شعلة البلازما

يوجد نوعان من مشاعل التيار المستمر: مشاعل غير ناقلة ومشاعل ناقلة. في المشاعل غير الناقلة، تكون الأقطاب الكهربائية داخل جسم/غلاف المشعل نفسه (مما يُنشئ القوس الكهربائي هناك). أما في المشاعل الناقلة، فيكون أحد الأقطاب الكهربائية خارج جسم المشعل (ويكون عادةً هو المادة الموصلة المراد معالجتها)، مما يسمح للقوس الكهربائي بالتشكل خارج المشعل على مسافة أكبر.

من مزايا مشاعل التيار المستمر المنقولة أن قوس البلازما يتشكل خارج الجسم المبرد بالماء، مما يمنع فقدان الحرارة، على عكس المشاعل غير المنقولة التي قد تصل كفاءتها الكهربائية الحرارية إلى 50% فقط، مع إمكانية الاستفادة من الماء الساخن نفسه. ^{[ 6 ]} علاوة على ذلك، يمكن استخدام مشاعل التيار المستمر المنقولة في نظام ثنائي الشعلة، حيث تكون إحداهما كاثودية والأخرى أنودية ، مما يوفر مزايا نظام الشعلة المنفردة المنقولة، ولكنه يسمح باستخدامها مع المواد غير الموصلة ، إذ لا حاجة لتكوين القطب الآخر. ^{[ 5 ]} مع ذلك، فإن هذا النوع من الأنظمة نادر، لأن معظم المواد غير الموصلة الشائعة لا تتطلب دقة القطع التي توفرها مشاعل البلازما. إضافة إلى ذلك، يتميز التفريغ الناتج عن هذا التكوين المحدد لمصدر البلازما بشكل معقد وديناميكيات سائلة تتطلب وصفًا ثلاثي الأبعاد للتنبؤ به، مما يجعل الأداء غير مستقر. تكون أقطاب الشعلات غير المنقولة أكبر حجماً، لأنها تتعرض لمزيد من التآكل بفعل قوس البلازما.

تعتمد جودة البلازما المنتجة على الكثافة (الضغط) ودرجة الحرارة وقوة الشعلة (كلما زادت القوة كان ذلك أفضل). أما بالنسبة لكفاءة الشعلة نفسها، فهي تختلف بين الشركات المصنعة وتقنيات الشعلة؛ فعلى سبيل المثال، يشير ليال-كيروس إلى أنه بالنسبة لشعلات شركة وستنجهاوس بلازما، "يمكن بسهولة تحقيق كفاءة حرارية تصل إلى 90%؛ وتمثل هذه الكفاءة النسبة المئوية لطاقة القوس الكهربائي الخارجة من الشعلة والداخلة في العملية". ^{[ 7 ]}

في شعلة التيار المستمر، يتشكل القوس الكهربائي بين الأقطاب الكهربائية (التي يمكن أن تكون مصنوعة من النحاس أو التنجستن أو الجرافيت أو الفضة، إلخ)، وتتشكل البلازما الحرارية من التدفق المستمر للغاز الحامل/العامل، الذي يندفع للخارج على شكل نفاث/لهب بلازما (كما هو موضح في الصورة المجاورة). في شعلات التيار المستمر، يمكن أن يكون الغاز الحامل، على سبيل المثال، الأكسجين أو النيتروجين أو الأرجون أو الهيليوم أو الهواء أو الهيدروجين؛ ^{[ 5 ]} وعلى الرغم من تسميته كذلك، فإنه ليس بالضرورة أن يكون غازًا (لذا، من الأنسب تسميته سائلًا حاملًا).

على سبيل المثال، يعمل موقد بلازما بحثي في ​​معهد فيزياء البلازما (IPP) في براغ، جمهورية التشيك، باستخدام دوامة من _الماء ( مع إضافة كمية قليلة من الأرجون لإشعال القوس الكهربائي)، وينتج لهب بلازما عالي الحرارة والسرعة. ^{[ 6 ]} في الواقع، استخدمت الدراسات المبكرة لتثبيت القوس الكهربائي دوامة مائية. ^{[ 8 ]} عمومًا، يجب مطابقة مواد الأقطاب الكهربائية وسوائل النقل بدقة لتجنب التآكل أو الأكسدة المفرطة للأقطاب الكهربائية (وتلوث المواد المراد معالجتها)، مع الحفاظ على كفاءة الطاقة والوظيفة.

علاوة على ذلك، يمكن زيادة معدل تدفق الغاز الحامل لتعزيز نفاثة بلازما أكبر وأكثر بروزًا، بشرط زيادة تيار القوس بشكل كافٍ؛ والعكس صحيح.

يبلغ طول لهب البلازما في شعلة البلازما الحقيقية بضع بوصات على الأكثر؛ ويجب تمييزه عن أسلحة البلازما الخيالية بعيدة المدى .