Plasma rece

Plasma

Plasma, a patra stare a materiei reprezintă amestecuri de ioni, electroni, atomi, radicali sau molecule neutre/excitate cu energie superioară superioară stării neutre. Descărcările electrice de tip plasmă rece sunt caracterizate de speciile active şi radicali metastabili. Descărcările de tip “plasmă rece” sunt produse de reactoarele electrochimice de tip Corona, „barieră dielectrică” (DBD) şi Glidarc. Reactoarele electrochimice cu “plasmă rece” sunt folosite în multe aplicaţii industriale.

În natură, materia se găseşte în stare solidă, lichidă sau gazoasă. La temperaturi foarte înalte, moleculele pot absoarbe o cantitate enormă de energie, acest lucru făcându-le să se deplaseze în mod dezordonat. Cu energia absorbită, ele se pot disocia în atomi şi din cauza deplasărilor lor dezordonate, aceste molecule sau aceşti atomi se pot diviza în ioni şi electroni. Astfel, încălzirea excesivă a materiei este mereu însoţită de ionizare, mediul rămâne în ansamblu neutru din punct de vedere electric.

Această stare ionizată se numeşte plasmă. Uneori este denumită a patra stare a materiei. Plasmele sunt deci amestecuri de ioni, de electroni, de atomi, de radicali sau de molecule neutre şi/sau excitate având energia internă superioară stării neutre.

Sursele plasmei

- în natură se găseşte în ionosferă

- produsă în reacţiile nucleare

- se poate genera plecând de la o sursă de hiperfrecvenţă

- formată prin încălzire directă urmată de închidere într-o regiune a spaţiului cu ajutorul unui câmp magnetic

- obţinută prin descărcări electrice

Caracteristicile plasmei

Plasma este caracterizată de starea componenţilor săi:

- densitate, care este definită de numărul de particule pe unitate de volum (ne – densitatea electronică, ni – densitatea ionică, n0 – densitatea particulelor neutre)

- temperatura cinetică (Te – temperatura electronilor, Ti – temperatura ionilor, T0 – temperatura particulelor neutre)

- gradul de ionizare α

Dacă presupunem că plasma nu este formată din ioni pozitivi, α este definită de raportul dintre numărul de ioni formaţi şi numărul total al compuşilor.

- gazul este ionizat puţin

- gazul este puternic ionizat

Tipurile de plasmă

- plasma termică

- plasma în afara echilibrului termic sau “plasma rece”

- plasma călduţă : efluviul electric

Dacă se consideră caracteristica tensiune – curent, U(I), proprie descărcărilor în gaze, Fig.1., se pot identifica tipurile posibile de descărcări electrice numite « plasmă rece » şi anume : - descărcările electrice de tip Corona; - descărcările de tip barieră dielectrică (DBD); - descărcările de tip luminiscente ; - descărcările electrice alunecătoare (Glidarc sau arc rampant).

Fig.1.

Manifestarea acestor descărcări electrice depinde de natura gazului, de parametrii termodinamici ai acestuia (presiune, temperatură, densitate de purtători de sarcină etc.), dar şi de sursa de alimentare şi de parametrii electrici ai circuitului (tensiunea la gol U0 a sursei sau rezistenţa electrică a circuitului, R). În ceea ce priveşte sursa de alimentare de înaltă tensiune, aceasta poate fi de curent continuu, de curent alternativ de frecvenţă industrială (50 Hz) sau de înaltă frecvenţă (radiofrecvenţă sau chiar microunde), respectiv sursa de impulsuri de înaltă tensiune pentru descărcările de tip DBD.

Plasma rece

Din punct de vedere al parametrilor fizici specifici, consideraţi de obicei în domeniul plasmei, aceste descărcări electrice se manifestă în afara echilibrului termodinamic, cu valori ale temperaturii medii la nivelul descărcării, de (200-400) [°C], cu valori ale gradului de ionizare sub 0,01 şi cu diferenţe semnificative între temperatura electronilor, Te şi temperatura gazului (a ionilor pozitivi), Tg, aşa cum se poate urmări în Fig.2. Echilibrul termodinamic presupune valori apropiate ale temperaturilor absolute ale electronilor şi respectiv ale ionilor pozitivi ce intervin în zona de descărcare electrică.