电感耦合等离子体

电感耦合等离子体 (ICP) 或变压器耦合等离子体 (TCP) 是一种等离子体源，其中能量由电磁感应产生的电流提供，即由时变磁场产生。

ICP 几何形状分为三种类型：平面（图 3 (a)）、圆柱（图 3 (b)）和半环形（图 3 (c)）。

在平面几何中，电极是一段像螺旋（或线圈）一样缠绕的扁平金属。 在圆柱几何中，它就像一个螺旋弹簧。 在半环形几何形状中，它是环形螺线管沿其主直径切成相等的两半。

当时变电流通过线圈时，它会在其周围产生一个时变磁场，磁通量

Φ = π r 2 H = π r 2 H 0 cos ⁡ ω t

其中 r 是到线圈（和石英管）中心的距离。

根据法拉第-楞次感应定律，这会在稀薄气体中产生方位角电动势：

U = − d Φ d t

这对应于电场强度

E = U 2 π r = ω r H 0 2 sin ⁡ ω t

导致形成提供等离子体生成的 8 字形电子轨迹。 对 r 的依赖性表明气体离子运动在火焰的外部区域最为强烈，那里的温度最高。 在真正的火炬中，火焰由冷却气体从外部冷却，因此最热的外部处于热平衡状态。 那里的温度达到 5 000–6 000 K。更严格的描述参见电磁场中的 Hamilton-Jacobi 方程。

包含线圈的 RLC 电路中使用的交流电频率通常为 27~41MHz。 为了诱发等离子体，在气体出口处的电极处产生火花。 氩气是一种常用的稀薄气体的例子。 等离子体的高温允许测定许多元素，此外，约有 60 种元素在炬管中的电离度超过 90%。 ICP 手电筒消耗 c。 1250–1550W 的功率，但这取决于样品的元素组成（由于不同的电离能量）。

ICP 有两种工作模式，称为具有低等离子体密度的电容 (E) 模式和具有高等离子体密度的电感 (H) 模式，并且 E 到 H 加热模式转换发生在外部输入时。

等离子体电子温度的范围介于 ~6,000 K 和 ~10,000 K（~6 eV - ~100 eV）之间，通常比中性物质的温度高几个数量级。 氩 ICP 等离子体放电温度通常为 ~5,500 至 6,500 K，因此与太阳表面（光球层）达到的温度（~4,500 K 至 ~6,000 K）相当。 ICP 放电具有相对较高的电子密度，大约为 1015 cm−3。 因此，ICP 放电在需要高密度等离子体 (HDP) 的地方有广泛的应用。

ICP 放电的另一个好处是它们相对没有污染，因为电极完全位于反应室之外。 相比之下，在电容耦合等离子体 (CCP) 中，电极通常放置在反应器内部，因此会暴露在等离子体和随后的反应性化学物质中。