрабатываемых объектов, которое может возникнуть при использовании традиционных технологий.Чтобы продемонстрировать эту точку зрения, мы провели два эксперимента – в одном использовалось кипение, а в другом – плазменная обработка двух образцов, изготовленных из термоусадочного полиолефина. При повышенных температурах до 70 ° C термоусаживающийся полиолефин может значительно изменить свой размер. Следовательно, дезактивация микробов на поверхности полиолефинов может быть не идеальной с помощью тепла или кипящей воды. Как показано на рис. S10 A , образец значительно сжался в кипящей воде при 100 ° C всего за 2 с. Напротив, образец, находящийся в прямом контакте с плазменным генератором на бумажной основе, не демонстрировал заметной усадки при обработке в течение 60 с, как показано на рис.S10 B .

Рис. S10.

Сравнительное исследование показывает значительное изменение свойств материала при использовании кипящей воды ( A ) и минимальную модификацию плазменным дезинфицирующим средством ( B ).

Благодарности

Мы благодарим Вильсона Родригеса и Криса Мохана из Института наук об окружающей среде и гигиене труда Рутгерса за предоставленное оборудование для измерения озона. Мы также благодарим анонимных рецензентов за их полезные предложения и комментарии.Джо Формоза из AR Metallizing, Ltd. (A Nissha Company) предоставил металлизированную бумагу. Максим Лазучеков помог с первоначальными экспериментальными измерениями диэлектрической прочности металлизированной бумаги. Мы выражаем признательность за поддержку со стороны Национального научного фонда № 1610933 и Университета Рутгерса через Инженерную школу, Департамент машиностроения и аэрокосмической техники, Научно-исследовательский совет университета и премию доцента имени А. Уолтера Тайсона. Мы признательны за поддержку Джона Э.и Фонд Кристины К. Крейгхед, проект W3147 Национального института продовольствия и сельского хозяйства США, а также Экспериментальная станция сельского хозяйства Нью-Джерси. Работа S.R. была частично поддержана грантом Управления научных исследований ВВС FA9550-15-1-0424.

Сноски

• Вклад авторов: J.X., Q.C., S.R., J.F.W. и A.D.M. спланированное исследование; J.X., Q.C., P.S., J.F.W. и A.D.M. проведенное исследование; J.X., Q.C., S.R., J.F.W., и A.D.M. проанализированные данные; и J.X., Q.C., S.R., J.F.W. и A.D.M. написал газету.

• Заявление о конфликте интересов: 4 февраля 2016 г. был подан предварительный патент США (62/291 082) на «Недорогой гибкий плазменный стерилизатор на бумажной основе». «Гибкие плазменные аппликаторы на основе волокнистых слоев» от 6 февраля 2017 г.

• Эта статья представляет собой прямую заявку PNAS.

• Эта статья содержит вспомогательную информацию на сайте www.pnas.org/lookup/suppl/doi:10.1073/pnas.1621203114/-/DCSupplemental.

Определение продукта тороидального плазменного генератора

Относится к продукту

Тороидальный плазменный генератор

Парообразный продукт означает любой негорючий продукт, который может содержать или не содержать никотин, в котором используется нагревательный элемент, источник питания, электронная схема, или другие электронные, химические или механические средства, независимо от формы или размера, которые можно использовать для получения пара из раствора или другого вещества.«Парообразный продукт» включает электронную сигарету, электронную сигару, электронную сигариллу, электронную трубку или аналогичный продукт или устройство, а также любой картридж или другой контейнер с раствором или другим веществом, которые могут содержать или не содержать никотин, которые предназначены для используется с электронной сигаретой, электронной сигарой, электронной сигаретой, электронной трубкой или аналогичным продуктом или устройством или в них. «Парообразный продукт» не включает продукт, который регулируется как лекарство или устройство Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США в соответствии с главой V Федерального закона о пищевых продуктах, лекарствах и косметических средствах.

сложный продукт означает продукт, состоящий из нескольких компонентов, которые могут быть заменены, что позволяет производить разборку и повторную сборку продукта.

встроенный генератор означает генератор, который не является участником рынка и чье производственное предприятие подключено к распределительной системе дистрибьютора, но не включает генератор, который потребляет больше электроэнергии, чем производит;

Табачный продукт означает любое вещество, содержащее табачный лист, включая, помимо прочего, сигареты, сигары, трубочный табак, табак для кальяна, нюхательный табак, жевательный табак, табак для макания, биди, бланты, гвоздичные сигареты или любые другие табачные изделия. ; и любой продукт или состав вещества, содержащий биологически активные количества никотина, который производится, продается, предлагается для продажи или иным образом распространяется с ожиданием того, что продукт или вещество будут введены в организм человека при вдыхании; но не включает в себя какие-либо продукты для прекращения употребления табака, специально одобренные U.S. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов для лечения никотиновой или табачной зависимости.

Аэрозольный продукт для покрытия означает продукт для покрытия под давлением, содержащий пигменты или смолы, который распределяет ингредиенты продукта с помощью пропеллента и упакован в одноразовую банку для ручного нанесения или для использования в специализированном оборудовании для наземного движения / маркировки. Приложения.

Антитело означает молекулу или ген, кодирующий такую ​​молекулу, содержащую или содержащие один или несколько вариабельных доменов иммуноглобулина или части таких доменов, или любые существующие или будущие их фрагменты, варианты, модификации или производные.

Клей для пенополистирола означает аэрозольный клей, предназначенный для приклеивания пенополистирола к основанию.

Средство для полировки спрея означает средство, предназначенное для восстановления изношенного покрытия пола в сочетании с полировальной машиной для пола и специальной подушечкой.

Продукты марихуаны означает концентрированные продукты марихуаны и продукты марихуаны, которые состоят из марихуаны и других ингредиентов и предназначены для использования или потребления, такие как, помимо прочего, пищевые продукты, мази и настойки.

Табачные изделия означают сигары, сигареты, сигары, сигареты, перик, гранулированный, разрезанный, разрезанный, готовый натертый и другой курительный табак, нюхательный табак, нюхательный табак, влажный нюхательный табак, кавендиш, табак пинг и твист, мелко- резаный и другой жевательный табак, шорты, обрезки мусора, обрезки, вырезки и подметание табака, а также другие виды и формы табака, приготовленные таким образом, чтобы они были пригодны для жевания или курения в трубке или иным образом, или и того, и другого для жевания и курение.

Потребитель-генератор означает бытового или коммерческого потребителя, который владеет (или арендует или заключает договор) и эксплуатирует электростанцию, которая: (а) имеет мощность не более 1000 киловатт; (б) использует возобновляемые ресурсы, когенерацию, топливные элементы или микротурбины; (c) находится на территории клиента; (d) связан с объектами передачи и распределения Электрической компании; и (e) предназначен в первую очередь для компенсации всех или части собственных потребностей потребителя в электроэнергии.

Аэрозольный продукт означает систему распыления под давлением, которая распределяет ингредиенты продукта с помощью пропеллента, содержащегося в продукте или контейнере продукта, или посредством механически индуцированной силы. «Аэрозольный продукт» не включает «Насос-спрей».

Продукты каннабиса означает каннабис, который подвергся процессу преобразования растительного материала в концентрат, включая, помимо прочего, концентрированный каннабис, пищевой или местный продукт, содержащий каннабис или концентрированный каннабис и другие ингредиенты.

Продукт каннабиса означает каннабис, который подвергся процессу преобразования растительного материала в концентрат, включая, помимо прочего, концентрированный каннабис или пищевой или местный продукт, содержащий каннабис или концентрированный каннабис и другие ингредиенты.

Пищевой продукт каннабиса означает продукт каннабиса, который предназначен для использования, полностью или частично, для потребления человеком, включая, но не ограничиваясь, жевательную резинку, но исключая продукты, указанные в Подразделе 15 (начиная с Раздела 32501). ) Продовольственного и сельскохозяйственного кодекса.Съедобный продукт каннабиса не считается пищей, как это определено в разделе 109935 Кодекса здоровья и безопасности, или лекарством, как определено в разделе 109925 Кодекса здоровья и безопасности.

Материал, произведенный ускорителем означает любой материал, который стал радиоактивным с помощью ускорителя частиц.

Производитель табачных изделий означает лицо, которое после даты вступления в силу настоящего Закона напрямую (а не исключительно через какое-либо аффилированное лицо):

ВИЧ означает вирус иммунодефицита человека.

Массовый сайт для совместной работы с несколькими авторами (или «Сайт MMC») означает любой сервер World Wide Web, на котором публикуются охраняемые авторским правом работы, а также предоставляются удобные возможности для редактирования этих работ любым лицом. Общедоступная вики, которую может редактировать любой, является примером такого сервера. «Массовое сотрудничество с несколькими авторами» (или «MMC»), содержащееся на сайте, означает любой набор охраняемых авторским правом произведений, опубликованных таким образом на сайте MMC.

Комбинированные продукты означает любой продукт, содержащий как фармацевтически активный агент или ингредиент, составляющий Лицензионный продукт, так и один или несколько других фармацевтически активных агентов или ингредиентов, которые не являются Лицензионными продуктами.

Насос-спрей означает упаковочную систему, в которой ингредиенты продукта внутри контейнера не находятся под давлением и в которой продукт выталкивается только тогда, когда насосное действие применяется к кнопке, спусковому крючку или другому исполнительному механизму.

Производитель марихуаны означает лицо, которое производит марихуану в этом штате.

Ингибитор коррозии означает вещество, способное снижать коррозионную активность воды по отношению к металлическим водопроводным материалам, особенно свинцу и меди, за счет образования защитной пленки на внутренней поверхности этих материалов.

Диагностический продукт означает набор реагентов, включая, помимо прочего, реагенты, упакованные в форме набора, которые можно использовать при выполнении Лицензионных услуг.

Световое поле означает область пересечения светового луча от устройства ограничения луча и одной из множества плоскостей, параллельных и включающих плоскость рецептора изображения, периметр которой является геометрическим местом точек, в которых освещенность составляет одну четверть максимальной на перекрестке.

Рентгеновский генератор высокого напряжения означает устройство, которое преобразует электрическую энергию из потенциала, подаваемого рентгеновским контролем, в рабочий потенциал трубки.