Dispositivo de plasma frío armónico y métodos asociados.

Un dispositivo (10, 60) para producir un plasma frío multifrecuencia (11,

64) que comprende:

una carcasa (15, 63) que alberga un espacio interior (14, 62);

un electrodo (12) que comprende una pluralidad de placas (13, 61) colocadas en forma sustancialmente paralela y de manera espaciada dentro del espacio interior (14, 62), una superficie de una placa aguas arriba con un área de superficie mayor que el área de superficie de una placa aguas abajo;

una varilla de soporte (59, 72) en comunicación de señal con una fuente de energía de radiofrecuencia, disponiéndose dicha varilla (59, 72) extendida a través de cada una de las placas de electrodo (13, 61) y guardando una distancia entre ellas; los medios (23) para introducir gas de helio en el espacio interior (14, 62) aguas arriba de las placas;

un primer imán toroidal (30, 65) que presenta una primera alineación posicionada dentro del espacio interior (14, 62) aguas abajo de las placas (13, 61);

un segundo imán toroidal (34, 67) que presenta una segunda alineación, opuesta a la primera alineación, posicionada dentro del espacio interior (14, 62) aguas abajo del primer imán (30, 65), situándose tanto el primer como el segundo imán (30, 34, 65 , 67) de forma sustancialmente paralela y coaxial, cada uno con un orificio central; y

una placa de soporte (35, 69) situada entre los imanes primero y segundo (30, 34, 65, 67), de forma espaciada con relación a estos, albergando dicha placa de soporte (35, 69) una abertura;

una rejilla de inducción (36) fijada a la placa de soporte (35, 69), en la que al menos una frecuencia resonante fundamental o armónica asociada a la rejilla (36) es idéntica a, al menos, una frecuencia resonante 20 fundamental o armónica asociada al electrodo (12). Tal rejilla (36) comprende:

un elemento central de capacitancia (47, 76), el cual puede colocarse en comunicación eléctrica con una fuente de alimentación (48); y

una pluralidad de varillas de metal (45, 73), cada una con un elemento exterior de capacitancia (43, 74) fijada en los extremos opuestos (44, 75), disponiéndose dichas varillas (45, 73) de forma aproximadamente simétrica sobre el elemento de capacitancia central (47, 76) a distancias radiales crecientes desde una varilla más interna a una varilla de metal más externa, situándose dicha varilla de metal más externa en comunicación eléctrica con la fuente de alimentación (48),

por donde el gas entra en el espacio interior (14, 62) y es energizado por el electrodo (12), se canaliza a través del orificio del primer imán, y entra en contacto con la rejilla (36) a través de la abertura de la placa de soporte para energizar aún más el gas, creando un plasma frío multifrecuencia que se canaliza hacia el exterior de la carcasa (15, 63) por medio del orificio del segundo imán en comunicación fluídica con un orificio (20) adyacente a un extremo aguas abajo de la carcasa (15, 63).

Dispositivo de plasma frío armónico y métodos asociados ANTECEDENTES DE LA INVENCiÓN

Campo de la invención [0001] La presente invención hace referencia a dispositivos y métodos para la creación de plasmas frias y, mas concretamente, a dispositivos de mano y a métodos para su empleo.

Descripción de la técnica relacionada [0002] Se sabe que existen en la naturaleza plasmas calientes a presión atmosférica De entre ellos cabe destacar el rayo, que constituye un ejemplo de plasma (caliente) de arco de corriente continua. Hasta la fecha se han conseguido aplicaciones de plasma de arco a través de varios procesos de fabricación: por ejemplo, para su uso en recubrimientos para superticies. En la técnica son también conocidos los procesos de plasma frio a presión atmosférica. Es sabido que en la mayoría de los procesos de plasma fria a presión baja se hace uso de electrodos positivos a negativos en diferentes configuraciones, que liberan electrones libres en un medio de gas noble [0003] Los dispositivos que utilizan una configuración de electrodo positivo a negativo para formar un plasma frío a partir de gases nobles (helio, argón, etc.) exhiben con frecuencia una degradación del electrodo, asi como dificultades de sobrecalentamiento originadas por la operación continua del dispositivo. Se hace difícil obtener unas condiciones del proceso que permitan la presencia de una población densa de electrones de plasma frio sin resultar en degradación del electrodo y/o sobrecalentamiento [0004] En WO 2005/084569 A1 se describe un conjunto desechable constituido por un instrumento de mano para el tratamiento de tejidos de plasma de gas, el cual presenta un tubo dieléctrico resistente al calor que se aloja en la carcasa frontal instrumental. La carcasa presenta un elemento de enganche que permite la unión desmontable del conjunto al cuerpo del instrumento de mano. Este último contiene electrodos internos y externos que, al fijarse el conjunto desechable al cuerpo de la pieza de mano, se suceden respectivamente dentro y fuera del tubo dieléctrico.

Por lo tanto, seria beneficioso proporcionar un dispositivo que produzca un plasma frio que supere las dificultades presentadas por los dispositivos anteriores conocidos.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

Los diferentes aspectos de la invención vienen definidos por las reivindicaciones 1 y 13.

El dispositivo de la presente invención proporciona la transmisión de plasma fria a presión atmosférica dentro de una unidad de mano sin hacer uso de una configuración de electrodo negativo. El dispositivo es capaz de descargar plasma fria a 18, 3. 20, 5 9C (65-69 9F) en aire ambiente de forma simultánea con diferentes longitudes de onda de RF y sus armónicos [0008] El dispositivo comprende una red de sintonización de RF conectada a una fuente de alimentación de baja tensión , a su vez conectada a una serie de bobinas de alto voltaje y condensadores que se hayan coneelados en red para producir una señal de RF dieléctrica de 150 kV. La señal de energía de RF se transfiere al dispositivo de plasma frio a través de un cable protegido que permite la transferencia de energía eléctrica sin ninguna pérdida sustancial de energia de descarga de corona. La señal de energia de RF se transfiere a una carcasa que alberga un espacio interior definido por una pared, y se dispersa a través de un electrodo que comprende una pluralidad de placas posicionadas sustancialmente en paralelo, separadas uniformemente dentro del espacio interior. Las placas de electrodo se apoyan en una varilla de soporte comunicada en señal con una fuente de energia de radiofrecuencia. La varilla se extiende a través de cada una de las placas, manteniendo una distancia entre ellas. El área de la superficie de una placa de aguas arriba es mayor que una superficie de una placa de aguas abajo, y las placas presentan distintos grosores para crear múltiples frecuencias [0009] El gas de helio se puede introducir en el espacio interior aguas arriba de las placas, donde se inicia la separación de electrones. El gas energizado fluye aguas abajo hacia una cámara de compresión magnética, que comprende un primer imim toroidal con una primera alineación posicionada dentro del espacio interior aguas abajo de las placas, asi como un segundo imán toroidal con una segunda alineación opuesta a la primera alineación, posicionada dentro del espacio interior aguas abajo del primer imán. Ambos imanes se hallan posicionados de forma sustancialmente paralela y coaxial, y cada uno alberga un orificio central.

[001 0] Se sitúa un soporte entre los imanes primero y segundo, el cual incluye una abertura a través del mismo Fijado a dicho soporte se encuentra una rejilla de inducción en frecuencia armónica con el electrodo_ La rejilla comprende un elemento de capacitancia central que puede colocarse en comunicación eléctrica con una fuente de alimentación y con una pluralidad de varillas de metal, cada una con un elemento de capacitancia fijado en los extremos opuestos. Las varillas se disponen aproximadamente de forma simétrica sobre el elemento de capacitancia central, y las dos varillas de metal situadas más al exterior se sitúan en comunicación eléctrica con la fuente de alimentación [0011] En el presente dispositivo, el gas que entra en el espacio interior es energizado por el electrodo, se canaliza a través del orificio del primer iman, y entra en contacto con la rejilla para energizar aún más el gas y crear asi un plasma frío multifrecuencia. Una red eléctrica de frecuencia equilibrada con capacitancia origina la separación final de electrones, que se invierte magnéticamente dando lugar a su salida de la carcasa a través de un orificio con boquilla [0012] Las caracteristicas de la invención que se refieren a la organización y al método de funcionamiento, así como a otros objetivos y ventajas de la misma, se comprenderán mejor a partir de la siguiente descripción leída en conjunción con el dibujo adjunto. Se entiende expresamente que el dibujo no tiene otra finalidad que la de ilustrar y describir, y no pretende constituir en sí mismo una definición de los límites de la invención. Estos y otros objetivos conseguidos, así como las ventajas proporcionadas por la presente invención, resultaran más evidentes a medida que se lea la descripción que sigue a continuación en conjunción con el dibujo adjunto.

BREVE DESCRIPCiÓN DE LOS DIBUJOS

La FIG. 1 es una vista en perspectiva de una fuente de plasma frío mullifrecuencia a presión atmosférica de mano, de acuerdo con la presente invención_

La FIG. 2 es una vista de sección de la fuente de plasma frío multifrecuencia a presión atmosférica de mano de la FIG. 1.

La FIG. 3 es una vista en planta superior de la rejilla de inducción de energía de RF de capacitancia sobre una placa de separación acrilica con puertos de descarga (plasma) cuadruples equilibrados La FIG. 4 es el diagrama eléctrico equivalente que conecta la fuente de alimentación y la fuente de sintonización con la fuente de descarga de plasma frlo.

La FIG. 5 es una vista de sección de una segunda realización de una fuente de plasma frío de mano.

La FIG 6 es una vista en planta superior de una rejilla de inducción para el dispositivo de la FIG 5

La FIG 7 es un diagrama de circuito a modo de ejemplo para el dispositivo de la FIG. 5.

La FIG. 8 es un cálculo de la frecuencia de la primera cámara en el dispositivo de plasma.

La FIG. 9 es un cálculo de la frecuencia de la segunda cámara en el dispositivo de plasma.

La FIG 10 ilustra el flujo de electrones y la orientación en la cámara de compresión de plasma segunda DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS REALIZACIONES PREFERENTES

A continuación se proporciona una descripción de las realizaciones preferentes de la presente invención con referencia a las Figuras 1-10.

La presente invención hace referencia a una realización particular de un dispositivo de plasma frío a presión atmosférica de mano 10 (Figuras 1-4) , el cual produce plasma frío multifrecuencia 11 sin hacer uso de electrodos de conexión a tierra internos. El plasma frío 11 se origina a partir de la utilización de longitudes de onda de energía de frecuencia múltiple, que son creadas a través de un electrodo 12 que comprende una pluralidad, siete en este caso, de placas cuadradas de latón de diferentes tamaños 13, las cuales presentan un intervalo de espesores de 0, 003 a 0, 018 cm (0, 001 a 0, 007 pulgadas) , y se disponen de forma sustancialmente paralela con un eje central común. El electrodo 12 se halla situado dentro de un espacio interior 14 de una carcasa 15 con fonna de "pistola", si bien ello no pretende ser una limitación, con una parte inferior que comprende un... [Seguir leyendo]

1. Un dispositivo (10, 60) para producir un plasma frio multifrecuencia (11 , 64) que comprende:

una carcasa (15, 63) que alberga un espacio interior (14, 62) ; un electrodo (12) que comprende una pluralidad de placas (13, 61) colocadas en foona sustancialmente paralela y de manera espaciada dentro del espacio interior (14, 62) , una superficie de una placa aguas arriba con un área de superficie mayor que el área de superficie de una placa aguas abajo; una varilla de soporte (59, 72) en comunicación de señal con una fuente de energia de radiofrecuencia, disponiéndose dicha varilla (59, 72) extendida a través de cada una de las placas de electrodo (13, 61 ) Y guardando una distancia entre ellas; los medios (23) para introducir gas de helio en el espacio interior (14, 62) aguas arriba de las placas; un primer imán toroidal (30, 65) que presenta una primera alineación posicionada dentro del espacio interior (14, 62) aguas abajo de las placas (13, 61) ; un segundo imán toroidal (34, 67) que presenta una segunda alineación, opuesta a la primera alineación, posicionada dentro del espacio interior (14, 62) aguas abajo del primer imán (30, 65) , situándose tanto el primer como el segundo imán (30, 34, 65 , 67) de foona sustancialmente paralela y coaxial, cada uno con un orificio central; y una placa de soporte (35, 69) situada entre los imanes primero y segundo (30, 34, 65, 67) , de forma espaciada con relación a estos, albergando dicha placa de soporte (35, 69) una abertura; una rejilla de inducción (36) fijada a la placa de soporte (35, 69) , en la que al menos una frecuencia resonante fundamental o armónica asociada a la rejilla (36) es idéntica a, al menos, una frecuencia resonante fundamental o armónica asociada al electrodo (12) . Tal rejilla (36) comprende:

un elemento central de capacitancia (47, 76) , el cual puede colocarse en comunicación eléctrica con una fuente de alimentación (48) ; y una pluralidad de varillas de metal (45, 73) , cada una con un elemento exterior de capacitancia (43, 74) fijada en los ex.tremos opuestos (44, 75) , disponiéndose dichas varillas (45, 73) de forma aproximadamente simétrica sobre el elemento de capacitancia central (47, 76) a distancias radiales crecientes desde una varilla más interna a una varilla de metal más externa, situándose dicha varilla de metal más externa en comunicación eléctrica con la fuente de alimentación (48) , por donde el gas entra en el espaciO interior (14, 62) Y es energizado por el electrodo (12) , se canaliza a través del orificio del primer imán, y entra en contacto con la rejilla (36) a través de la abertura de la placa de soporte para energizar aún mas el gas, creando un plasma frio mullifrecuencia que se canaliza hacia el exterior de la carcasa (15, 63) por medio del orificio del segundo imán en comunicación f1uidica con un orificio (20) adyacente a un extremo aguas abajo de la carcasa (15, 63) .

2. El dispositivo descrito en la reivindicación 1, en el cual las placas de electrodo (13, 61) se hallan recubiertas con capas de una pluralidad de metales que presentan una estructura atómica escalonada .

3. El dispositivo de la reivindicación 2, en el cual la pluralidad de metales comprende niquel, plata y oro.

4. El dispOSitivo descrito en la reivindicación 1, en el cual la carcasa (15, 63) incluye una parte superior (18) que presenta una forma sustancialmente cilindrica y una parte inferior que comprende un mango que cuelga hacia abajo (16) y un gatillo (27) movible fijado al mismo, el medio por el que se introduce el gas helio (23) , que comprende un tubo (24) accionable a través del mango (16) y una válvula de flujo de gas (28) en una relación de control con respecto al flujo de gas a través del tubo (24 ) , siendo dicha válvula de flujo de gas (28) controlable a través el gatillo (27)

5. El dispositivo descrito en la reivindicación 1, en el cual la varilla de soporte (59, 72) esta compuesta de latón.

6. El dispositivo descrito en la reivindicación 1, en el cual la placa de soporte (35, 69) esta compuesta de un material magnéticamente inerte.

7. El dispOSitivo descrito en la reivindicación 6, en el cual la placa de soporte (35, 69) está compuesta de un material de polimetacrilato de metilo

8. El dispositivo descrito en la reivindicación 1, en el cual los elementos de capacitancia central y exterior (43, 47, 74, 76) comprenden unas esferas recubiertas de metal de latón

9. El dispOSitivo descrito en la reivindicación 8, en el cual el recubrimiento de metal comprende niquel, plata y oro.

10. El dispositivo descrito en la reivindicación 8, en el cual las esferas de capacitancia exteriores (43, 74)

presentan diámetros cada vez mayores a medida que aumenta la distancia radial desde la esfera de capacitancia central (47, 76) , conteniendo dicha esfera de capacitancia central (47, 76) un diámetro mayor que una esfera de capacitancia exterior mas estrechamente adyacente a la misma 11 . El dispositivo descrito en la reivindicación 10, en el que cada varilla (45) comprende dos brazos sustancialmente idénticos en longitud (81) . foonando un angula recto entre ellos frente a la esfera de capacitancia central (47) . Tales varillas (45) se disponen en parejas de manera que la esfera de capacitancia exterior (43) de la primera varilla de la pareja se encuentra estrechamente opuesta a la esfera de capacitancia exterior (43) de la segunda varilla de la pareja. Asimismo, la varilla mas externa comprende un par de varillas mas exteriores

12. El dispositivo descrito en la reivindicación 10, en el cual cada varilla (73) comprende una pluralidad de anillos parciales concéntricos con un hueco entre los extremos opuestos, situándose las esferas de capacitancia exteriores de cada uno de tales anillos parciales concéntricos (74) de manera estrechamente opuesta.

13. Un método para producir un plasma frío multifrecuencia (11 , 64) , que comprende:

la inyección de gas de helio en un electrodo (12) , que comprende una pluralidad de placas de electrodo (13, 61 ) posicionadas de foona sustancialmente paralela, separadas entre sí, siendo el área de superfiCie de una placa de electrodo aguas arriba mayor que el area de superficie de una placa de electrodo aguas abajo. Tales placas de electrodo (13, 61 ) se apoyan en una barra de soporte (59, 72) , la varilla (59, 72) a su vez se extiende a través de cada una de las placas de electrodo (13, 61) y, manteniendo una distancia entre ellas, el electrodo

(12) se utiliza para energizar el gas de helio; el suministro de energía de radiofrecuencia a la varilla (59, 72) ; la canalización del gas de helio energizado a través de un orificio de un primer iman toroidal (30, 65) que presenta una primera alineación; la canalización del gas de helio energizado que emerge del orificio del primer imán sobre una rejilla de inducción (36) , en el que al menos una frecuencia resonante fundamental o armónica asociada a dicha rejilla

(36) es idéntica a, al menos, una frecuencia resonante fundamental o armónica asociada al electrodo (12) ,

comprendiendo dicha rejilla: un elemento de capacitancia central (47, 76) ; Y una pluralidad de varillas de metal (45, 73) , cada una con un elemento de capacitancia exterior (43, 74) fijada en los extremos opuestos (44, 75) , situándose las varillas (45, 73) dispuestas de forma aproximadamente simétrica con respecto al elemento de capacitancia central (47, 76) a distancias radiales crecientes desde una varilla más interna a una varilla más externa;

el suministro de energía al elemento de capacitancia central (47, 76) Y al elemento de capacitancia exterior (43, 74) fijado a la varilla mas externa para energizar aún más el gas helio y crear asi un plasma frio multifrecuencia (11, 64) ; y la canalización del plasma fria multifrecuencia (11 , 64) a través de un orificio de un segundo imán toroidal (34, 67) , que presenta una segunda alineación opuesta a la primera alineación.