Plasma indutivamente acoplado - Inductively coupled plasma
Um plasma indutivamente acoplado ( ICP ) ou plasma acoplado a transformador ( TCP ) é um tipo de fonte de plasma em que a energia é fornecida por correntes elétricas que são produzidas por indução eletromagnética , ou seja, por campos magnéticos variáveis no tempo .
Operação
Existem três tipos de geometrias de ICP: planar (Fig. 3 (a)), cilíndrica (Fig. 3 (b)) e meio toroidal (Fig. 3 (c)).
Na geometria plana, o eletrodo é um pedaço de metal plano enrolado como uma espiral (ou bobina). Na geometria cilíndrica, é como uma mola helicoidal . Na geometria meio toroidal, é um solenóide toroidal cortado ao longo de seu diâmetro principal em duas metades iguais.
Quando uma corrente elétrica variável no tempo é passada através da bobina, ela cria um campo magnético variável no tempo em torno dela, com fluxo
,
onde r é a distância ao centro da bobina (e do tubo de quartzo).
De acordo com a lei de indução de Faraday-Lenz , isso cria força eletromotriz azimutal no gás rarefeito :
,
que corresponde a intensidades de campo elétrico de
,
levando à formação das trajetórias de elétrons de figura 8, proporcionando uma geração de plasma. A dependência de r sugere que o movimento do íon gás é mais intenso na região externa da chama, onde a temperatura é maior. Na tocha real, a chama é resfriada externamente pelo gás de resfriamento, de forma que a parte externa mais quente esteja em equilíbrio térmico. A temperatura atinge 5.000-6.000 K. Para uma descrição mais rigorosa, consulte a equação de Hamilton-Jacobi em campos eletromagnéticos.
A frequência da corrente alternada usada no circuito RLC que contém a bobina, geralmente 27-41 MHz. Para induzir o plasma, uma faísca é produzida nos eletrodos na saída do gás. O argônio é um exemplo de gás rarefeito comumente usado. A alta temperatura do plasma permite a determinação de muitos elementos, e além disso, para cerca de 60 elementos o grau de ionização na tocha ultrapassa 90%. A tocha ICP consome ca. 1250–1550 W de potência, mas isso depende da composição elementar da amostra (devido às diferentes energias de ionização ).
Os ICPs têm dois modos de operação, chamados de modo capacitivo (E) com baixa densidade de plasma e modo indutivo (H) com alta densidade de plasma, e a transição do modo de aquecimento E para H ocorre com entradas externas.
Formulários
As temperaturas dos elétrons no plasma podem variar entre ~ 6.000 K e ~ 10.000 K (~ 6 eV - ~ 100 eV), e geralmente são várias ordens de magnitude maiores do que a temperatura das espécies neutras. As temperaturas de descarga do plasma de argônio ICP são tipicamente de ~ 5.500 a 6.500 K e são, portanto, comparáveis às alcançadas na superfície ( fotosfera ) do sol (~ 4.500 K a ~ 6.000 K). As descargas de ICP são de densidade eletrônica relativamente alta, da ordem de 10 15 cm -3 . Como resultado, as descargas de ICP têm amplas aplicações onde um plasma de alta densidade (HDP) é necessário.
- ICP-AES , um tipo de espectroscopia de emissão atômica .
- ICP-MS , um tipo de espectrometria de massa .
- ICP-RIE , um tipo de ataque de íon reativo .
Outro benefício das descargas de ICP é que elas são relativamente livres de contaminação, porque os eletrodos estão completamente fora da câmara de reação. Em contraste, em um plasma capacitivamente acoplado (CCP), os eletrodos são frequentemente colocados dentro do reator e, portanto, são expostos ao plasma e às espécies químicas reativas subsequentes.
Veja também
- Propulsor indutivo pulsado
- Tecnologia de plasma de indução
- Lista de artigos de física de plasma
- Plasma capacitivamente acoplado