等离子体炬

等离子炬（也称为等离子弧、等离子枪、等离子切割机或等离子管）是一种用于产生定向等离子流的装置。

等离子射流可用于等离子切割、等离子弧焊、等离子喷涂和用于废物处理的等离子气化等应用。

热等离子体是通过直流电 (DC)、交流电 (AC)、射频 (RF) 和其他放电在等离子炬中产生的。 直流手电筒是最常用和研究最多的，因为与交流电相比：闪烁和噪音更少，运行更稳定，控制更好，最少两个电极，电极消耗更低，耐火材料[热]磨损略低， 更低的功耗。

有两种类型的直流手电筒：非转移式和转移式。 在非转移式直流焊炬中，电极位于焊炬本身/外壳内（在那里产生电弧）。 而在转移焊炬中，一个电极在外部（通常是要处理的导电材料），允许电弧在焊炬外部形成更大的距离。

转移式直流焊炬的一个好处是等离子弧在水冷体外部形成，从而防止热量损失——与非转移式直流焊炬的情况一样，其电热效率可低至 50%， 但热水本身可以利用。 此外，转移式直流火炬可用于双火炬设置，其中一个火炬为阴极，另一个为阳极，这具有常规转移式单火炬系统的早期优势，但允许它们与非导电材料一起使用，因为 不需要它形成另一个电极。 然而，这些类型的设置很少见，因为大多数常见的非导电材料不需要等离子割炬的精确切割能力。 此外，这种特殊等离子体源配置产生的放电具有复杂的形状和流体动力学特征，需要 3D 描述才能预测，从而导致性能不稳定。 非转移式割炬的电极较大，因为它们受到等离子弧的磨损更大。

产生的等离子体质量是密度（压力）、温度和炬功率（越大越好）的函数。 关于手电筒本身的效率——这可能因制造商和手电筒技术而异； 尽管例如，Leal-Quirós 报告说，西屋等离子公司的火炬“很容易达到 90% 的热效率； 效率表示离开割炬并进入过程的电弧功率的百分比”。

在直流火炬中，电弧在电极（可以由铜、钨、石墨、银等制成）之间形成，热等离子体由载流子/工作气体的连续输入形成，向外突出为 等离子射流/火焰（如相邻图像所示）。 在直流火炬中，载气可以是例如氧气、氮气、氩气、氦气、空气或氢气； 尽管这样称呼，但它不一定是气体（因此，更好地称为载液）。

例如，捷克共和国布拉格等离子体物理研究所 (IPP) 的研究型等离子体炬与 H2O 涡流（以及添加少量氩气以点燃电弧）一起工作，并产生高温/高速等离子体 火焰。

事实上，电弧稳定的早期研究采用了水涡流。 总的来说，电极材料和载液必须特别匹配，以避免电极过度腐蚀或氧化（以及待处理材料的污染），同时保持充足的功率和功能。

此外，如果电弧电流足够大，则可以提高载气的流速以促进更大、更突出的等离子射流； 反之亦然。

真正的等离子炬的等离子火焰最多只有几英寸长； 它有别于虚构的远程等离子武器。