特許 6263175 プラズマ生成用の表面波アプリケータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6263175

(24)【登録日】2017年12月22日

(45)【発行日】2018年1月17日

(54)【発明の名称】プラズマ生成用の表面波アプリケータ

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/46 20060101AFI20180104BHJP

【ＦＩ】

   H05H1/46 B

   H05H1/46 C

【請求項の数】27

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2015-520974(P2015-520974)

(86)(22)【出願日】2013年7月10日

(65)【公表番号】特表2015-530694(P2015-530694A)

(43)【公表日】2015年10月15日

(86)【国際出願番号】EP2013064578

(87)【国際公開番号】WO2014009412

(87)【国際公開日】20140116

【審査請求日】2016年3月28日

(31)【優先権主張番号】1256673

(32)【優先日】2012年7月11日

(33)【優先権主張国】FR

(73)【特許権者】

【識別番号】509352554

【氏名又は名称】ユニヴェルシテ ジョセフ フーリエ−グレノーブル アン

【氏名又は名称原語表記】ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＥ ＪＯＳＥＰＨ ＦＯＵＲＩＥＲ−ＧＲＥＮＯＢＬＥ １

(73)【特許権者】

【識別番号】515008782

【氏名又は名称】ペレティエール、ジャック

(74)【代理人】

【識別番号】110000785

【氏名又は名称】誠真ＩＰ特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】ラコステ、アナ

(72)【発明者】

【氏名】ペレティエール、ジャック

【審査官】 道祖土 新吾

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−２２０６３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−１６１４９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／００１８４４３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平０７−０８５９９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１０２７９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−０４０４７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−０２９８８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０９３５９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５７−００９８６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−３４７５０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−０８５５２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００５−５２８７５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−０３５６５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２４５９９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２７７２９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０１４５４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−０８３８９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−０９４８９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３５３３６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１１６３６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１１５５４７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｈ １／００−１／５４、

Ｃ２３Ｃ １４／００−１４／５８、

１６／００−１６／５６、

Ｈ０１Ｌ ２１／３０２、 ２１／３０４、

２１／４６１、 ２１／３０６５、

２１／２０５、 ２１／３１、

２１／３６５、 ２１／４６９、

２１／８６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

プラズマ生成用の表面波アプリケータであって、
−中心のコア体と、前記中心コア体を囲繞し、かつ電磁波伝播用の環状の容積によって前記中心コア体から分離される管状の外側の導体とから構成される導電性の同軸アセンブリと、
−前記同軸アセンブリの端部において前記電磁波伝播用の環状容積の中に挿入される誘電体の管であり、前記アプリケータの射出面を超えて、前記管の外径の少なくとも２倍に等しい長さだけ延び出る誘電体の管であって、その挿入および延び出しは、次のような態様において行われる、すなわち、その内壁および／または外壁がプラズマガスと接触している前記誘電体の管の部分に沿って表面波プラズマを生成するために、前記同軸アセンブリ内において伝播する前記電磁波が、前記管の縦方向において前記誘電体の管の切断面の中に導入されるような態様において行われる、誘電体の管と、
を含み、
前記同軸アセンブリの中に挿入される前記誘電体の管の長さが、前記プラズマのインピーダンスと、前記同軸アセンブリの特性インピーダンスとの間のインピーダンス整合をもたらすように選択される表面波アプリケータ。

【請求項2】

前記中心コア体の端部と、前記同軸アセンブリの外側の導体の端部とが共面である、ことを特徴とする請求項１に記載のアプリケータ。

【請求項3】

前記外側の導体が、前記中心コア体の端面を超えて、前記誘電体の管を少なくとも部分的に囲繞する、ことを特徴とする請求項１に記載のアプリケータ。

【請求項4】

前記中心コア体が、前記外側の導体の端面を超えて、前記誘電体の管の内部容積を少なくとも部分的に占拠する、ことを特徴とする請求項１に記載のアプリケータ。

【請求項5】

前記同軸アセンブリがインピーダンス整合装置を備える、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のアプリケータ。

【請求項6】

前記同軸アセンブリが、前記中心コア体内、および／または前記外側の導体内に供給される冷却流体を循環させるための回路を含む、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のアプリケータ。

【請求項7】

前記誘電体の管が、内側または前記管の厚さの内側に供給される誘電体の冷却流体を循環させる回路を含む、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のアプリケータ。

【請求項8】

前記アプリケータが、前記アプリケータの軸に平行な磁化方向を有する円筒形の永久磁石であって、前記中心コア体の端部に配置される永久磁石をさらに含む、ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のアプリケータ。

【請求項9】

前記アプリケータが、
−前記アプリケータの軸に平行な磁化方向を有する円筒形の永久磁石であって、前記中心コア体の端部に配置される永久磁石と、
−前記アプリケータの軸に平行であり、かつ前記中心の円筒形の磁石の磁化と一致する磁化方向を有する少なくとも１つの環状の永久磁石であって、前記外側の導体の端部の回りに配置される永久磁石と、
をさらに含み、
前記２つの磁石の磁化は、前記アプリケータの端部から離れた領域において、前記アプリケータによって生成されるマイクロ波電界との電子サイクロトロン共鳴カップリングを得るのに適した磁界を形成するように選択され、
前記環状の磁石の外半径および磁化は、前記２つの磁石によって生成される磁力線が、前記アプリケータの軸にほぼ平行な方向において、前記電子サイクロトロン共鳴カップリング領域に達するようにも選択される、
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のアプリケータ。

【請求項10】

プラズマ生成用の表面波アプリケータであって、
−中心のコア体と、前記中心コア体を囲繞し、かつ電磁波伝播用の環状の容積によって前記中心コア体から分離される管状の外側の導体とから構成される導電性の同軸アセンブリと、
−前記同軸アセンブリの端部において前記電磁波伝播用の環状容積の中に挿入される誘電体の管であり、前記アプリケータの射出面を超えて、前記管の外径の少なくとも２倍に等しい長さだけ延び出る誘電体の管であって、その挿入および延び出しは、次のような態様において行われる、すなわち、その内壁および／または外壁がプラズマガスと接触している前記誘電体の管の部分に沿って表面波プラズマを生成するために、前記同軸アセンブリ内において伝播する前記電磁波が、前記管の縦方向において前記誘電体の管の切断面の中に導入されるような態様において行われる、誘電体の管と、
を含み、
前記アプリケータが、前記誘電体の管の回りに同心に延びる誘電体材料製の閉じ込め管を含み、前記閉じ込め管は、前記同軸アセンブリの外側の導電体に埋め込まれる、ことを特徴とするアプリケータ。

【請求項11】

プラズマガスを封じ込める封入容器と、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の少なくとも１つのアプリケータとを含む表面波プラズマ生成装置であって、前記アプリケータの射出面を超えて延び出る前記誘電体の管の内壁および／または外壁の一部分が、前記プラズマガスと接触している、表面波プラズマ生成装置。

【請求項12】

前記誘電体の管が、シールされて、前記プラズマガスを封じ込める前記封入容器を構成する、ことを特徴とする請求項１１に記載の装置。

【請求項13】

前記誘電体の管が前記封入容器の内側に配置される、ことを特徴とする請求項１１に記載の装置。

【請求項14】

前記封入容器が、誘電体材料製の閉じ込め管であって、前記誘電体の管の回りに同心に延びる閉じ込め管を含み、前記閉じ込め管は、前記アプリケータの同軸アセンブリの外側の導電体の中に埋め込まれる、ことを特徴とする請求項１３に記載の装置。

【請求項15】

前記誘電体の閉じ込め管の埋め込みの深さが（２ｋ＋１）λ／４に等しく、この式中、ｋは整数、λは、前記同軸アセンブリの中に挿入される前記誘電体の管の内部に伝播する電磁波の波長であり、前記波長（λ）は、式λ＝λ_０／ε^１／２で与えられ、この式中、λ_０は真空または空気中において伝播する電磁波の波長であり、εは、真空の誘電率に対する前記閉じ込め管の誘電体材料の相対的な誘電率である、ことを特徴とする請求項１４に記載の装置。

【請求項16】

前記誘電体の管が、前記同軸アセンブリに対して反対側のその端部において開放されており、前記プラズマガスは前記管の内壁および外壁に接触している、ことを特徴とする請求項１３〜１５のいずれか一項に記載の装置。

【請求項17】

前記誘電体の管が、前記同軸アセンブリに対して反対側のその端部において閉止されており、前記プラズマガスは前記管の外壁のみと接触している、ことを特徴とする請求項１３〜１５のいずれか一項に記載の装置。

【請求項18】

前記誘電体の管が、前記同軸アセンブリに対して反対側のその端部において閉止されており、前記管は真空にされるか、あるいは、誘電体の材料で充満される、ことを特徴とする請求項１３〜１５のいずれか一項に記載の装置。

【請求項19】

前記封入容器が、プラズマガスを前記封入容器の中に導入する装置と、プラズマガスを前記封入容器の内部から外部に送り出すためのポンプ装置とを含む、ことを特徴とする請求項１３〜１８のいずれか一項に記載の装置。

【請求項20】

前記中心コア体が、プラズマガスを前記封入容器の中に導入するためのダクトを含む、ことを特徴とする請求項１６〜１９のいずれか一項に記載の装置。

【請求項21】

前記封入容器内部のプラズマガスの圧力が１３３Ｐａ未満である、ことを特徴とする請求項１１〜２０のいずれか一項に記載の装置。

【請求項22】

その内壁および／または外壁がプラズマガスと接触している誘電体の管に沿って表面波プラズマを生成する方法において、
−中心のコア体と、前記中心コア体を囲繞し、かつ電磁波伝播用の環状の容積によって前記中心コア体から分離される外側の導体とから構成される導電性の同軸アセンブリ内において電磁波を伝播させるステップと、
−前記電磁波を、前記誘電体の管の縦方向において前記誘電体の管の切断面の中に導入するステップであって、前記誘電体の管は、前記同軸アセンブリの端部において、前記電磁波伝播用の環状の容積の中に挿入され、かつ、前記同軸アセンブリの射出面を超えて、前記管の外径の少なくとも２倍に等しい長さにわたって延び出る、ステップと、
を含み、
前記同軸アセンブリの中に挿入される前記誘電体の管の長さが、前記プラズマのインピーダンスと、前記同軸アセンブリの特性インピーダンスとの間のインピーダンス整合をもたらすように選択される、ことを特徴とする方法。

【請求項23】

前記電磁波がマイクロ波である、ことを特徴とする請求項２２に記載の方法。

【請求項24】

前記プラズマガスの圧力が１３３Ｐａ未満であること、および、前記プラズマが電子サイクロトロン共鳴によって生成される、ことを特徴とする請求項２３に記載の方法。

【請求項25】

前記電磁波が無線周波数の電波である、ことを特徴とする請求項２２に記載の方法。

【請求項26】

前記同軸アセンブリを、前記アセンブリ内部に冷却流体を循環させることによって冷却する、ことを特徴とする請求項２２〜２５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項27】

前記誘電体の管を、前記誘電体の管の厚さの内側または内部に誘電体の冷却流体を循環させることによって冷却する、ことを特徴とする請求項２２〜２６のいずれか一項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プラズマ生成用の表面波アプリケータと、表面波プラズマ生成用の装置および方法に関する。

【背景技術】

【0002】

表面波プラズマは高周波プラズマ（ＨＦ、すなわち、１ＭＨｚ以下〜ＧＨｚ以上の間の周波数におけるもの［１］）の一種であり、プラズマは、プラズマと接触する誘電体の管に沿って伝播する電磁波（特に無線周波数またはマイクロ波）によって持続される。

【0003】

Ｍ．Ｍｏｉｓａｎらの論説［２］はこの分野における詳細な文献レビューを提供している。

【0004】

状況に応じて、プラズマは誘電体の管の外側もしくは内側、または、管の内側および外側の両者に発生させることができる。

【0005】

この技術においては、プラズマおよび誘電体の管が、伝播領域に沿ってプラズマを発生させるマイクロ波の伝播媒体を構成する。

【0006】

マイクロ波の電磁界は、電磁界の強さが誘電体の管とプラズマとの間の界面において最大になるので、表面場と呼称される。

【0007】

一般的に、表面波プラズマは、低圧力の場合を除いて、静的な磁界が欠如している場合に生成される。低圧においては、軸方向の磁界（すなわち管の方向における磁界）を印加して、プラズマの半径方向の閉じ込めを改善し、および／または、電子サイクロトロン共鳴におけるプラズマの励起を生成することができる。

【0008】

一般的に、図１に模式的に示すように、表面波プラズマは、投射間隙フィールドアプリケータから発生する表面電磁波によって、誘電体の管内に生成される。

【0009】

図１は、プラズマ４を封じ込める誘電体の管３の半分の断面図を示す。

【0010】

軸Ｘは管３の回転軸である。

【0011】

この形態においては、管の回りに、誘電体の管３にそれぞれ平行および垂直な主面を有する導電性の要素２ａ、２ｂが配置される。

【0012】

さらに、要素２ａおよび２ｂは、その幅が数ｍｍの程度である間隙Ｇから離れている。

【0013】

間隙Ｇから表面電磁波Ｗが発生する。

【0014】

導電要素２ａおよび２ｂの表面においては、電界は専ら半径方向の成分、すなわち、図１の場合には、導電要素２ａの表面に垂直な、そして導電要素２ｂの厚さに垂直な成分を呈する。

【0015】

従って、電磁波Ｗは、間隙に垂直な方向に伝播し、（誘電体の管１の軸Ｘに垂直な）間隙Ｇの軸の両側において本質的に対称である（電磁波Ｗ１およびＷ２）。

【0016】

表面電磁波が誘電体の管内において投射されるのを可能にする別のいくつかの装置またはアプリケータがすでに提案されている。

【0017】

これらの装置においては、誘電体の管は、マイクロ波の電界を管に印加できるようにするボックス（この場合アプリケータは「サーファトロン（ｓｕｒｆａｔｒｏｎ）」と呼称される）または導波管（この場合アプリケータは「サーファガイド（ｓｕｒｆａｇｕｉｄｅ）」と呼称される）を貫通しており、このマイクロ波の電界がプラズマを生成し、そのプラズマに沿ってマイクロ波が伝播し得るであろう。

【0018】

図２Ａはサーファトロンの例を示し、図２Ｂはサーファガイドの例を示す。この２つの図は［３］から抜き出したものである。

【0019】

図２Ａのサーファトロンは、導電性の壁面２ｂによって閉止された円筒形のボックスである。

【0020】

壁面２ｂに垂直な誘電体の管３は、その全長にわたって、軸方向の導電性帯材２ａを有する。

【0021】

管３は円筒形のボックスの内部に配置され、管３の端部と導電性壁面２ａとの間に間隙Ｇが設けられる。

【0022】

電磁パワーの導入が、参照符号Ｐによって模式的に示される。

【0023】

図２Ｂのサーファガイドは導波管ＧＯを含み、誘電体の管３がその導波管ＧＯを垂直に貫通し、導波管の壁面と管との間に投射間隙Ｇが設けられる。

【0024】

これらの装置は、大抵、方位対称の表面波（モードｍ＝０）を投射することが可能であり、それら自体のインピーダンス整合手段（サーファトロンの場合）、または独立の手段（サーファガイドの場合）のいずれかを有する。

【0025】

最も一般的には、図１に示すように、表面波は間隙に関して対称である。

【0026】

図３は、プラズマ４の電界の半径方向および軸方向の成分の誘電体の管３の外側に向く変化（媒体Ａは、例えば、空気または誘電体からなる）を、管３の軸Ｚを始点とする半径方向の距離ｒの関数として示す。

【0027】

縦軸は、電磁波の電気成分の強さを、相対的な単位で示している。

【0028】

図３において、電磁波の電気成分の軸方向成分（点線）は、プラズマ４から外側の媒体Ａに連続しているのに対して、電界の半径方向成分（実線）は、誘電体の管３において著しく不連続であることが観察される。

【0029】

しかし、現在の装置はいくつかの欠点を有する。

【0030】

第１に、ほとんどの表面波アプリケータ（投射器（ｌａｕｎｃｈｅｒ）とも呼称される）は、設計および製造がきわめて複雑で、従ってコストが相対的に高い。

【0031】

他方、図２Ａおよび２Ｂから分かるように、これらのすべてのアプリケータは、通常用いられる誘電体の管の直径（これは普通１ｃｍの程度である）に比べて大幅に大きな体積を有する。

【0032】

この体積は、特に複数の放電が想定される場合には、非常に問題である。

【0033】

これらの装置のインピーダンス整合システムもコストが掛かり、かつ体積が大きい。

【0034】

さらに、ほとんどアプリケータにおいては、反射器のような補助装置がない場合、プラズマは投射間隙の両側において（上流波および下流波によって）生成される。

【0035】

しかし、一般的には、これらの方向の一方向においてのみプラズマの生成が必要とされるのであって、その結果、多くの場合、（倍数２までの）電力損失が生じ、従って非常に好ましくないエネルギー収支がもたらされる。

【0036】

最後に、特定のいくつかの装置は、（サーファガイドの場合のように）所与の周波数に適しており、他の装置は、同じ構成の場合には、限られた周波数範囲をカバーし得るだけである。

【0037】

しかし、表面波プラズマに使用し得る周波数範囲は、（無線周波数（ｒａｄｉｏ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：ＲＦ）範囲を始点とする）１ＭＨｚ未満から１０ＧＨｚを超えるマイクロ波の範囲まで及ぶので、さらに幅が広いのである。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0038】

本発明の一目的は、上記の欠点を修復し得る表面波アプリケータを提案することにある。

【課題を解決するための手段】

【0039】

本発明によれば、プラズマ生成用の表面波アプリケータであって、
− 中心のコア体と、その中心コア体を囲繞し、かつ環状の電磁波伝播容積によって中心コア体から分離される管状の外側の導体とから構成される導電性の同軸アセンブリと、
− 前記同軸アセンブリの端部において前記環状の電磁波伝播容積の中に挿入される誘電体の管であり、アプリケータの射出面を超えて、前記管の外径の少なくとも２倍に等しい長さにわたって延び出る誘電体の管であって、その挿入および延び出しは、次のような態様において行われる、すなわち、その内壁および／または外壁がプラズマガスと接触している前記誘電体の管の部分に沿って表面波プラズマを生成するために、同軸アセンブリ内において伝播する電磁波が、前記管の縦方向において前記誘電体の管の切断面の中に導入されるような態様において行われる、誘電体の管と、
を含む表面波アプリケータが提案される。

【0040】

一実施形態によれば、中心コア体の端部と、同軸アセンブリの外側の導体の端部とが共面である。

【0041】

別の実施形態によれば、外側の導体が、中心コア体の端面を超えて、誘電体の管を少なくとも部分的に囲繞する。

【0042】

さらに別の実施形態によれば、中心コア体が、外側の導体の端面を超えて、誘電体の管の内部容積を少なくとも部分的に占拠する。

【0043】

特別に有利な方式として、同軸アセンブリがインピーダンス整合装置をも備える。

【0044】

本装置の有利な一実施形態によれば、同軸アセンブリの中に挿入される誘電体の管の長さが、プラズマのインピーダンスと、同軸アセンブリの特性インピーダンスとの間のインピーダンス整合をもたらすように選択される。

【0045】

さらに、同軸アセンブリは、中心コア体の内部、および／または外側の導体内に供給される冷却流体を循環させる回路を含むことができる。

【0046】

他方、誘電体の管は、前記管の内部容積内および／または前記管の厚さの内部において冷却流体を循環させる回路を含むことができる。

【0047】

一実施形態によれば、アプリケータが、さらに、アプリケータの軸に平行な磁化方向を有する円筒形の永久磁石であって、中心コア体の端部に配置される永久磁石を含む。

【0048】

さらに別の実施形態によれば、アプリケータが、さらに、
− アプリケータの軸に平行な磁化方向を有する円筒形の永久磁石であって、中心コア体の端部に配置される永久磁石と、
− アプリケータの軸に平行であり、かつ前記中心の円筒形の磁石の磁化と一致する磁化方向を有する少なくとも１つの環状の永久磁石であって、外側の導体の端部の回りに配置される永久磁石と、
を含み、
前記２つの磁石の磁化は、アプリケータの端部から離れた領域において、前記アプリケータによって生成されるマイクロ波電界との電子サイクロトロン共鳴カップリングを提供することが可能な磁界を形成するように選択され、
前記環状の磁石の外半径および磁化は、前記２つの磁石によって生成される磁力線が、電子サイクロトロン共鳴カップリング領域を、アプリケータの軸にほぼ平行な方向に貫通するようにも選択される。

【0049】

一実施形態によれば、アプリケータが、誘電体の管の回りに同心に延びる誘電体材料製の閉じ込め管を含み、この閉じ込め管は、同軸アセンブリの外側の導電体に埋め込まれる。

【0050】

本発明の別の目的は、プラズマガスを封じ込める封入容器と、少なくとも１つの上記のアプリケータとを含む表面波プラズマ生成装置に関する。この装置においては、アプリケータの射出面を超えて延び出る誘電体の管の内壁および／または外壁の一部分が、プラズマガスと接触している。

【0051】

一実施形態によれば、誘電体の管が、シールされて、プラズマガスを封じ込める前記の封入容器を構成する。

【0052】

一変形態様によれば、誘電体の管が封入容器の内側に配置される。

【0053】

本発明の一実施形態によれば、封入容器が、誘電体材料製の閉じ込め管であって、誘電体の管の回りに同心に延びる閉じ込め管を含み、この閉じ込め管は、アプリケータの同軸アセンブリの外側の導電体に埋め込まれる。

【0054】

前記閉じ込めの誘電体の埋め込みの深さを（２ｋ＋１）λ／４に等しくすると、特に有利である。ここで、ｋは整数、λは、同軸アセンブリの中に挿入される誘電体の管の内部に伝播する電磁波の波長である。この波長λは、式λ＝λ_０／ε^１／２で与えられる。式中のλ_０は真空または空気中において伝播する電磁波の波長であり、εは、真空の誘電率に対する閉じ込め管の誘電体材料の相対的な誘電率である。

【0055】

誘電体の管は、同軸アセンブリに対して反対側のその端部において開放型とすることができる。その場合、プラズマガスは管の内壁および外壁に接触している。

【0056】

代わりの方式として、誘電体の管を、同軸アセンブリに対して反対側のその端部において閉止することができる。その場合、プラズマガスは、管の外壁のみに接触する。

【0057】

別の変形態様によれば、誘電体の管を、同軸アセンブリに対して反対側のその端部において閉止することができる。その場合、前記管の内部は真空にされるか、あるいは、誘電体の材料（固体または流体）で充満される。

【0058】

さらに、封入容器は、プラズマガスを封入容器の中に導入する装置と、プラズマガスを封入容器の内部から外部に送り出すためのポンプ装置とを含むことができる。

【0059】

特定の一実施形態によれば、中心コア体が、プラズマガスを封入容器の中に導入するためのダクトを含む。

【0060】

封入容器内部のプラズマガスの圧力は、電子サイクロトロン共鳴を提供するのに適した磁界が印加される場合、１３３Ｐａ未満であることが望ましい。

【0061】

最後に、さらに別の目的は、その内壁および／または外壁がプラズマガスと接触している誘電体の管に沿って表面波プラズマを生成する方法に関する。この方法は、
− 中心のコア体と、その中心コア体を囲繞し、かつ電磁波伝播用の環状の容積によって中心コア体から分離される外側の導体とから構成される導電性の同軸アセンブリ内において電磁波を伝播させるステップと、
− 前記電磁波を、前記管の縦方向において前記誘電体の管の切断面の中に導入するステップであって、前記誘電体の管は、前記同軸アセンブリの端部において、環状の電磁波伝播容積の中に挿入され、かつ、同軸アセンブリの射出面を超えて、前記管の外径の少なくとも２倍に等しい長さにわたって延び出る、ステップと、
を含むことを特徴とする。

【0062】

この方法の一実施形態によれば、電磁波がマイクロ波である。

【0063】

任意選択で、プラズマガスの圧力を１３３Ｐａ未満とし、プラズマを電子サイクロトロン共鳴によって生成する。

【0064】

この方法の別の実施形態によれば、電磁波が無線周波数の電波である。

【0065】

同軸アセンブリを、そのアセンブリ内部に冷却流体を循環させることによって冷却することが有利である。

【0066】

誘電体の管を、その誘電体の管内部に誘電体の冷却流体を循環させることによって冷却することが可能である。

【0067】

本発明の他の特徴および利点は、添付の図面を参照して記述される以下の詳細説明から明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0068】

【図1】従来型の表面波アプリケータの模式的な概略図である。

【図2A】先行技術に属するサーファトロンの図解図を示す。

【図2B】先行技術に属するサーファガイドの図解図を示す。

【図3】誘電体の管の外側に向かうプラズマの電界の半径方向および軸方向の成分の変化を表すグラフである。

【図4】本発明の第１実施形態による表面波アプリケータの模式的な概略図である。

【図5】本発明の第２実施形態による表面波アプリケータの模式的な概略図である（誘電体の管の内側におけるプラズマ生成）。

【図6】本発明の第３実施形態による表面波アプリケータの模式的な概略図である（誘電体の管の外側におけるプラズマ生成）。

【図7】プラズマのインピーダンスと、同軸ラインの特性インピーダンスとの間のインピーダンス整合を得ることを可能にする実施形態の一例を示す。

【図8】ガスの導入および送り出しを含む本発明の特定の一実施形態によるプラズマ生成装置であって、動的モードのプラズマ生成に対応するプラズマ生成装置の模式的な概略図である。

【図9】本発明による表面波アプリケータの一変形態様の模式的な概略図である。この表面波アプリケータにおいては、磁界も、中心コア体の端部に配置される永久磁石によって印加される。

【図10】本発明による表面波アプリケータの一変形態様の模式的な概略図である。この表面波アプリケータにおいては、磁界が、中心コア体の端部に配置される永久磁石と、さらに外側の導体の端部に配置される第２の環状の永久磁石とによって印加される。

【図11A】本発明の別の実施形態による表面波アプリケータの模式的な概略図である（誘電体の管の外側で生成されるプラズマの閉じ込め）。

【図11B】図１１Ａより利点が少ない変形態様の模式的な概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0069】

図４は、本発明によるプラズマ生成用の表面波アプリケータ１の模式的な概略図である。

【0070】

上記アプリケータは、中心のコア体２０と、その中心コア体２０を囲繞し、かつ電磁波Ｗ伝播用の環状の容積２２によって中心コア体から分離される管状の外側の導体２１とから構成される導電性の同軸アセンブリ２を含む。

【0071】

このような同軸アセンブリ２はそれ自体周知されており、当業者はその設計を理解している。

【0072】

さらに、同軸アセンブリ２の端部において、誘電体の管３が、電磁波伝播用の環状の容積２２の中に挿入され、アプリケ―タの射出面を超えて延び出ている。

【0073】

アプリケ―タの射出面と称するのは、同軸アセンブリ２と、プラズマガスを封じ込める容積との間の界面であり、この射出面は、アプリケータと、電磁波によって前記プラズマガスから生成されるプラズマとの間の境界を構成する。

【0074】

従って、誘電体の管は、環状の容積２２の中に挿入される第１部分と、アプリケータの射出面を超えて延び出る第２部分とを含む。この場合、誘電体の管の内壁および／または外壁がプラズマガスと接触することが可能である。

【0075】

プラズマを発生させるため、プラズマガスを管３と接触させる。この場合、プラズマガスを、適用用途に応じて、その管の内側および／または外側に、あるいは管の両側に存在させることができる。この方式の内の若干の例を以下に詳述する。

【0076】

管３は、電磁波を顕著な損失なく伝播するのに適した媒体である任意の誘電体材料から作製できる。

【0077】

管３を、シリカ（ＳｉＯ_２）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、または窒化アルミニウム（ＡｌＮ）製とすることでき、それが望ましいが、本発明はこれらの材料に限定されるわけではない。

【0078】

管３は、一般的に円形断面を有し、縦方向Ｘに延びている。

【0079】

管３の半径は、通常１ｃｍの程度であるが、これは、適用用途および運転条件に応じて、数ｍｍ〜数ｃｍの範囲を含む。

【0080】

表面波プラズマを用いるいくつかの装置の場合がそうであるが、誘電体の管３の直径は、アプリケータの射出面を超えて、漸進的変化を呈することができる。

【0081】

管３の厚さは一般的に１ｍｍの程度である。

【0082】

同軸アセンブリの中に挿入される管３の部分の厚さは、管３が、環状容積２２の全幅を実質的に占拠するように選択される。

【0083】

管と環状容積との間の結合のプラズマガスに対するシールを、任意の適切な手段によって設けることが有利である。

【0084】

管の長さは、意図する用途に応じて選択される。

【0085】

通常、管３の長さは、同軸アプリケータの直径（１ｃｍの程度である）より大きく、適用用途に応じて、５ｃｍの程度から１ｍの程度に達する可能性がある長さを有する。

【0086】

アプリケータの射出面を超えて延び出る管３の部分の長さは、プラズマの発生の所要長さに合致することが有利である。

【0087】

アプリケータの射出面を超えて延び出る部分の長さは、本質的に管のその部分の長さに沿ってプラズマを生成するように、管３の外径の２倍以上になるように選択される。

【0088】

そうでない場合、すなわち、管が射出面を超えて、短い距離だけ、つまり典型的には管の外径より短い距離しか延び出ていない場合には、表面波を作り出すことなく、プラズマは、直接アプリケータの射出口において生成される。これは、本発明が考慮しない状況に対応する。上記の場合は、アプリケータの射出面にプラズマのシートが形成されるのである。

【0089】

以下に見られるように、管３は、同軸アセンブリ２に対して反対側のその端部３３において開放型とすることができるが、代わりの方式として、管３をこの端部３３において閉止することも可能である。

【0090】

同軸アセンブリ２の環状容積２２内を伝播する電磁波Ｗは、その管の縦方向Ｘにおいて誘電体の管３の切断面に導入され、その管の厚さの内部を縦方向に伝播する。

【0091】

装置の同軸部分においては、電磁波は、ＴＥＭモード（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｍｏｄｅ）、すなわち、電界が純粋に半径方向であるモードにおいて伝播する。

【0092】

アプリケータ１の射出面Ｙにおいては、中心コア体および外側の導体の金属表面に対する法線が、半径方向から軸方向、すなわち軸Ｘに平行な方向に方向転換する。

【0093】

その結果、（半径方向成分に加えて）軸方向の電界成分が出現し、これは、表面波を投射するのに非常に好ましい状況を構成する（この表面波は、アプリケータの射出面を超える誘電体の管に沿って、軸方向成分および半径方向成分の両者（図３参照）を含む）。

【0094】

アプリケータおよびプラズマガスの構成に応じて、射出面は、中心コア体２０および／または外側の導体２１の端部を画定する平面から構成でき、その場合、中心コア体および／または外側の導体２１はプラズマガスと接触している。

【0095】

図４に示す実施形態においては、中心コア体２０および外側の導体２１の端部は共面になっており、前記の射出面Ｙを構成する。

【0096】

しかし、以下に見られるように、中心コア体２０および外側の導体２１の端部は必ずしも共面ではない。

【0097】

この場合、アプリケータの射出面は、プラズマガスが誘電体の管３の内側および／または外側のいずれに存在しているかに応じて、プラズマガスと接触している同軸アセンブリの部分の端部を画定する平面として定義される。

【0098】

従って、図５に示す実施形態においては、プラズマガスは、誘電体の管３の内側に閉じ込められ、外側の導体２１は、中心コア体２０を超えて延びている。

【0099】

この場合、アプリケータの射出面Ｙは、外側の導体２１の端部の位置がどこにあっても、中心コア体２０の端面に合致している。

【0100】

逆に、図６に示す実施形態においては、プラズマガスは、誘電体の管３の外側の封入容器の中に閉じ込められている。この場合、外側の導体は、その封入容器の壁面と同一平面になっており、中心コア体２０は、外側の導体２１を超えて延び出ている。

【0101】

この場合、アプリケータの射出面Ｙは、中心コア体２０の端部の位置がどこにあっても、外側の導体２１の端部および封入容器の壁面の平面に合致する。

【0102】

アプリケータの射出面Ｙにおける金属表面に対する法線の方向転換によって、軸方向の電界成分が発生し、これは、表面波（この表面波は軸方向成分および半径方向成分の両者を含む）を、アプリケータの射出面Ｙを超えて誘電体の管３の切断面内に投射するのに非常に好ましい状況を構成する。

【0103】

従って、本発明は、電磁波が、誘電体の管に対する接線方向から誘電体の管の中に投射される既存技術とは異なって、電磁波を管の縦方向に投射して、誘電体の管の切断面の中に導入される電磁波を出発点とすることを提案するのである。

【0104】

従って、インピーダンスが完全に整合しているとすると、入射するすべての電磁パワーが導入され、続いて、誘電体の管の内部を伝播するので、システムの有効性が大幅に改善される。

【0105】

最適のインピーダンス整合を得るために、インピーダンス整合装置−当業者にはそれ自体既知の装置である−を、同軸アセンブリ内に、プラズマにできるだけ近接して配置することが望ましい。

【0106】

一例として、図７は、プラズマのインピーダンスＺ_ｐと、同軸アセンブリの特性インピーダンスＺ_ｃとの間のインピーダンス整合が、１／４波インピーダンス変成器（ｑｕａｒｔｅｒ−ｗａｖｅ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）Ｚ_ｉによって得られる例を示す。この場合、
Ｚ_ｉ^２＝Ｚ_ｃＺ_ｐ
である。

【0107】

この場合、誘電体の管３を、誘電体内における１／４波長（λ／４）に等しい長さだけ同軸アセンブリの中に導入しなければならない。

【0108】

さらに一般的には、当業者は、所与の同軸構造と、所与の負荷インピーダンスとの間のインピーダンス整合手段を決定できる。

【0109】

本発明を実施するため、無線周波数（ＲＦ）およびマイクロ波の範囲を含む周波数範囲内の電磁波が使用可能である。

【0110】

非常に幅広いこの範囲内において、ＩＳＭ（「工業用、科学用および医療用（ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ、ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ａｎｄ ｍｅｄｉｃａｌ）」の頭字語）周波数、特に、ＲＦ範囲用の１３．５６ＭＨｚ、２７．１２ＭＨｚまたは４０．６８ＭＨｚ、および、マイクロ波範囲用の４３３ＭＨｚ、２．４５ＧＨｚまたは５．８０ＧＨｚのような周波数を使用できる。

【0111】

当然のことながら、上記のリストは制限的なものではなく、当業者は、ＲＦの範囲内（すなわち１〜１００ＭＨｚ）またはマイクロ波の範囲内（すなわち１００ＭＨｚ〜１０ＧＨｚ）の任意の他の周波数を、本発明の範囲から逸脱することなく選択できる。

【0112】

適用用途に応じて、印加する電力は、１または数ワット（例えば照明の場合）〜数１００ワット以上（例えば排気ガス処理の場合）とすることができる。

【0113】

当業者は、想定される適用用途に応じて、必要な電力を決定できる。

【0114】

誘電体の管３内において伝播する電磁波の影響によって、管３と接触するプラズマガス内にプラズマが生成される。

【0115】

前記のように、このプラズマガスは、誘電体の管３の内側および／または外側に存在させることが可能である。

【0116】

プラズマガスは、その成分が、誘電体の管３内において伝播する電磁波の影響によってプラズマを発生し得る任意のガスとすることができる。

【0117】

従って、照明に関わる用途の場合には、プラズマガスは、従来どおり、１つ以上の希ガス（特にアルゴン）と水銀とから構成できる。

【0118】

非制限的な例として、目標とする適用用途に関して有利な物理化学的特性を有する、窒素、酸素、ハロゲン化ガスまたは任意の他のガスも考えることができる。

【0119】

本発明の一実施形態によれば、プラズマガスが、同軸アセンブリ２に対して反対側の端部３３においてシールされる誘電体の管３の内側に閉じ込められる。

【0120】

誘電体の管３は、同軸アセンブリ２の中に一旦挿入されると、プラズマ発生用の密封された封入容器を形成する。

【0121】

図５はこのような実施形態の一例を示す。

【0122】

この例においては、プラズマガス４が誘電体の管３内に封入されるが、その管３は、その一方の端部が中心コア体２０の回りにシールされ、もう一方の端部３３が流体密閉性の壁面によってシールされる。

【0123】

この図から分かるように、外側の導体２１は、この実施形態においては中心コア体２０の端部に合致するアプリケータの射出面を超えて、誘電体の管３を少なくとも部分的に囲繞することが可能である。

【0124】

この形態によって、例えば、アプリケータの射出面における遮蔽を形成すること、従って、電磁放射の外部への伝達を避けることが可能になる。

【0125】

図６に示す本発明の別の実施形態によれば、プラズマガス４が封入容器（図示なし）内に閉じ込められ、誘電体の管３がその封入容器の中に挿入される。

【0126】

従って、プラズマは、誘電体の管３の外側に形成させることができる。

【0127】

この実施形態は、特に、プラズマが誘電体の管の外側に生成されるので、プラズマが電磁放射を吸収するという点で有利である。

【0128】

具体的な一例は照明である。この場合、電球がプラズマガスを封入する前記の封入容器を構成し、誘電体の管は電球の内側に配置される。

【0129】

管３がその端部３３において開放されていると、従って、封入容器の容積と連通していると、プラズマは、その管３の内側にも形成される。

【0130】

任意選択で、図６に見られるように、中心コア体２０が、この実施形態においては外側の導体２１の端部に合致するアプリケータの射出面を超えて、誘電体の管３の内部を少なくとも部分的に占拠できる。

【0131】

この実施形態は、水（あるいはヒートパイプの場合には任意の伝熱流体）を内部循環させて中心コア体２０を冷却する場合に特に有利である。

【0132】

プラズマ容積のシールは、具体的には、既知の技術によって実施できる。

【0133】

すなわち、アプリケータに関するプラズマ容積のシールは、誘電体の管と、中心コア体と、同軸アセンブリの外側の導体との間にＯリングを配置することによって装備できる。

【0134】

代わりの方式として、または補足的に、誘電体の管を、中心コア体と、同軸アセンブリの外側の導体とにろう付けすることが可能である。

【0135】

任意選択で、誘電体の管を、同軸アセンブリの環状容積の中に挿入されたその端部に近接した位置で、誘電体材料製のプラグでシールできる。

【0136】

さらに、プラズマを誘電体の管の外側にも生成する必要がある場合は、誘電体の管３を、シールされた封入容器の中に挿入できる。その場合は、同軸アセンブリの外側の導体は、（例えば図８に示すように、）その封入容器の内壁と同一平面になっていることが望ましい。

【0137】

同軸アセンブリと、同軸アセンブリが貫通する封入容器の壁面との間のシールは、Ｏリング、ろう付けなどのような任意の適切な手段によって設けられる。

【0138】

照明用途の場合には、アプリケータは、静的モードにおいて、すなわちプラズマガスのいかなる流動もなしに、作動する。

【0139】

代わりの方式として、アプリケータを動的モードにおいて実施することも可能である。この場合は、プラズマガスを外部から封入容器の内部に送り込むポンプ装置を備えた封入容器が用いられる。

【0140】

この具体的な実施形態が図８に示される。この図においては、ポンプ装置５が封入容器の内側に模式的に示されている。

【0141】

任意選択で（図８にも表現される）、コア体が、封入容器の中にプラズマガスを導入するためのダクト２３を含むことができる。

【0142】

この実施形態は、プラズマ内部において化学反応が実行される場合（例えば排出物質の処理の場合）に有利である。この場合は、プラズマガスの更新と反応生成物の排出とが必要だからである。

【0143】

ポンプ装置５と、場合によって設けられるダクト２３とによって、動的モードにおける運転圧力またはガス流れを制御することが可能である。

【0144】

高い電磁パワーレベルを使用する場合には、アプリケータの冷却が必要になる場合がある。

【0145】

この冷却は、同軸アセンブリの中心コア体および／または外側の導体の内側に適切な流体（例えば水）を循環させることによって実現できる。

【0146】

マイクロ波伝播用の空間２２内に、誘電体の冷却流体を循環させることも可能である。

【0147】

この循環を可能にする流路の規定および実施はそれ自体既知であり、当該の技術的制限に応じて、当業者が使用し得るものである。

【0148】

非常に高い電力レベルで作動させる場合は、誘電体の管も冷却する必要があるであろう。

【0149】

これは、誘電体の流体を、その管の厚さの内部および／またはその誘電体の管の内側に循環させることによって実施できる（後者は、プラズマが管の外側に生成される場合）。

【0150】

一般的に、表面波プラズマは静的磁界が存在しない場合に生成されるが、これは、（管の方向の）軸方向磁界を印加することができる低圧の場合を除いてのことである。低圧においては、軸方向磁界を印加して、プラズマの半径方向の閉じ込めを改善し（管の壁面上におけるプラズマ損失の低減）、および／または、電子サイクロトロン共鳴におけるプラズマの励起を生成することができる。

【0151】

図９に示す第１の簡素化された実施形態を、同軸構造の中心コア体２０の端部に、補助的な円筒形の磁石２００を差し込むことによって得ることができる。

【0152】

さらに有利な別の実施形態は、電子サイクロトロン共鳴（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：ＥＣＲ）モードの利用を可能にする。

【0153】

電子サイクロトロン共鳴においては、（コイルまたは永久磁石によって生成し得る）磁界の強さが、磁界内の電子の旋回周波数がマイクロ波の電界の周波数ｆ_０に等しくなるような強さ、あるいは、
ｆ_０＝ｅＢ_０／２πｍ_ｅ （１）
が成り立つような強さであれば、電子は、マイクロ波の電界によって非常に効率的に加速される。上式において、ｍ_ｅは電子の質量、−ｅは電子の電荷、Ｂ_０は、マイクロ波周波数ｆ_０における電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）に対応する磁界の強さである。

【0154】

衝突がない場合には、いわゆる高速電子の軌道、すなわち、磁界内において電子サイクロトロン共鳴に加速される電子の軌道は、磁力線の回りのらせん運動になる。

【0155】

この共鳴モードを実現するため、アプリケータは、図１０に示すように、
−中心コア体２０の端部に配置される円筒形の永久磁石２００であって、その磁化方向（矢印によって模式的に示される）が軸Ｘに平行であると共に、中心コア体２０の半径とほぼ同じ半径を有する永久磁石２００（具体的には、その円筒形の磁石は、中心コア体の半径より僅かに小さい半径を有することができ、かつ、中心コア体の端部に構成される円筒形の凹部に収納できる）と、
−同軸アセンブリの外側の導体２１の端部に配置される環状の磁石２０１であって、その磁化方向（矢印によって模式的に示される）が、軸Ｘに平行であると共に、前記円筒形の磁石２００の磁化方向と一致している磁石２０１と、
を含む。

【0156】

前記の環状の磁石は、外側の導体２１の内半径にほぼ等しい内半径を有することが望ましい。この内半径は、符号Ｒで示すマイクロ波伝播用の環状容積２２の外半径に合致する。具体的には、環状の磁石は、外側の導体の内径より僅かに大きい内径と、外側の導体の外径より小さい外径とを有することができ、外側の導体の端部に構成される環状の凹部に収納できる。

【0157】

磁石は、任意の適切な手段によって同軸アセンブリに恒久的に取り付けることができる。

【0158】

円筒形の磁石２００および環状の磁石２０１の磁化は、アプリケータの射出面Ｙから離れた領域において、アプリケータによって生成されるマイクロ波電界との電子サイクロトロン共鳴カップリングを提供するのに適した磁界を形成するように選択される。

【0159】

これは、前記の磁石２００および２０１の磁化が、アプリケータの射出面Ｙから離れた位置において、供給されるマイクロ波周波数に対応する電子サイクロトロン共鳴を可能にする前記の式（１）による強さＢ_０を有する磁界を発生させるのに十分であることを想定している。

【0160】

２．４５ＧＨｚのマイクロ波による電子サイクロトロン共鳴におけるプラズマ励起用としては、共鳴条件（Ｂ_０＝８７５ガウス）を、例えばサマリウムコバルト製の従来型の永久磁石によって得ることが可能である。

【0161】

他方、円筒形の磁石２００および環状の磁石２０１は、電子サイクロトロンカップリング領域を、アプリケータの軸Ｘにほぼ平行な方向に貫通する磁力線の発生を可能にする。

【0162】

この効果は、環状の磁石２０１の外半径および磁化の適切な選択によって得られる。

【0163】

実際、環状の磁石２０１が呈する外径が大きければ大きい程、それだけ、アプリケータから離れた位置に生成される磁界の等強度線が、大きな半径にわたってアプリケータの射出面Ｙに平行な状態に残留する。

【0164】

電子サイクロトロン共鳴領域は、半径方向において、マイクロ波電界が最強の領域によってその範囲が画定されるので、この領域の半径より遥かに大きい外半径を有する環状の磁石を使用すると、アプリケータの射出面Ｙにほぼ平行なＥＣＲ領域を得ることが可能になる。

【0165】

この強力な電界領域は、アプリケータの半径の２倍の程度の半径にわたって広がることが考えられる。

【0166】

その結果、環状の磁石２０１がその強力な電界領域の半径より大きい外半径を有する場合は、ＥＣＲ領域は、半径２Ｒのその全域にわたってアプリケータの射出面にほぼ平行である。

【0167】

他方、２Ｒより大きい外半径を有する環状の磁石２０１が存在しているために、アプリケータの射出面に位置する磁極から出て反対側の磁極に達する磁力線は、それらが半径２Ｒの領域Ｚ_ＲＣＥを貫通する間、この領域の周縁においても、アプリケータの軸Ｘにほぼ平行のままである。

【0168】

換言すれば、環状の磁石は、ＥＣＲ領域の周縁において磁力線を「真直化する（ｓｔｒａｉｇｈｔｅｎｉｎｇ）」効果を有する。

【0169】

本発明の別の実施形態によれば、誘電体の管の外壁面に沿って環状の表面波プラズマを生成することが要求される場合には、プラズマがそれに沿って生成される管の直径より大きい直径を有する誘電体の閉じ込め管であって、プラズマ生成管と同心に配置される閉じ込め管によって、そのプラズマを閉じ込めることが有利であり得る。

【0170】

従って、プラズマと、そのプラズマがそれに沿って生成される誘電体の管との間の界面において最大になる電磁界を、その管の回りに広がる環状のガス容積によって吸収できる。

【0171】

これによって、外部への電磁放射を制限することが可能になる。

【0172】

この実施形態を図１１Ａに示す。

【0173】

誘電体のプラズマ閉じ込め管は参照符号６で示されている。

【0174】

同軸アセンブリに対して反対側の管６の端部は閉止されているので、管６は、プラズマガスを保持し得る封入容器を構成する。

【0175】

従って、特定の一実施形態によれば、誘電体の閉じ込め管が光電球の外被を構成できる。

【0176】

プラズマがそれに沿って生成される誘電体３は、同軸アセンブリに対して反対側のその端部において開放または閉止することが可能である。

【0177】

従って、３つのプラズマ発生形態が得られる。

【0178】

第１の場合においては、管３が開放型であるので、管３の内側がその管の外側と連通しており、これによって、管３の内側および外側の両者においてプラズマを発生させることが可能になり、そのプラズマは、管６によって外側から閉じ込められる。

【0179】

第２の場合においては、管３は、閉止されて真空にされるか、あるいは、例えば固体形態の誘電体材料で充満される。プラズマガスは、管３の外側において、閉じ込め管６の内側に封入される。従って、プラズマは、管３および６の間の環状の容積の内部に形成される。

【0180】

最後に第３の場合においては、管３は、閉止されてプラズマガスを封入する。管６はプラズマガスを含まない。従って、プラズマは管３の内側にのみ形成される。

【0181】

誘電体の閉じ込め管６は、同軸アセンブリの外側の管状の導体２１内に、深さｐまで埋め込むことが有利である。

【0182】

この埋め込みは、プラズマが生成される誘電体の管３の場合に生じるのと同様に、前記閉じ込め管の射出面におけるＨＦ電界の２つの成分、すなわち軸方向および半径方向の成分の形成に有利に働く効果を有する。

【0183】

深さｐは（２ｋ＋１）λ／４にほぼ等しくすることが有利である。この式において、ｋは整数、λは、同軸アセンブリの中に挿入される誘電体の管３の内部に伝播する電磁波の波長である。

【0184】

従って、電界の波腹（最大値）はアプリケータの射出面において得られる。

【0185】

前記の波長λは次式によって得られる。
λ＝λ_０／ε^１／２
但し、λ_０は、真空または空気中を伝播する電磁波の波長、εは、真空の誘電率に対する閉じ込め管６の誘電体材料の相対的な誘電率である。

【0186】

好ましくは、装置の小型化に有利にするために、ｋ＝０が選択される。すなわち、換言すれば、閉じ込め管の埋め込みの深さはλ／４の程度である。

【0187】

図１１Ａに見られるように、外側の導電体はアプリケータの射出面Ｙから突き出ている肩部２１ａを有することができる。

【0188】

この肩部によって、電磁波が、射出面において、誘電体の閉じ込め管６の半径方向の外側に伝播することを避けることができる。

【0189】

図１１Ｂは、比較のために、閉じ込め管６が外側の導電体２１の射出表面と単に接触しているだけの状況を表している。

【0190】

この場合は、外側の導電体２１の前記表面に垂直なＨＦ電界の軸方向成分のみが存在し、これは表面波の投射には好ましくないが、逆に、この形態は、外側の導体２１の表面上における電磁波の半径方向の伝播には有利である。

【0191】

本発明の異なるいくつかの実施形態に適合するアプリケータは、いくつかの用途においては、広域投射源を形成するために、ユニットとして、または結合して有利に使用できる。

【0192】

これらの用途として、照明、表面処理実施用の広域プラズマ源の形成（複数個のアプリケータを１つの同じ封入容器の中で結合することによる）、マイクロエレクトロニクスおよびナノテクノロジー用のエッチング、排気ガスの処理、プラズマ殺菌、非荷電化学種源、フォトン源、あるいはイオン推進を挙げることができるが、これに限定されない。

【0193】

実際、本発明によって、前記の既存装置の欠点を是正することが可能である。

【0194】

特に、このアプリケータは、既存の装置より著しく簡素な設計および製造しか必要とせず、しかも広範囲の周波数（ＲＦおよびマイクロ波）に適している。

【0195】

さらに、アプリケータの半径方向の必要空間は、同軸アセンブリの半径方向の必要空間（通常、外側の管状の導体の外径）によって決定され、これは、一般的に、図２Ａおよび２Ｂに示すサーファトロンおよびサーファガイドのような接線波投射装置の半径方向の必要空間より大幅に小さい。

【0196】

一例として、同軸のアプリケータの直径は１〜２ｃｍの程度であり、一方、サーファガイドの寸法は電磁波の波長の程度である。

【0197】

他方、アプリケータは、使用される電磁波の周波数に応じて、従来型のインピーダンス整合装置によって作動するので、体積を要しかつコスト高の装置の使用を必要としない。

【0198】

表面波は一方向（すなわち、同軸アセンブリ２に対して反対側の誘電体の管３の端部３３の方向）のみにしか投射されないので、エネルギーの損失はない。

【0199】

従って、アプリケータのエネルギーの有効性は最適である。

【0200】

最後に、前記のように、このアプリケータは、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）によるカップリングに容易に適応させることができ、プラズマを低圧において形成しかつ維持できる。

【0201】

アプリケータに適用されるべき構造的変更は、実際のところ最低限度のものである。前記のように、同軸アセンブリの中心コア体の端部と外側の導体の端部とに永久磁石を配置することで十分だからである。

【0202】

参考文献
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［２］Ｍ．Ｍｏｉｓａｎ、Ａ．Ｓｈｉｖａｒｏｖａ、Ａ．Ｗ．Ｔｒｉｖｅｌｐｉｅｃｅ、「プラズマカラムに沿う表面波の伝播に関する実験的研究（Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｕｒｆａｃｅ ｗａｖｅｓ ａｌｏｎｇ ａ ｐｌａｓｍａ ｃｏｌｕｍｎ）」、Ｐｌａｓｍａ Ｐｈｙｓｉｃｓ、Ｖｏｌ．２４、Ｎｏ．１１、ｐｐ．１３３１−１４０００、１９８２
［３］Ｍ．ＭｏｉｓａｎおよびＪ．Ｐｅｌｌｅｔｉｅｒ編「マイクロ波励起プラズマ（Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｅｘｃｉｔｅｄ Ｐｌａｓｍａｓ）」中のＭ．Ｍｏｉｓａｎ、Ｚ．Ｚａｋｒｚｅｗｓｋｉ、「表面波プラズマ源（Ｓｕｒｆａｃｅ ｗａｖｅ ｐｌａｓｍａ ｓｏｕｃｅｓ）」、Ｅｌｓｅｖｉｅｒ、Ａｍｓｔｅｒｄａｍ（１９９２年１１月）、Ｃｈａｐｔｅｒ ５、ｐｐ．１２３−１８０、図５．１３
［４］Ｏｌｅｇ Ａ．Ｐｏｐｏｖ編「高密度プラズマ源（Ｈｉｇｈ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｐｌａｓｍａ Ｓｏｕｒｃｅｓ）」中のＭ．Ｍｏｉｓａｎ、Ｊ．Ｍａｒｇｏｔ、Ｚ．Ｚａｋｒｚｅｗｓｋｉ、「表面波プラズマ源（Ｓｕｒｆａｃｅ ｗａｖｅ ｐｌａｓｍａ ｓｏｕｃｅｓ）」、Ｎｏｙｅｓ Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ、パークリッジ、ニュージャージー州（１９９５）、Ｃｈａｐｔｅｒ ５、ｐｐ．１９１−２５０

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11A】

【図11B】