Генерация плазмы ионов металлов в сильном магнитном поле в микроволновом резонаторе
Совместная исследовательская группа из Университета Тохоку и Технологического университета Тойохаси изобрела новый и эффективный метод создания металлической плазмы из твердых металлов под действием сильного магнитного поля в микроволновом резонаторе. О своем нововведении они сообщают в журнале AIP Advances.
Металлическая плазма с прямым возбуждением.
Предоставлено: С. Фуджи и др.
Горячие газы, состоящие из ионов металлов и электронов, называемые плазмой, широко используются во многих производственных процессах, химическом синтезе, извлечении металлов из руд и сварке. Совместная исследовательская группа из Университета Тохоку и Технологического университета Тойохаси изобрела новый и эффективный метод создания металлической плазмы из твердых металлов под действием сильного магнитного поля в микроволновом резонаторе. О своем нововведении они сообщают в журнале AIP Advances.
В наиболее традиционных методах получения плазмы к газам или жидкостям прикладывают сильное электрическое поле. Для этого может потребоваться огромное количество энергии. Совсем недавно микроволновое излучение также использовалось для создания плазмы, поскольку оно преобразует атомы в форму, которая может более эффективно управлять желаемыми химическими процессами, помимо других преимуществ. Плазма, генерируемая микроволнами, в настоящее время используется в коммерческих процессах, включая производство полупроводников, осаждение алмазов и выделение металлов из их руд.
Однако до сих пор для этого использовались многорежимные микроволновые генераторы, которые генерируют хаотическое распределение микроволн. Одним из ключевых достижений, достигнутых командой, является применение одномодового микроволнового генератора для производства металлической плазмы. Это создает более контролируемые и сфокусированные микроволны.
«Мы ожидаем, что наш процесс может значительно повысить эффективность плазменных методов во многих приложениях и повысить прибыльность в коммерческой сфере», — говорит химик Джун Фукусима, который разработал метод вместе с инженером-электронщиком Сатоши Фуджи.
Разработка плазменного процесса с микроволновым возбуждением.
Кредит: Дзюн Фукусима
Одна из серьезных проблем, с которой столкнулись исследователи, заключалась в том, что их первоначальная плазма не могла стабилизироваться более десяти минут. Поэтому они перепроектировали оборудование, в конечном итоге добившись гораздо более длительной стабильности. Последняя и более инновационная система содержит двойную кварцевую трубку с твердым материалом, который преобразуется в плазму, находящуюся внутри внутренней трубки.
Исследователи ожидают, что их технология будет особенно полезна для извлечения чистых редкоземельных металлов из руд. Эти металлы, такие как церий, лантан и неодим, находят широкое применение в крупномасштабных приложениях, включая производство аккумуляторов для электромобилей. Команда Университета Тохоку и Технологического университета Тойохаши уже продемонстрировала использование плазмы кальция и магния для высвобождения атомов скандия и ванадия из оксидных руд.
«Это новый и нетрадиционный метод использования плазмы, который, по нашему мнению, имеет решающее значение для снижения энергопотребления для будущих приложений в области материаловедения», — говорит Фукусима.
