專利名稱：具有特殊調(diào)諧射頻電磁場發(fā)生器的等離子體切割物質(zhì)的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請是序列號為09/112,471的美國專利申請的部分延續(xù)申請(CIP)。
本發(fā)明涉及用于使用協(xié)調(diào)等離子體云切割物質(zhì)的等離子體發(fā)生裝置，更具體地說是涉及一種利用由一射頻信號發(fā)生器系統(tǒng)所發(fā)射的電磁波能來激發(fā)和維持的調(diào)諧等離子體云。所述系統(tǒng)與該切割協(xié)調(diào)等離子體云阻抗匹配、頻率匹配和輸出功率匹配，其中，所述切割協(xié)調(diào)等離子體云由所述裝置激發(fā)、維持和控制且在切割過程中包圍本發(fā)明的受激發(fā)的發(fā)射器切割探頭。
背景技術(shù)：
例如金屬刀片、藍(lán)寶石刀片、或鉆石刀片等堅硬的物理刀片是最常用的切割裝置。這些切割都是基于硬質(zhì)物質(zhì)的光滑銳利的棱緣與要切割物質(zhì)表面之間的物理學(xué)的磨擦作用而進(jìn)行的。這種試圖利用將一種堅硬的物質(zhì)切入另一堅硬物質(zhì)中的純粹的物理方法效率不高，特別當(dāng)被切割的物質(zhì)是例如生物組織、木制品或甚至是金屬之類的堅實致密物質(zhì)時會遇到大的磨擦阻力，因而這種方法效率低下。為此，人們已經(jīng)借助于例如電子切割、電切割或者外科透熱來對物質(zhì)進(jìn)行切割。當(dāng)利用所述切割裝置切割物質(zhì)時，由于存在例如介質(zhì)滯后和渦流等現(xiàn)象，被切割物質(zhì)內(nèi)的電阻會產(chǎn)生熱效應(yīng)，不受控制的等離子體電弧會引起物質(zhì)的燃燒或揮發(fā)。最后這兩種現(xiàn)象就會引發(fā)一種可造成能夠切割物質(zhì)的已知為透熱效應(yīng)的物理反應(yīng)，所以該方法的使用受到了一定的限制，這是由于其具有以下缺點由于所發(fā)生的燃燒和炭化作用而對切割路徑之外的物質(zhì)會造成損害，還常常引起難聞的煙氣。典型的電切割裝置的低效率性表現(xiàn)為在切割端頭產(chǎn)生切割效應(yīng)需要通常大于50瓦特的功率。典型電切割或外科透熱所需的相對高的輸出功率是這些裝置的低效率的輔助原因，因為它們是在傳統(tǒng)的電阻透熱法和不穩(wěn)定、不可控制的、散焦的等離子體電弧放電結(jié)合的基礎(chǔ)上進(jìn)行操作的，而這種散焦的等離子體電弧是一種不協(xié)調(diào)的等離子體的形式。
也可以利用激光來切割，但是，激光切割價格不菲而且需要很大的系統(tǒng)輸入能以產(chǎn)生足夠功率的激光束以切割物體。激光已應(yīng)用于發(fā)生等離子體以及用于諸如微電子領(lǐng)域的蝕刻等方面。
等離子體電弧放電可以在諸如焊接電弧、火花塞電弧、閃電電弧、氖光燈、熒光燈以及外科透熱電弧等領(lǐng)域中出現(xiàn)。無控的電弧放電本身是不協(xié)調(diào)的等離子體流的一種形式，表現(xiàn)為無控制的等離子體內(nèi)的電離原子粒子的湍流以及相當(dāng)級別的等離子體內(nèi)的原子粒子擾動。等離子體電弧內(nèi)的原子粒子湍流代表一種類型的原子粒子擾動，而且原子粒子擾動的無控制性造成大量的能量泄露至預(yù)定切割路徑之外的物體中，從而產(chǎn)生過熱。當(dāng)利用經(jīng)典的電切割或者外科透熱而出現(xiàn)意外的電弧放電時會產(chǎn)生這種巨大程度的過熱。這種能量泄漏入圍繞預(yù)定切割物體的路徑的物質(zhì)中會引起能量暴露，并對周圍的物質(zhì)構(gòu)成損害。僅僅降低切割尖端功率，因為不能大大地減少構(gòu)成等離子體電弧的電離原子粒子湍流，所以其本身不能顯著地改善等離子體原子粒子的擾動。此外，本發(fā)明利用一系列物理化學(xué)原理以最小化經(jīng)典不協(xié)調(diào)等離子體電弧放電的原子粒子擾動，并且控制由本裝置所產(chǎn)生的等離子體的物理特性。本發(fā)明通過減少等離子體云內(nèi)的原子粒子的湍流而使不協(xié)調(diào)等離子體電弧放電最小化，由此大大減小等離子體云中的原子粒子擾動，從而產(chǎn)生協(xié)調(diào)等離子體云。協(xié)調(diào)等離子體以更有控制、有效和安全的方式進(jìn)行切割，因為協(xié)調(diào)等離子體云中的原子粒子成分以更穩(wěn)定、平衡和受控制的狀態(tài)存在，比不協(xié)調(diào)等離子體更加有序而且原子粒子湍流更少。通過利用物理學(xué)的收聚效應(yīng)，根據(jù)本發(fā)明的協(xié)調(diào)等離子體云進(jìn)一步被壓縮、控制、構(gòu)形并整形。然后本發(fā)明的壓縮等離子體云因磁瓶現(xiàn)象和向心電場作用而被俘獲和控制，所述向心電場力作用以將等離子體粒子向內(nèi)推向激發(fā)的發(fā)生器切割端頭；這兩個原理對于物理學(xué)界是公知的并且應(yīng)用于例如核物理等領(lǐng)域。與經(jīng)典的電子切割和外科透熱切割裝置相反，我們的裝置利用協(xié)調(diào)受控的等離子體云而不是經(jīng)典的電阻透熱法來進(jìn)行切割。
因此，本發(fā)明的目的和優(yōu)點為(a)提供一種切割裝置，其利用廉價的電子射頻信號發(fā)生器，放大器、阻抗匹配及輸出調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)、和發(fā)射探頭來產(chǎn)生、放大、調(diào)節(jié)和發(fā)射電磁波。
(b)利用一個實心、非中空的導(dǎo)電射頻發(fā)射探頭來產(chǎn)生、維持和控制等離子體。但在設(shè)計中發(fā)射探頭也可以是完全中空或部分中空的。
(c)利用一種相對于目前使用中的其他電切割方法需要更低的系統(tǒng)輸入能量的電子電磁場發(fā)生器系統(tǒng)來產(chǎn)生等離子體切割刀片，所述系統(tǒng)的平均輸入功率甚至可以低至2瓦特。所述系統(tǒng)所需的系統(tǒng)輸出能量也比目前使用中的其他電切割方法所需的輸出能量低，所述系統(tǒng)的平均輸出功率甚至可低至1瓦特。
(d)在不需要將如等離子體腔中等離子體吹焰器和刻蝕系統(tǒng)的等離子體發(fā)生裝置中所采用的將一種可離子化的氣體噴注入切割區(qū)域中的情況下就可形成切割等離子體云。
(e)通過對來自本發(fā)明中所述電磁發(fā)生器系統(tǒng)的能量進(jìn)行調(diào)節(jié)并使之與包圍并覆蓋在有源發(fā)射器切割電極端頭的等離子體云阻抗匹配，來產(chǎn)生協(xié)調(diào)等離子體云，使其中的原子粒子擾動及湍流大大低于其他等離子體切割裝置中的擾動及湍流。
(f)通過使來自本發(fā)明中所述電磁發(fā)生器系統(tǒng)的能量與包圍并覆蓋有源切割電極端頭的等離子體云中的原子粒子振蕩諧頻和頻率達(dá)到頻率匹配而產(chǎn)生協(xié)調(diào)等離子體云，使得其中的原子粒子擾動及湍流大大低于其他等離子體切割裝置中的擾動及湍流。
(g)通過使本發(fā)明中所述電磁發(fā)生器系統(tǒng)的輸出功率與激發(fā)和維持協(xié)調(diào)等離子體云所需功率達(dá)到功率匹配而產(chǎn)生協(xié)調(diào)等離子體云，使得其中的原子粒子擾動及湍流大大低于其他等離子體切割裝置中的擾動及湍流。
(h)使該電磁波形發(fā)生器能量以緊密耦合且高效的方式轉(zhuǎn)化為等離子體云，所述等離子體云包圍并覆蓋有源發(fā)射器切割電極端頭，以此來降低激發(fā)和維持包圍該有源發(fā)射器切割電極端頭的協(xié)調(diào)等離子體云所需的射頻發(fā)生器/放大器的輸出功率。
(i)利用公知的物理學(xué)的收聚效應(yīng)原理來收聚、壓縮和成形覆蓋在有源發(fā)射器切割電極端頭周圍的協(xié)調(diào)等離子體云。
(j)利用公知的物理學(xué)的磁瓶效應(yīng)原理和向心電場力以將等離子體粒子向內(nèi)推向激發(fā)的發(fā)生器端頭，從而俘獲和容納協(xié)調(diào)等離子體云而不需要使用實心物質(zhì)限制容器來包含等離子體云。這樣就可避免在有源發(fā)射器切割電極端頭附近使用中空的等離子體保持腔了。
(k)利用物理化學(xué)的隧道效應(yīng)原理使有源發(fā)射器切割電極端頭所發(fā)射的電磁波反射離開協(xié)調(diào)等離子體云周圍的物質(zhì)，且由此使電磁波反射回到包圍該受激發(fā)發(fā)射切割電極端頭的協(xié)調(diào)等離子體云中。以這種方式，我們就可利用隧道效應(yīng)來產(chǎn)生電磁屏蔽，從而使與預(yù)定的切口路徑之外的物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)并穿入其中的所發(fā)射的電磁輻射量最小。這一系統(tǒng)就可使電磁輻射泄露所造成的潛在的負(fù)作用最小化。而且反射回到等離子體云中的電磁輻射將進(jìn)一步激發(fā)協(xié)調(diào)等離子體云，這樣就可進(jìn)一步減少電磁波發(fā)生器系統(tǒng)為了維持等離子體云進(jìn)行有效切割而需要的輸出能量。
(l)通過使用密集收聚在有源發(fā)射器切割電極端頭周圍的協(xié)調(diào)等離子體云，使切割等離子體的動能集中到更窄的切割路徑從而可以在物質(zhì)中產(chǎn)生不連續(xù)的、整齊的切口，還可使對預(yù)定的切口路徑之外的物質(zhì)造成的擠壓或負(fù)作用最小化。
(m)提供例如小刀和金屬刀片等純物理能量切割技術(shù)之外的另一種可選技術(shù)，同時還能提供一種比目前可獲得的其他切割形式效率更高、效果更好、準(zhǔn)確性更高、更整齊的切割裝置。
(n)可提供一種比市售的諸如激光等高科技切割裝置更廉價的切割裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所述裝置是一種特別調(diào)諧射頻發(fā)生器和功率放大器系統(tǒng)。本發(fā)明既不需要對發(fā)射器切割電極端頭進(jìn)行極其復(fù)雜的設(shè)計，也不需要例如托卡馬克(tokamak)或者回旋加速器等精密等離子體控制裝置。由本發(fā)明所述系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁波是一種輻射電磁能的方式，且由本系統(tǒng)的有源發(fā)射器切割電極端頭發(fā)射出去。所述輻射電磁能經(jīng)過特別調(diào)節(jié)，可與有源發(fā)射器切割電極端頭與待切割物質(zhì)間的界面處的原子和分子相互作用。輻射電磁能與切割電極端頭表面處的原子和分子之間的相互作用包括可使有源切割電極端頭和要切割物質(zhì)界面處原子的電子脫離其原子軌道的光電效應(yīng)和熱離子化效應(yīng)。輻射能量可對沿有源發(fā)射器切割電極端頭表面處的電子和離子進(jìn)行激發(fā)。這一過程的結(jié)果是使原子轉(zhuǎn)變成具有更高能量的離子和電子。自由的帶電原子粒子在空間中快速移動，直至與電極界面處的其他原子的電子相碰撞，而使另外的電子脫離其原子軌道。重復(fù)這一過程便形成了被稱為雪崩效應(yīng)的帶電原子粒子撞擊的連鎖反應(yīng)，這種雪崩效應(yīng)有助于激發(fā)沿有源發(fā)射器切割電極端頭表面形成等離子體云。本發(fā)明中所述裝置與包圍在有源發(fā)射器切割電極端頭周圍的等離子體云阻抗匹配、頻率匹配、功率匹配且兩者相調(diào)諧。本發(fā)明中所述裝置對所產(chǎn)生的電磁波進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使能量以緊密耦合且高效的方式轉(zhuǎn)化為等離子體云，這樣就可使電磁能量向等離子體云的轉(zhuǎn)換效率最大化，使輻射電磁能量進(jìn)入預(yù)期切口路徑周圍的物質(zhì)中的能量損失最小化。利用物理化學(xué)原理來控制等離子體云的形狀和特性，包括降低等離子體云中原子粒子的擾動度。本發(fā)明所述裝置以此方式來形成可將能量聚集到預(yù)定的切口路徑上的協(xié)調(diào)可控等離子體，而不同于在典型電切割或外科透熱裝置中所見到的腐蝕性的不協(xié)調(diào)的等離子體電弧放電。這種協(xié)調(diào)(harmonious)等離子體云比典型電切割或外科透熱系統(tǒng)表現(xiàn)出更低的原子粒子擾動而其切割效率卻比典型電切割或外科透熱系統(tǒng)高。


圖1示出在切割發(fā)射探頭系統(tǒng)與要切入的物質(zhì)之間采用電容耦合的等離子體切割裝置。
圖2示出在切割發(fā)射器探頭系統(tǒng)與要切入的物質(zhì)之間采用電阻耦合的等離子體切割裝置。
具體實施例方式
圖1和圖2所示為本發(fā)明所述的等離子體切割裝置的一種典型實施例?？刹捎美缤〝喟粹o或通斷開關(guān)(14)等裝置的射頻開關(guān)(12)來實現(xiàn)對射頻信號發(fā)生器(10)的輸出信號的接通和斷開。射頻信號發(fā)生器的輸出信號通過一個信號門(20)從動于一個脈沖串式工作循環(huán)發(fā)生器(16)或連續(xù)式自激發(fā)生器(18)。突發(fā)式或連續(xù)式射頻輸出信號接著通過一個功率放大器(22)被放大。功率放大器的輸出信號接著經(jīng)過一個阻抗匹配及輸出調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)(24)的調(diào)節(jié)后而被引入到一個有源切割發(fā)射器機(jī)頭(26)中。當(dāng)受激時，切割發(fā)射器機(jī)頭(26)遠(yuǎn)端處的切割電極端頭(28)的周圍就形成了等離子體云，就是利用所形成的等離子體云來定位對要切割的物質(zhì)(32)進(jìn)行切割的路徑?？梢酝ㄟ^一個電容耦合盤(30)或一個電阻耦合電極(34)來將要切割的物質(zhì)(32)耦合到等離子體切割系統(tǒng)處。盡管可以采用部分空或全空的切割電極端頭，但該受激發(fā)的切割電極端頭(28)最好采用一個實心的非空導(dǎo)體。最好將該切割電極端頭(28)設(shè)計成直線或曲線形，但是切割電極端頭(28)的形狀設(shè)計不必受限制，甚至可以設(shè)計成一環(huán)狀或多角狀。
本發(fā)明的切割物質(zhì)的裝置不同于所有的現(xiàn)有的用于切割物質(zhì)的裝置。使用通斷按鈕/通斷開關(guān)(14)來實現(xiàn)對射頻開關(guān)(12)的激發(fā)和退激。以此來調(diào)整射頻信號發(fā)生器(10)輸出信號的傳輸。進(jìn)一步控制射頻信號發(fā)生器的輸出信號，以便通過一個脈沖串式工作循環(huán)發(fā)生器(16)或一個連續(xù)式自激發(fā)生器(18)來啟動或去啟動其傳輸。輸出信號經(jīng)過一個功率放大器(22)被放大，接著受到一個阻抗匹配及輸出調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)(24)的調(diào)節(jié)。輸出信號接著被導(dǎo)入切割發(fā)射器機(jī)頭(26)。通過一個電容耦合盤(30)或一個電阻耦合電極(34)將要切割的物質(zhì)(32)耦合到本發(fā)明中所述裝置上。輸出信號通過一個切割電極端頭(28)而從等離子體切割裝置發(fā)射出去，并形成圍繞而在切割電極端頭(28)的等離子體云。這種等離子體覆層能夠與物質(zhì)的原子和分子發(fā)生反應(yīng)，以定位對要切割的物質(zhì)(32)進(jìn)行切割的路徑。
本發(fā)明所述系統(tǒng)類似于與大氣中空氣阻抗相匹配的標(biāo)準(zhǔn)的射頻發(fā)射系統(tǒng)，但是本發(fā)明中所述系統(tǒng)是與受激發(fā)切割電極端頭(28)周圍的協(xié)調(diào)等離子體云阻抗匹配、頻率匹配、功率匹配且相調(diào)諧的系統(tǒng)。盡管本發(fā)明中所述系統(tǒng)類似于其他的電磁波發(fā)射系統(tǒng)，但該系統(tǒng)中以某種形式合并采用了許多種物理及化學(xué)原理，這種形式允許我們創(chuàng)建一種新的裝置以獲得對物質(zhì)有規(guī)則且有效的切割。
在本發(fā)明所述裝置的有源切割電極端頭(28)周圍產(chǎn)生協(xié)調(diào)等離子體形成了可見的有序的等離子體云，該等離子體云可以由本發(fā)明中所述的等離子體切割系統(tǒng)所激發(fā)、維持和改變。與其他等離子體切割系統(tǒng)相比，本發(fā)明中所述裝置中的包圍在受激發(fā)的切割電極端頭(28)周圍的協(xié)調(diào)等離子體還表現(xiàn)出在等離子體云中的原子粒子擾動及湍流大大降低，因此本裝置具有明顯不同的電子特性。
本裝置中的等離子體云所具有的協(xié)調(diào)特性使得能量可以更好地聚集在要切割的路徑上，而僅有較少的能量溢出到要切割的路徑之外。因此與典型的電切割系統(tǒng)相比，本裝置可以在對預(yù)定的切口路徑之外的物質(zhì)形成更少擠壓的情況下獲得一種更整齊、更精確、更大功率以及更有效的切口。
盡管等離子體是宇宙中最普通的物質(zhì)形態(tài)，但它是在地球上的四種物質(zhì)中最難找到的一種。地球上存在的等離子體的例子有焊弧、火花弧、氖光電弧、閃電放電周圍的電弧以及在電切割或外科透熱中見到的不受控制的弧光、腐蝕性的等離子體電弧。等離子體也用于例如半導(dǎo)體刻蝕等領(lǐng)域中，但所利用的等離子體是由例如激光或精致的等離子體刻蝕腔等昂貴的高能量消耗系統(tǒng)所產(chǎn)生的。我們利用典型的電切割或外科透熱裝置所表現(xiàn)出的原子粒子擾動及湍流水平來作為定義等離子體中的原子粒子湍流或擾動度增加或減小的一個相對標(biāo)準(zhǔn)。
本發(fā)明中所述系統(tǒng)是采用一種不昂貴的電子射頻發(fā)生器/放大器系統(tǒng)來產(chǎn)生、調(diào)節(jié)以及發(fā)射來自一個切割電極端頭(28)的連續(xù)式或突發(fā)的電磁場。脈沖式電磁場的周期時間可以變化，脈沖式的每個完整的通斷周期可以小到0.000001秒。這種電磁場發(fā)生器系統(tǒng)的具體參數(shù)很大程度上是由沿著切割電極端頭(28)和要切入的物質(zhì)(32)之間的界面的原子粒子組成來決定的。本系統(tǒng)利用沿切割電極端頭(28)和要進(jìn)行切割的物質(zhì)(32)之間界面處的原子而產(chǎn)生等離子體云，這完全不同于將一種可離子化氣體注入到切割區(qū)域中然后再激發(fā)注入的氣體并使其轉(zhuǎn)化成等離子體。但是本發(fā)明中所述等離子體切割系統(tǒng)可以在切割電極端頭(28)的區(qū)域內(nèi)注入一些補(bǔ)充性的可離子化氣體，以便于加強(qiáng)切割過程。本發(fā)明并不需要用于發(fā)射器切割電極端頭的復(fù)雜的設(shè)計，也不需要例如托卡馬克或回旋加速器等精細(xì)的等離子體控制裝置。
本系統(tǒng)所產(chǎn)生的電磁波是一種輻射形式的電磁能量且可從本系統(tǒng)的有源切割電極端頭(28)發(fā)射出去。還特別將輻射電磁能調(diào)節(jié)為可與有源切割電極端頭(28)表面上的原子和分子發(fā)生作用。由等離子體切割電極端頭(28)處的原子粒子作用及動力作用所間接產(chǎn)生的電磁頻率在實現(xiàn)本系統(tǒng)的功能及效果方面起到了重要作用。所產(chǎn)生的基本電磁波的諧頻常常在實現(xiàn)本系統(tǒng)的功能、動力學(xué)效果方面起到重要作用。該輻射電磁能與原子和分子間的作用包括熱離子化和光電作用，這些作用使得在要切入的物質(zhì)(32)和切割電極端頭(28)之間界面處原子中的電子脫離其所處的原子軌道。這一過程就使得原子和分子轉(zhuǎn)變成離子和自由電子。自由的帶電原子粒子在空間中移動，直至與其他的電極表面原子發(fā)生碰撞，由此會將更多的電子撞出其原子軌道。重復(fù)這一過程，便形成了被稱為雪崩效應(yīng)的帶電原子粒子撞擊的連鎖反應(yīng)，這種雪崩效應(yīng)參與了有源切割電極端頭(28)表面的等離子體云的形成過程。
本發(fā)明中所述裝置與切割電極端頭(28)周圍的等離子體云阻抗匹配、頻率匹配、能量匹配且兩者相調(diào)諧。本裝置對發(fā)射的電磁波形進(jìn)行調(diào)節(jié)以能夠以高耦合度、高效率地將能量轉(zhuǎn)換成等離子體，以便于將來自切割電極端頭(28)的能量最大程度地轉(zhuǎn)換成等離子體云，而使進(jìn)入預(yù)定的切口路徑周圍物質(zhì)內(nèi)的電磁輻射能量損失最小。利用物理化學(xué)原理來控制等離子體云的形狀和特性，包括調(diào)整等離子體云中的原子粒子湍流。本發(fā)明中所述裝置以這種方式產(chǎn)生了可將能量聚集在預(yù)定的切口路徑上的協(xié)調(diào)的可控等離子體，這完全不同于在典型電切割或外科透熱裝置中所見到的腐蝕性的不協(xié)調(diào)等離子體電弧放電。這種協(xié)調(diào)等離子體云具有比典型的電切割或外科透熱系統(tǒng)更低的原子粒子湍流，因此本發(fā)明中所述系統(tǒng)可以完成比典型的產(chǎn)生不協(xié)調(diào)等離子體電弧放電的電切割或外科透熱系統(tǒng)效率更高的切割作用。
利用電磁場來調(diào)整原子粒子的順序擴(kuò)展到電子、物理和化學(xué)領(lǐng)域。在現(xiàn)代科技甚至包括用于發(fā)電的渦輪發(fā)電機(jī)中都經(jīng)常利用電磁場來使原子粒子更有序。同樣核磁共振(NMR)裝置也利用了磁場來使隨機(jī)排列的原子粒子(原子粒子的擾動或湍流較高)變成定位在磁場平面內(nèi)的原子粒子(原子粒子的擾動或湍流較低)。與此類似，本發(fā)明中所述裝置也是利用具有阻抗匹配、頻率匹配、能量匹配及相調(diào)諧的電磁波來激發(fā)、維持和調(diào)節(jié)切割電極端頭(28)周圍的等離子體云，以及降低等離子體中原子粒子的無序和擾動。這樣，調(diào)節(jié)本發(fā)明中包圍切割電極端頭(28)的等離子體云中的原子粒子，以便它們具有比典型電切割系統(tǒng)中的等離子體電弧放電中所具有的更低的原子粒子擾動度和更高程度的粒子有序性，因此本發(fā)明中所述裝置可以形成協(xié)調(diào)的等離子體云。
我們可以把典型電切割或外科透熱裝置所表現(xiàn)出來的原子粒子湍流及擾動水平作為一個用來確定和表示等離子體中的原子粒子湍流或擾動度是增大還是減小的相對標(biāo)準(zhǔn)或基線。
電磁波頻率效應(yīng)與電磁波功率或場強(qiáng)是彼此相關(guān)的且呈現(xiàn)動態(tài)的變化。核磁共振指出當(dāng)原子粒子的進(jìn)動頻率和輻射電磁能的頻率發(fā)生共振時，進(jìn)動的原子粒子可以吸收輻射的電磁能量。換句話說，核磁共振表明當(dāng)原子粒子與輻射電磁波頻率相匹配時就會發(fā)生對電磁能量的充分吸收。本發(fā)明中所述裝置也表明關(guān)于本發(fā)明的發(fā)射電磁波與組成切割電極端頭(28)周圍等離子體云的原子粒子特性之間頻率匹配重要性的一種類似的關(guān)系。
核磁共振還指出原子粒子進(jìn)動頻率可能與原子粒子所處磁場強(qiáng)度直接相關(guān)。因此所采用的磁場越強(qiáng)，則達(dá)到能量充分吸收所需的共振所需要的電磁場頻率就越高。同樣地，當(dāng)我們從赤道向北極或南極的任一個地球磁極移動時，地球電離層的“D”和“E”層中的電子回轉(zhuǎn)頻率就會增加。這一原理與本發(fā)明中所述裝置所表現(xiàn)的場強(qiáng)和電磁頻率之間的關(guān)系進(jìn)而使其所發(fā)射的電磁波與組成切割電極端頭(28)周圍等離子體云的原子粒子間的功率匹配和頻率匹配中所包含的科學(xué)原理相同。但是，本發(fā)明所述電磁場發(fā)生器系統(tǒng)所具有的各個參數(shù)大體上可隨要切入的不同類型的具體物質(zhì)而變化，主要取決于沿切割電極端頭(28)和要切入的物質(zhì)(32)間界面中的原子粒子組成情況。
在所發(fā)射的電磁波與發(fā)射元件周圍的分子組成之間存在著很強(qiáng)的相關(guān)性。無線電報員Ham利用了一個被稱為駐波比的度量單位來表征發(fā)入大氣中的電磁波功率的百分比。Ham無線電單元可以對其所發(fā)射的電磁波進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使發(fā)射到大氣中的電磁能量的比最大化。本發(fā)明中所述裝置與此相類似，這是由于該裝置通過阻抗匹配與輸出調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)來使所發(fā)射的電磁輻射最大化，其中所述的阻抗匹配與輸出調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)可使電磁波能量以緊密耦合的高效率方式轉(zhuǎn)換成包圍在切割電極端頭(28)周圍的等離子體云。以這種方式，本發(fā)明中所述裝置就可有效地將輻射電磁能轉(zhuǎn)換成切割電極端頭(28)周圍的等離子體云。
弧光是不協(xié)調(diào)等離子體流的一種形式，表示在等離子體中存在著不受控制的湍流的離子化的原子粒子流，由此便增加了等離子體中的擾動及湍流程度。由例如核磁共振(NMR)等其他領(lǐng)域中可看出僅僅通過減小切割端功率本身是不可能大大改進(jìn)等離子體的協(xié)調(diào)性的，這是因為這種方法不會大大降低組成等離子體電弧放電的離子化原子粒子流的湍流或擾動。與物質(zhì)的其他形式相同，等離子體具有包含大范圍的溫度、密度、流動性、原子粒子成份等各種物理特性。在地球上的例如焊弧、火花弧、閃電弧光、電切割或外科透熱弧光等很多領(lǐng)域中都會發(fā)現(xiàn)等離子體電弧放電。典型電切割等離子體電弧中的原子粒子湍流的大體強(qiáng)度就代表著一種形式的升高的原子粒子擾動度其中原子粒子擾動所具有的不受控制的特性是由等離子體云中湍流的原子粒子流所造成的。這種形式的等離子體就是不協(xié)調(diào)的等離子體，當(dāng)利用來切割時就會造成大量發(fā)熱或出現(xiàn)大量能量溢出到預(yù)定的切口路徑之外的物質(zhì)中去。溢出到預(yù)定的切口路徑之外物質(zhì)中的能量會造成能量暴露、熱暴露，還會對周圍物質(zhì)造成損壞。本發(fā)明中所述裝置通過大大降低等離子體云中的原子粒子湍流而使典型等離子體電弧放電最小化，并由此產(chǎn)生出協(xié)調(diào)的等離子體云。
隨著電磁場穿過受激發(fā)的切割電極端頭(28)周圍的協(xié)調(diào)等離子體的薄層，電磁場會緩慢地降低其幅度。最后，電磁場將完全穿過等離子體云而接觸到預(yù)定的切口路徑之外的物質(zhì)，也就是在切割等離子體云周圍的物質(zhì)。按照物理化學(xué)的隧道效應(yīng)原理，所產(chǎn)生的電磁波會遇到與其頻率不協(xié)調(diào)且阻抗不匹配的壁壘，電磁波的大部分剩余能量就會反射回到協(xié)調(diào)的等離子體云中。反射回去的電磁能量將進(jìn)一步激發(fā)等離子體云中的分子粒子，這樣就可減少必須由電磁波發(fā)生器系統(tǒng)所發(fā)射的輸出能量。這一過程也會使總的電磁輻射量中透射到預(yù)定切口路徑之外的物質(zhì)、與之反應(yīng)且對該物質(zhì)存在潛在輻射泄露的電磁輻射的百分比達(dá)到最小化。
可利用本裝置中所產(chǎn)生的磁場向心力來控制協(xié)調(diào)等離子體云的原子粒子與受激的切割電極端頭(28)表面之間的距離。該電離粒子沿螺旋線在電場中行進(jìn)，同時單個的電離粒子可同時振蕩、振動、自旋和/或進(jìn)動。另外，在本發(fā)明所述裝置中還用到了在例如等離子體物理等領(lǐng)域中已采用了多年的收聚效應(yīng)。我們就可以此方式通過利用實心的或中空的發(fā)射器切割電極端頭(28)來對協(xié)調(diào)等離子體云進(jìn)行壓縮、定形、整形和控制。我們還可利用在例如核物理中已采用了的磁瓶效應(yīng)來捕集和容納經(jīng)壓縮的等離子體云，而不需要實心物質(zhì)容器了，這樣就可避免使用中空或帶有空腔的切割端探頭來俘獲和控制等離子體云了。通過增加協(xié)調(diào)等離子體云中的原子粒子的密度就可大大增加等離子體云功率密度，進(jìn)而就可以改進(jìn)等離子體云的切割效率及其功率。
另外，通過壓縮等離子體云就可大大減小等離子體云的橫截面直徑，進(jìn)而就可減小預(yù)定的切口路徑的寬度，同時還可使對預(yù)定的切口路徑之外的物質(zhì)造成的負(fù)作用或潛在反向擠壓最小化。一旦切斷電磁波發(fā)生器系統(tǒng)的電源，協(xié)調(diào)等離子體云的能量水平就可迅速衰減到使組成等離子體云的原子粒子無法維持在公知的等離子體云物質(zhì)狀態(tài)的點。
因此，讀者將會發(fā)現(xiàn)使用一種特別調(diào)諧的電磁波來發(fā)生協(xié)調(diào)的等離子體，該等離子體可以具有受控的外形、輪廓，功率密度以及物理特性，以允許我們產(chǎn)生一種更加高效、更多控制的、更少毒性的，以及更加降低成本的切割物質(zhì)的方法。
然而傳統(tǒng)的電切割和外科透熱裝置使用低效率的傳統(tǒng)電阻透熱法來切割物質(zhì)，而我們的射頻發(fā)生器系統(tǒng)利用其控制的，發(fā)射的功率來產(chǎn)生并維持一個稀薄的協(xié)調(diào)等離子體，該等離子體覆蓋切割電極端頭。因此，我們的發(fā)明較傳統(tǒng)電阻電切割或者外科透熱系統(tǒng)需要的能量更少。本發(fā)明的切割是通過覆蓋切割電極端頭的協(xié)調(diào)等離子體云與待切割物質(zhì)的相互作用而實現(xiàn)的。實際上，對物質(zhì)的切割是通過受控的、協(xié)調(diào)的圍繞受激切割電極端頭的等離子體原子粒子云而實現(xiàn)的。并且，我們的等離子體切割裝置具有以下優(yōu)點該裝置可以實現(xiàn)低成本產(chǎn)生等離子體；該裝置可以有效地產(chǎn)生等離子體；該裝置可以實現(xiàn)可控等離子體的發(fā)生；該裝置可以實現(xiàn)產(chǎn)生可以切割堅硬物質(zhì)的等離子體；該裝置利用已知的物理原理來將輻射電磁能最大化地轉(zhuǎn)變成發(fā)生的等離子體云；該裝置利用已知的科學(xué)原理來實現(xiàn)輻射的射頻能量與其自身可能振蕩、振動、自旋、和/或進(jìn)動的原子粒子相互作用，并激發(fā)和激勵這些原子粒子；該裝置與利用傳統(tǒng)等離子體切割裝置相比，能夠產(chǎn)生具有更低的原子粒子的擾動以及較低的湍流的等離子體，因此實現(xiàn)協(xié)調(diào)等離子體的發(fā)生；該裝置對物質(zhì)進(jìn)行切割時在切割路徑中產(chǎn)生更窄的通道；該裝置利用物理化學(xué)的隧道效應(yīng)原理對物質(zhì)進(jìn)行切割，從而屏蔽預(yù)期切口路徑之外的物質(zhì)免于電磁輻射，因此免去了利用各種形式的物質(zhì)構(gòu)成屏蔽的需要；
該裝置利用向心的電場力和磁場力來俘獲在切割電極端頭的周圍所產(chǎn)生的等離子體；該裝置利用收聚效應(yīng)來壓縮、定形(contour)并且控制等離子體云的形狀和密度，從而不需要使用大容積的腔室來容納所發(fā)生的等離子體云；該裝置不需要極其復(fù)雜的發(fā)射器切割電極端頭的設(shè)計；該裝置不需要例如托卡馬克或回旋加速器等精細(xì)的等離子體控制裝置或燃燒室；并且對物質(zhì)進(jìn)行的切割是廉價的、整齊、有效、安全以及可控制的。
盡管上述等離子體切割裝置可以應(yīng)用于多種不同類型的物質(zhì)，但是本發(fā)明也公開了以下的用于切割視覺組織(特別是在囊切開術(shù)過程中)的最佳工作參數(shù)

本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該注意為實現(xiàn)對其他類型的物質(zhì)(即除視覺組織以外的物質(zhì))進(jìn)行正確的切割，必須進(jìn)行經(jīng)驗的計算以確定對于各種類型的物質(zhì)的上述數(shù)值。首先，通常需要標(biāo)準(zhǔn)散焦不協(xié)調(diào)的等離子體電弧作為初始基準(zhǔn)等離子體場。由于從電子設(shè)備向預(yù)定切割路徑所轉(zhuǎn)換的功率效率不高，因此這個初始等離子體可能需要高的功率級(例如平均功率50-500W)。然后，頻率、阻抗以及系統(tǒng)功率的經(jīng)驗關(guān)聯(lián)變化將允許科學(xué)家得到正確的變量組合，該正確的變量組合提供對預(yù)定切割路徑的最大效率的功率轉(zhuǎn)化，以及生成可維持的協(xié)調(diào)等離子體云。當(dāng)改變一個變量(例如頻率)并且已發(fā)現(xiàn)最佳級別時，則改變第二變量(例如輸出阻抗)的值，然后根據(jù)改進(jìn)的能量轉(zhuǎn)化和等離子體云的改進(jìn)特性而改變第三變量(例如輸出功率)的值。頻率、阻抗和功率參數(shù)可以通過使用射頻發(fā)生器10、工作循環(huán)發(fā)生器16、18以及調(diào)整網(wǎng)絡(luò)24而改變。上述過程可以重復(fù)多次，直到產(chǎn)生理想的“協(xié)調(diào)”等離子體為止。
本發(fā)明涉及在經(jīng)驗的基礎(chǔ)上使電子系統(tǒng)達(dá)到與未精制的等離子體云阻抗匹配、功率匹配以及頻率匹配，該等離子體云經(jīng)過經(jīng)驗地改進(jìn)并且精制成一種“協(xié)調(diào)的”等離子體云。例如，太小的系統(tǒng)功率將引起等離子體云的消滅，而太大的系統(tǒng)功率引起等離子體云“協(xié)調(diào)”特性降低并且變得有爆炸性且不受控制。當(dāng)接近適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)參數(shù)時，系統(tǒng)功率條件將降低，而協(xié)調(diào)等離子體云的完整性將提高。精制的“協(xié)調(diào)”等離子體云可以用電子儀器直觀地觀察到(即通過一個高分辨率的顯微鏡)。
盡管上述說明包括許多說明，但是不應(yīng)將這些說明解釋為對于本發(fā)明的范圍的限制，而僅是對于本發(fā)明的優(yōu)先實施例提供的一些解釋。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)該由后附的權(quán)利要求和合法的同族專利，而不是某個實例來限定。
權(quán)利要求
1.一種用等離子體切割物質(zhì)的裝置，包括產(chǎn)生射頻能量的裝置；調(diào)節(jié)上述射頻能量的裝置；將上述調(diào)整的射頻能量饋入發(fā)射器切割電極端頭；利用上述調(diào)節(jié)的射頻能量從上述發(fā)射器切割電極端頭的表面產(chǎn)生向外的電磁場的裝置，從而產(chǎn)生并維持一個圍繞發(fā)射器切割電極端頭的等離子體云，所述等離子體云是通過利用上述調(diào)節(jié)的射頻能量激發(fā)沿上述有源發(fā)射器切割電極端頭和要進(jìn)行上述切割的物質(zhì)之間界面處的原子粒子而產(chǎn)生和維持的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述產(chǎn)生射頻能量的裝置包括一個射頻信號發(fā)生器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述調(diào)節(jié)上述射頻能量的裝置包括通過一個信號門將射頻能量耦合到一個脈沖串式工作循環(huán)發(fā)生器的裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述產(chǎn)生電磁場的裝置包括產(chǎn)生連續(xù)電磁波形的裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，所述裝置還包括耦合到所述信號門的具有固定或者可變增益的功率放大器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述調(diào)節(jié)所述射頻能量的裝置包括引導(dǎo)所述射頻能量通過阻抗匹配和輸出調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)，以便使從發(fā)生器切割電極端頭發(fā)射的信號最大化，同時使反射回所述裝置的信號最小化的裝置，其中，所述網(wǎng)絡(luò)限制并調(diào)節(jié)射頻能量信號特性。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述產(chǎn)生電磁場的裝置包括在將調(diào)節(jié)的射頻能量發(fā)射到上述切割電極端頭之前，通過波導(dǎo)將調(diào)節(jié)的射頻能量發(fā)送入切割發(fā)射器裝置的裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述發(fā)射器切割電極端頭包括一個實心的導(dǎo)體或者半導(dǎo)體元件。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述有源發(fā)生器切割電極端頭包括一個線性或者基本呈曲線的元件。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述調(diào)節(jié)所述射頻能量的裝置包括使所述電磁場與所述等離子體云阻抗匹配、頻率匹配、功率匹配以及使兩者相調(diào)諧。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置還包括將來自所述有源發(fā)生器切割電極端頭的所述調(diào)節(jié)射頻能量有效轉(zhuǎn)換成沿所述發(fā)生器切割電極端頭表面的等離子云中的所述原子粒子的裝置，由此降低等離子體切割裝置的功率要求。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述調(diào)節(jié)所述射頻能量的裝置包括用于匹配系統(tǒng)輸出功率、所述電磁場頻率、以及所述電磁場阻抗的裝置，以使所述等離子體切割裝置大體上與所述沿所述切割電極端頭的所述表面處的原子粒子相調(diào)諧，從而使所述等離子體切割裝置與切割路徑的原子粒子的例如原子粒子振蕩、振動、自旋以及進(jìn)動等特性相調(diào)諧，以產(chǎn)生并維持一個受控的等離子體云。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述調(diào)節(jié)射頻能量的裝置包括降低沿所述發(fā)射器切割電極端頭的表面處的等離子體云中所述原子粒子的湍流和擾動的裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述產(chǎn)生電磁場的裝置包括當(dāng)所述電磁場正沿預(yù)定的切割路徑切割物質(zhì)時可以實現(xiàn)將所述電磁場的總能以高的百分比轉(zhuǎn)化為所述等離子體云的裝置，并且該裝置在所述電磁場到達(dá)預(yù)定的切割路徑以外的物質(zhì)時禁止將所述電磁場的總能以高的百分比傳輸至所述等離子體云外圍的所述物質(zhì)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中由預(yù)定切割路徑之外的物質(zhì)所產(chǎn)生的所述電磁場的反射能量進(jìn)一步激勵所述等離子體云，由此進(jìn)一步降低為了產(chǎn)生和維持所述等離子體云而需要由所述切割電極端頭發(fā)射的總輸出功率。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中所述產(chǎn)生電磁場的裝置包括將圍繞所述預(yù)定切割路徑的物質(zhì)與所述等離子體切割裝置的所述電磁場的射頻能量屏蔽開的裝置，從而保護(hù)所述圍繞所述切割路徑的物質(zhì)免于曝露于電磁輻射中。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述產(chǎn)生電磁場的裝置包括為控制所述等離子體云中的原子粒子和所述有源發(fā)射器切割電極端頭的表面之間的距離而控制由所述切割電極端頭發(fā)射的電磁場的裝置。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述產(chǎn)生電磁場的裝置包括俘獲所述等離子體云并將其限制在所述切割電極端頭周圍的裝置，無需實心的(solid)物質(zhì)限制容器或者密閉腔。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述產(chǎn)生電磁場的裝置包括俘獲、壓縮、構(gòu)形、以及控制所述切割電極端頭周圍的所述等離子體云的形狀和密度的裝置。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述產(chǎn)生電磁場的裝置包括在降低所述等離子體云的截面直徑和降低對所述物質(zhì)的預(yù)定切割路徑的寬度的同時增加所述等離子體云的能量密度的裝置。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述產(chǎn)生電磁場的裝置包括根據(jù)系統(tǒng)要求并基于所述原子粒子的例如原子粒子進(jìn)動、原子粒子擾動、原子粒子自旋、以及原子粒子振蕩等特性的改變而選擇性地改變某些電磁場的例如上述阻抗、波形頻率以及系統(tǒng)輸出功率等特性的裝置。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述調(diào)節(jié)所述無線射頻能量涉及通過信號門將射頻能量耦合到連續(xù)式自激振蕩器。
23.根據(jù)權(quán)利要求3所述的還包括產(chǎn)生電磁場裝置的裝置，包括產(chǎn)生脈沖電磁波形的裝置。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述發(fā)射器切割電極端頭包括一個部分中空的電導(dǎo)體或者半導(dǎo)體元件。
25.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述有源發(fā)射器切割電極端頭包括環(huán)形的元件。
26.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中調(diào)節(jié)所述射頻能量的裝置包括一個信號門，放大器和一個調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)。
27.根據(jù)權(quán)利要求21所述的裝置，其中所述原子粒子特性包括由下述特性構(gòu)成的任一組原子粒子進(jìn)動、原子粒子振動、原子粒子自旋、原子粒子振蕩、原子粒子物理學(xué)和化學(xué)參數(shù)以及原子粒子構(gòu)成。
28.一種等離子體裝置包括射頻信號發(fā)生器；與射頻發(fā)生器的輸出相耦合的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)，用于產(chǎn)生調(diào)節(jié)的射頻能量；與調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)相連接的電極，其中將所述調(diào)節(jié)的射頻能量耦合到所述電極，用于在所述電極處產(chǎn)生并且維持一電磁場，所述電磁場與在所述電極附近的原子粒子聯(lián)合作用，以形成圍繞電極的等離子體云。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的等離子體裝置，其中形成所述等離子體云的等離子體沿電磁場的磁場線傳播。
30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的等離子體裝置，其中當(dāng)使所述電極與所述物質(zhì)接近時，將電磁場投入物質(zhì)中，通過所述電磁場與位于所述電極和所述物質(zhì)的界面處的原子粒子相互作用而形成所述等離子體云。
31.根據(jù)權(quán)利要求28所述的等離子體裝置，其中所述電極包括一個切割工具的部件，其中所述電極用于切割物質(zhì)。
32.根據(jù)權(quán)利要求28所述的等離子體裝置還包括連接于射頻發(fā)生器和調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)之間的一個信號門。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的等離子體裝置還包括連接于射頻發(fā)生器和調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)之間的一個放大器。
34.根據(jù)權(quán)利要求28所述的等離子體裝置，其中調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)改變電磁場的特性，以使電磁場與等離子體云阻抗匹配、頻率匹配、功率匹配以及使兩者相調(diào)諧。
35.根據(jù)權(quán)利要求28所述的等離子體裝置還包括連接于射頻發(fā)生器和調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)之間的一個脈沖串式工作循環(huán)發(fā)生器。
36.根據(jù)權(quán)利要求28所述的等離子體裝置還包括連接于射頻發(fā)生器和調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)之間的一個連續(xù)式自激振蕩器。
37.一種用于切割物質(zhì)的方法，包括以下步驟產(chǎn)生射頻能量；調(diào)節(jié)上述射頻能量；以及利用上述調(diào)節(jié)的射頻能量從一電極表面產(chǎn)生向外的電磁場，從而產(chǎn)生并維持一個圍繞該電極的等離子體云，所述等離子體云是通過利用上述調(diào)節(jié)的射頻能量激發(fā)沿上述電極和要進(jìn)行上述切割的物質(zhì)之間界面處的原子粒子而產(chǎn)生和維持的。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中所述產(chǎn)生電磁場的步驟包括使所述電磁場與等離子體云阻抗匹配、頻率匹配、功率匹配并使兩者相調(diào)諧。
39.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中所述產(chǎn)生電磁場的步驟包括當(dāng)使所述電極與所述物質(zhì)接近時，將電磁場投入物質(zhì)中，通過所述電磁場與位于所述電極和所述物質(zhì)的界面處的原子粒子相互作用而形成所述等離子體云。
40.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中產(chǎn)生電磁場的步驟包括通過調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)改變電磁場的特性，以使電磁場與等離子體云阻抗匹配、頻率匹配、功率匹配以及使兩者相調(diào)諧。
41.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中產(chǎn)生電磁場的步驟包括沿電磁場的磁場線傳播形成所述等離子體云的等離子體。
42.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中調(diào)節(jié)所述射頻能量的裝置包括使所述電磁場與所述等離子體云阻抗匹配的裝置。
43.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中調(diào)節(jié)所述射頻能量的裝置包括使所述電磁場與所述等離子體云頻率匹配的裝置。
44.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中調(diào)節(jié)所述射頻能量的裝置包括使所述電磁場與所述等離子體云功率匹配的裝置。
45.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中通過調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)改變電磁場的特性，以使電磁場與等離子體云阻抗匹配。
46.根據(jù)權(quán)利要求28所述的裝置，其中通過調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)改變電磁場的特性，以使電磁場與等離子體云頻率匹配。
47.根據(jù)權(quán)利要求28所述的裝置，其中通過調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)改變電磁場的特性，以使電磁場與等離子體云功率匹配。
48.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中產(chǎn)生電磁場的步驟包括使電磁場與等離子體云阻抗匹配。
49.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中產(chǎn)生電磁場的步驟包括使電磁場與等離子體云頻率匹配。
50.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中產(chǎn)生電磁場的步驟包括使電磁場與等離子體云功率匹配。
全文摘要
一種利用協(xié)調(diào)等離子體云對物質(zhì)進(jìn)行切割的方法。射頻發(fā)生器系統(tǒng)(10)生成脈沖或者連續(xù)的電磁波形，該電磁波由一有源發(fā)射器切割電極端頭(26)發(fā)射。利用該電磁波通過例如熱離子化以及光電效應(yīng)等過程，激發(fā)一等離子體云(32)。將此電磁波調(diào)節(jié)為與該等離子體云阻抗匹配、頻率匹配、功率匹配且與后者相調(diào)諧，從而維持并控制一個具有降低的原子粒子湍流及擾動的協(xié)調(diào)等離子體云。此協(xié)調(diào)等離子體云形成覆蓋有源發(fā)生器電極端頭表面的覆蓋層，并且起到降低對本發(fā)明的等離子體切割裝置的功率放大器(22)的輸出能量的要求的作用。本發(fā)明是一種有效的、整齊的以及廉價的可用于切割物質(zhì)的裝置。
文檔編號A61BGK1520347SQ02811075
公開日2004年8月11日 申請日期2002年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月31日
發(fā)明者理查德·J·福格, 達(dá)米安·珈克塞奧, 珈克塞奧, 理查德 J 福格 申請人:理查德·J·福格, 理查德 J 福格