Plasma (fysiikka)

Plasma plasmalampussa
Magneettisesti deformoitunut plasma
Plasma aurinkoilmakehässä
Salamat
revontulet
Ilmakehän plasmasuihku plasmaleikkaukseen GHz-plasmaa käyttämällä
Kuuman plasman aikana paluuta of Discovery aikana STS-42

Fysiikassa plasma ( antiikin kreikan kielestä πλάσμα plásma , saksaksi 'muodostunut, muodostunut' ) on hiukkasten seos ioneja , vapaita elektroneja ja enimmäkseen myös neutraaleja atomeja tai molekyylejä. Plasma sisältää siis ilmaisia varauksen kantajia . Ionisaatioaste of plasma voi olla pienempi kuin 1%, mutta myös 100% (täydellinen ionisaatio). Plasman olennainen ominaisuus on niiden sähkönjohtavuus .

Plasman nimi on peräisin Irving Langmuirista (1928). Koska plasmatila voidaan muodostaa aggregaasin kaasumaisesta tilasta lisäämällä energiaa , sitä kutsutaan usein neljänneksi aggregaatiotilaksi. Internetissä kiertävä kuvaus, jonka mukaan Fritz Winkler löysi plasman vuonna 1921, ei ole oikea; Vuonna 1922 hän patentoi leijupedin, jota kutsutaan uudeksi, joskus myös "neljänneksi aggregaatiotilaksi".

ominaisuudet

Plasman ominaisuudet riippuvat läsnä olevista lajeista (elektronit, positiiviset ja negatiiviset ionit, neutraalit atomit, neutraalit ja varautuneet molekyylit), niiden tiheyksistä ja lämpötiloista (joiden ei tarvitse olla samanlaisia) ja sen avaruusrakenteesta, erityisesti varauksesta ja virrat, sähköiset ja magneettikentät. Erityistapauksissa on vain varautuneita hiukkasia, elektroneja ja ioneja ja / tai varautuneita molekyylejä (täysin ionisoitunut plasma).

Hiukkastiheyksistä , lämpötiloista ja kenttien (esim. Sähkö- , magneetti- tai gravitaatiokentät ja niiden yhdistelmät) suhteellisesta voimakkuudesta riippuen plasmat voivat käyttäytyä kuin kaasut , mutta ne voivat myös käyttäytyä täysin eri tavalla. Tietyissä tapauksissa plasmaa voidaan yksinkertaisesti kuvata sähköä johtavaksi kaasuksi käyttämällä magnetohydrodynamiikkaa . Yleensä on kuitenkin otettava huomioon myös kuljetusprosessit (säteilykuljetukset, lämpöenergian siirto, hiukkaskuljetus, impulssikuljetukset) sekä muut prosessit, jotka määrittävät plasman koostumuksen (mukaan lukien ionisaatio, rekombinaatio, dissosiaatio, molekyyli ja / tai eksitonin muodostuminen ja lajien kemialliset reaktiot aiheuttavat viritys- ja absorptioprosesseja), jotta täydellinen kuvaus voi tulla paljon monimutkaisemmaksi.

Plasmat voidaan karakterisoida muun muassa seuraavilla kolmella ominaisuudella:

  1. Debye pituus on pieni verrattuna mitat.
  2. Plasma parametri (partikkelien lukumäärä pallo, jonka säde on yhtä kuin Debye pituus) on suuri.
  3. Purkausten välinen aika on pitkä verrattuna plasman värähtelyjen jaksoon .

Plasmat ovat yleensä lähes neutraaleja; toisin sanoen ionien ja elektronien varaukset ovat suunnilleen tasapainossa. Net varaustiheys on hyvin pieni verrattuna elektronitiheys. Poikkeukset rajoittuvat alueille, joiden koko on Debye-pituusaste, esim. B. reunakerroksessa .

Ionimassan ja elektronimassan suhde on suuri, vähintään 1836 (vetyplasman osalta). Tästä voidaan johtaa monia plasmien ominaisuuksia.

Plasmoille on tunnusomaista niiden tyypillinen hehku, joka aiheutuu viritettyjen kaasuatomien, -ionien tai -molekyylien säteilyemissiosta. Poikkeuksena ovat plasmat, jotka ovat erittäin kylmiä (kuten avaruudessa usein tapahtuu) tai jotka ovat niin kuumia, että atomit ionisoituvat kokonaan (kuten tähtien keskellä).

Nimitykset

Jos on neutraalia hiukkaskomponenttia, jonka kineettinen energia on pieni verrattuna vapaiden varauksen kantajien kineettiseen energiaan, tähän viitataan usein taustakaasuna tai myös neutraalina kaasuna .

Olemassa olevien tai hallitsevien ominaisuuksien mukaan plasmille annetaan usein tarkempia nimiä. Joten puhutaan z. B. korkea- tai matalapaineplasmasta, kylmästä tai kuumasta, ei-ihanteellisesta tai tiheästä plasmasta. Plasman komponentteja voidaan käyttää myös sellaisten merkitsemiseen. Elohopeaplasma korkeapaineessa. Lisäksi generointimekanismilla on myös rooli plasmojen karakterisoinnissa: Esimerkiksi jalokaasun matalapainepurkaus tarkoittaa sähköisesti tuotettua jalokaasuplasmaa, jolla on alhainen plasman paine.

In hiukkasfysiikan , kvasi-free-tilassa kvarkkien ja gluonit on analogisesti kutsutaan kvarkki-gluoniplasma .

Tapahtuma

Taivaankappaleiden välisessä tilassa oleva ohut aine , kuten aurinkotuuli tai tähtienvälinen aine , on osittain plasmatilassa; myös aurinko ja muut tähdet . Yli 99% maailmankaikkeuden näkyvistä aineista on plasmatilassa.

Maapallolla luonnollisia plasmoja löytyy ionosfääristä ja salamoista . Heikosta ionisaatiosta huolimatta (lämpötilasta riippuen) liekeillä on myös joitain plasman ominaisuuksia.

Ei ole olemassa käytännössä käytettävissä luonnollista plasmat on biosfäärin . Siksi plasma on luotava, jotta sitä voidaan käyttää teknisesti. Tämä tehdään yleensä kaasupuristuksen avulla .

Sovellukset

Kuuma plasma tokamakin ydinfuusioreaktorissa
Ionipotkuri

Voidaan käyttää erilaisia ​​plasmassa tapahtuvia kemiallisia tai fysikaalisia prosesseja.

Plasman käyttö voidaan jakaa seuraavasti:

Valotekniikka

Käytetään plasmille tyypillistä hehkua. Nopeiden elektronien ja kaasuatomien tai -molekyylien törmäysprosesseissa plasmassa johtavat siihen, että iskuhiukkasten kuoresta tulevilla elektronilla on energiaa . Tämä energia vapautuu sitten säteilevänä valona myöhempänä ajankohtana. Tuloksena oleva spektri riippuu voimakkaasti läsnä olevista kaasuista, paineesta ja elektronien keskimääräisestä energiasta.

Joissakin tapauksissa emittoitua valoa voidaan käyttää suoraan, esim. Kuten joissakin metallihöyryn korkeapainelampuissa (esim. Natriumlampuissa - vahvan keltaisen valon tunnistamiseksi), joita käytettiin katuvalaistuksessa, käytettiin tai tulivat tietyt jalokaasu - korkeapainepurkaukset (esim. Ksenon ). Muissa tapauksissa, kun päästö tapahtuu enemmän UV-alueella (lähinnä elohopeahöyrylamput ), sähkömagneettinen säteily on muutettava ihmisille näkyväksi valoksi. Tämä saavutetaan fosforeilla, jotka levitetään purkausastioiden seinälle. Ultraviolettisäteily absorboituu luminoivaan materiaaliin ja säteilee taas näkyvänä säteilynä. Esimerkkejä tästä ovat sisävalaistuksessa käytetyt loisteputket ja energiansäästölamput sekä projektorissa ja ulkona käytettävät korkeapaineiset elohopealamput .

Plasmakemialliset sovellukset

Plasman käyttö kemiallisissa reaktioissa perustuu niiden toimittamiin kemiallisesti reaktiivisten molekyylifragmenttien korkeisiin pitoisuuksiin . Aikaisemmin on yritetty käyttää plasmakemiallisia prosesseja teollisesti synteesiin. Monimutkainen plasmakoostumus tekee kuitenkin sellaisista reaktioista hyvin monimutkaisia ​​ja tehotonta. Plasmakemiallisia prosesseja ei siis käytännössä enää käytetä kemiallisessa synteesissä nykyään, vaan vain myrkyllisten kaasujen hävittämiseen.

Esimerkki onnistuneesta sovelluksesta on timanttien synteesi . Timantti kerrostuu plasman pinnalle. Tämä timanttikerros on monikiteinen eikä sillä ole korutimanttien laatua. Tämän kerroksen kasvunopeudet ovat hyvin pieniä (noin 1 pm / h). Siksi paksummat kerrokset ovat erittäin kalliita.

Plasmakemiaa jatketaan laajamittaisesti puolijohdeteollisuudessa . Tässä plasmoja käytetään (kuivaan) syövytykseen ( plasman syövyttämiseen ) ja kerroksen kerrostumiseen PECVD . Päinvastoin kuin valotekniikalla, syövytysprosesseissa käytetään plasman suoraa kosketusta pinnan kanssa materiaalin kohdennetun poiston saavuttamiseksi. Sähkökenttien vaikutuksesta lähellä seinää, jotka ovat tunnusomaisia reunakerroksista , on keskeinen rooli tässä . Plasman sisältämät ionit muodostavat toisen suuren osan etsauksen poistosta. Näitä voidaan kiihdyttää magneettikenttien avulla ja siten saavuttaa lisäohjattu etsauksen poisto. Plasman syövytyksen ei tarvitse liittyä kemiallisesti reaktiivisiin prosesseihin, ja siksi se on fyysinen sovellus.

Fyysiset sovellukset

Plasmaa käytetään plasmaleikkaukseen , plasmahitsaukseen ja juottamiseen plasmapolttimilla . Plasma tuotetaan enimmäkseen sähkökaaren avulla . Uudissa prosesseissa käytetään plasmoja, jotka syntyvät 2,45 GHz: ssä, toimivat kulumattomien kuparielektrodien kanssa ja niitä voidaan käyttää myös hienoimpiin leikkauksiin, skalpellit mukaan lukien.

Lisäksi plasmoja käytetään liimaliitosten esikäsittelyyn (puhdistus ja aktivointi), mikä on nyt tavanomainen prosessi Saksan autoteollisuudessa. Tässä voidaan käyttää kahden tyyppistä plasmaa: Toisaalta matalapaineplasma , joka puhdistaa ja aktivoi pinnat huoneenlämmössä. Tämän tyyppisellä plasmalla on myös mahdollista päällystää tai syövyttää komponentteja hydrofobisella tai hydrofiilisellä tavalla. Viritys tapahtuu täällä enimmäkseen generaattoreiden kautta, joiden taajuudet ovat 40-100 kilohertsiä , 13,56 megahertsiä tai 2,45 gigahertsiä (mikroaaltohälytys). Toisaalta , valokaaren tai kipinän purkautumiseen perustuvia plasmasuihkuja voidaan käyttää myös puhdistukseen ja aktivointiin .

Magnetosfääri plasma dynamiikka kuvaa käyttäytymistä virtaavan plasmoja magneettikentässä. Sähköenergiaa voidaan saada (MHD-generaattori) tai sitä käytetään avaruusalusten kuljettamiseen ( magnetoplasminen dynaaminen käyttövoima ).

Suuritiheyksiset kuumat plasmat - jotka syntyvät laserpulssisäteilytyksellä tai sähköpurkauksilla - toimivat EUV- säteilyn lähteenä. EUV-litografia on potentiaalinen käyttäjä .

Luokitus

Hyvin erilaisten plasmamuotojen luokittelu voidaan tehdä useiden kriteerien perusteella. Yksi niistä on plasmatiheys . Luonnossa esiintyvien plasmojen tiheys vaihtelee yli kymmenen suuruusluokkaa. Plasmalla on erittäin suuri tiheys auringon sisällä, erittäin pieni tiheys vallitsee tähtienvälisissä kaasusumuissa. Plasman fysikaalisten ominaisuuksien erot ovat vastaavasti äärimmäisiä.

Muita parametreja plasmojen erottamiseksi ovat plasman paine ja plasman lämpötila.

Plasman paine

Niiden välillä voidaan tehdä ero

Matalapaineplasmat syntyvät laimennetuissa kaasuissa, joiden paine on merkittävästi alhaisempi kuin ilmakehän paine. Esimerkkejä ovat hehkulamput , aurora borealis tai loisteputket .

Korkeapaineplasmojen tapauksessa plasman paine on merkittävästi korkeampi kuin ilmakehän paine. Tyypillinen esimerkki ovat korkea- ja erittäin korkeapaineiset kaasupurkauslamput . Jopa ukkosmyrskyissä ja kipinöissä paine on hetkeksi erittäin korkea.

Normaalipaineplasmat syntyvät suunnilleen ilmakehän paineessa . Tyypillinen sovellus on dielektriset estepurkaukset , joita käytetään esimerkiksi muovimateriaalien käsittelyssä. Toinen esimerkki on kaaret , kuten sähköhitsauksen aikana esiintyvät kaaret .

Terminen tasapaino

Plasman tärkeä ominaisuus on, missä määrin se on termisessä tasapainossa (TG):

  • Kun paikallinen terminen tasapaino (LTG tai LTE), hiukkaset kaikenlaisten on suunnilleen sama paikallinen lämpötila, joka voi muuttaa paikasta toiseen. Säteilykentän kanssa ei kuitenkaan ole tasapainoa. Ontelosäteilystä poikkeavat siis tyypilliset spektriviivat ja jatkuvat alueet. LTG: n tila voidaan aina olettaa, kun törmäysprosessit hallitsevat selvästi säteilyprosesseja.
    Tämä tapaus on esim. B. monissa teknisesti käytetyissä plasmissa, joissa on gradientteja, esimerkiksi valotekniikassa, jossa on keskipitkän ja korkean paineen päästöjä.
    Plasmojen tapauksessa LTG: n ei tarvitse välttämättä olettaa olevan korkea plasman paine tai korkea plasmatiheys. Törmäysprosessien hallitsevuus voidaan saavuttaa myös suurilla turbulensseilla, riittävän voimakkailla kollektiivisilla vaikutuksilla - ts. Vahvalla vuorovaikutuksella hiukkasten välillä - tai sisäisillä magneettikentillä.
  • Toisaalta ei-termisten plasmojen tapauksessa elektronien lämpötila on paljon korkeampi kuin raskaampien lajien. Näihin kuuluvat tyypillisesti matalapaineplasmat. Tällainen plasma tuotetaan ja ylläpidetään yleensä toimittamalla energiaa - enimmäkseen sähköenergiaa - kiinteän aineen tai kaasun neutraaleista atomeista. Elektronit voivat olettaa useiden 10000 kelvinin lämpötilat; ionien ja neutraalin kaasun lämpötila voi samaan aikaan olla huomattavasti matalampi, esimerkiksi huoneen lämpötilassa. Tällaisia ​​plasmoja voidaan käyttää työkappaleiden (päällystys, plasman syövytys ) käsittelyyn niitä ylikuumentamatta. Matalan lämpötilan plasmat ovat siis erityisen sopivia. B. lämpötilaherkkien polymeerien pinnan muuntamiseen .

Ionisointiaste

Aste ionisaation plasmassa on toinen tunnusmerkillinen ominaisuus. Ionisointiaste osoittaa niiden lajien osuuden, jotka ovat luopuneet elektronista ionisaation seurauksena . Jos TG: tä tai ainakin LTG: tä on läsnä, Saha-yhtälö kuvaa tämän plasman ionisaatioasteen lämpötilan, tiheyden ja atomien ionisointienergioiden funktiona.

  • Lämpöplasmat, joissa on korkea lämpötila (esim. Aurinkokorona tai fuusioplasmat), ionisoituvat melkein kokonaan.
  • Teknisesti tuotettujen matalapaineplasmojen tapauksessa ionisaatioaste on kuitenkin korkeintaan muutama tuhat, ja termisen tasapainon ulkopuolella niitä ei voida enää kuvata Saha-yhtälöllä .
  • Jos plasman ionitiheys tunnetaan tai se voidaan määrittää sopivilla menetelmillä, plasman ionisaatioaste on yksinkertaisesti ionitiheyden suhde neutraalin hiukkasen ja ionitiheyden summaan.
  • Alhaisella ionisaatioasteella monet vaikutukset plasmoissa määräytyvät ionien ja elektronien törmäyksillä pääosin läsnä olevilla neutraaleilla kaasuatomilla.

Plasman varauksen kantotiheys, joka määräytyy ionisaatioasteen ja kaasun paineen perusteella, määrittää sähkömagneettisten aaltojen kyvyn levitä plasmassa, katso myös ionosfääri .

sukupolvi

Plasmaa voidaan saada sekä sisäisellä (esim. Aurinko) että ulkoisella (esim. Tekniset kaasupäästöt) energiansyötöllä. Jos energian kytkemistä ei tapahdu tai jos energian menetys - esimerkiksi lämmönjohtamisen ja / tai säteilypäästöjen kautta - ylittää syötetyn energian, plasmatila menetetään. Positiiviset ja negatiiviset varauksen kantajat voivat sitten yhdistyä muodostaen neutraaleja atomeja , molekyylejä tai radikaaleja .

Latauskantajat voivat ambipolaarista diffuusiota z. Eksyä purkausputkien seinämiin tai tilan tyhjiöön. Ambipolaarinen diffuusio voi tapahtua myös silloin, kun plasmatila on vakaa.

Varautuneiden hiukkasten häviön kompensoimiseksi on muodostettava hiukkasia, jotka z. B. tapahtuu iskuionisaation avulla . Elektronit, joilla on riittävän korkea kineettinen energia, kykenevät tietyissä olosuhteissa (jos tietyille prosesseille on sopivia poikkileikkauksia) lyödä elektroneja yhdisteestään törmätessään atomien, ionien tai molekyylien kanssa. Sopivissa olosuhteissa tämä prosessi voi tapahtua lumivyöryvaikutuksena edellyttäen, että törmäyksen jälkeen yhdestä elektronista tulee kaksi (plus yksi positiivinen ioni). Teknisten plasmojen tapauksessa plasman alueellinen rajaaminen voi olla ongelmallista, koska plasmassa olevat suurenergiset hiukkaset voivat vahingoittaa seiniä, työkappaleita tai elektrodeja voimakkaan säteilyn tai suurenergisten hiukkasten kautta. Esimerkiksi valotekniikassa elektrodimateriaalin poisto ei ole toivottavaa johtuen tästä johtuvasta valaistusvälineiden käyttöiän lyhenemisestä. Toisaalta sputteroinnin teknisessä prosessissa materiaalin poistoa käytetään kohdennetusti.

Menetelmät energian toimittamiseksi

Termiset ärsykkeet

Kun kyseessä on termisen herätteen , varauksenkuljettajien syntyvät iskuionisaatiolle liikkeestä johtuen lämmön. Noin 15 000 K tarvitaan normaalipaineessa melkein täydellisen ionisaation saavuttamiseksi. Vaadittu lämpötila nousee paineen kasvaessa. Yksi mahdollisuus tähän on säteilytys kohdennetulla lasersäteilyllä . Jos niputettu lasersäde osuu kiinteään aineeseen, syntyy muutaman tuhannen kelvinin lämpötiloja, jolloin tapahtuu terminen ionisaatio, joka leviää myös pinnan yläpuolella olevaan kaasutilaan. Tuloksena oleva plasma puolestaan ​​absorboi edelleen lasersäteilyä ja tehostaa prosessia. Erityisen lyhyiden laserpulssien tapauksessa voidaan havaita säteen itsetarkennus tai suojaus plasmasta.

Kemialliset ja ydinreaktiot

Jos eksoterminen reaktio johtaa voimakkaaseen kaasun kuumenemiseen, molekyylien nopean liikkeen aiheuttamat isku-ionisaatioprosessit saavat aikaan siirtymisen plasmatilaan. Kemiallista palamista , ydinfissiota ja ydinfuusiota voidaan käyttää reaktioina .

Säteilyherät

Kun plasma säteilee , varauksen kantajat syntyvät ionisoivalla säteilyllä . Tätä varten kvantti- tai hiukkasenergian on ylitettävä säteilytetyn aineen ionisaatioenergia. Tämä on jo mahdollista ultraviolettikaasuissa . Röntgensäteet ja pehmeä gammasäteily sen sijaan tuskin imeytyvät kaasuihin. Tietystä energiasta kuitenkin tapahtuu parinmuodostus ja ionisaatio on tehokasta. Beeta- ja alfasäteillä on suuri ionisaatiopotentiaali .

Jännitteet sähköstaattisista kentistä

Sähköstaattiset kentät johtavat purkauksiin tai esipurkauksiin . Muita ioneja syntyy elektroni- iskuionisaatiolla . Esimerkkejä ovat ukkosen salamat ja sähköstaattiset purkaukset .

DC-jännitteen viritys

Kahden elektrodin väliin syötetään riittävän korkea sähköinen tasajännite . Sopivalla jännitteen, elektrodivälin ja kaasunpaineen yhdistelmällä tapahtuu leimahdusta ja purkaus syttyy elektrodien välillä. Kaasupäästöt , kipinöinti ja tyhjiökipinät erotetaan toisistaan .

Kaikissa tapauksissa muodostuu plasma, joka myös mahdollistaa virran kulkemisen purkauksessa. Jos virtavirta on riittävän suuri, elektrodit lämpenevät ja elektronien pakeneminen helpottuu, syntyy kaari . Kaaria käytetään sähköhitsauksessa ja kaarilampuissa. Niitä voidaan käyttää myös vaihtojännitteellä.

Plasman sytyttämiseen tarvittavan jännitteen määrä riippuu elektrodien välisestä etäisyydestä, niiden muodosta ja kaasun paineesta ( Paschenin laki ).

Johdinräjähdys

Kun suuri virta kulkee (esim. Kondensaattoriparistosta ) ohuen metallilangan läpi, se haihtuu räjähdysmäisesti muutamassa mikrosekunnissa millisekunniksi. Tämä luo osittain ionisoidun metallihöyrypilven ja valokaaripurkaus voi syttyä, mikä johtaa metallihöyryn edelleen ionisoitumiseen. Ensin tapahtuu terminen viritys, sitten tapahtuu herätys iskuionisaatiolla. Yksi lanka-räjähdysalue on Z-koneessa .

Plasman nopean laajenemisen estämiseksi tämä voi tapahtua ei-johtavassa putkessa (kapillaaripurkaus).

Sähkömagneettisten kenttien herätteet

Kun virittää sähkömagneettiset kentät , varauksenkuljettajien on tuotettu mukaan elektroni vaikutus ionisaatiota . Erittäin suuri intensiteetti lasersäteen fokuksessa voi myös johtaa plasman muodostumiseen ilmassa (ilman läpimurto). Aallon erittäin korkea sähkökentän voimakkuus on vastuussa. Energian syöttöä voidaan parantaa syklotroniresonanssilla .

Kapasitiivinen sähköinen viritys

Riittävän voimakas vaihteleva sähkökenttä kohdistetaan kahteen levyyn. Levyjen väliin muodostuu plasma, jossa varatut hiukkaset värähtelevät edestakaisin vuorottelevan kentän taajuudella (suurtaajuinen viritys). Latauskantajat eivät välttämättä tule esiin levyistä. Mitkä hiukkaset värähtelevät, riippuu niiden massasta ja ionisaatioasteesta. Taajuutta, johon saakka hiukkaset voivat resonoida, kutsutaan plasmataajuudeksi .

Levyt voidaan kiinnittää myös purkausastian ulkopuolelle siten, että niiden kenttä saavuttaa vain plasman seinämän kapasitanssin vuoksi. Sitten puhutaan elektrodittomasta virityksestä. Tällä tavoin vältetään elektrodimateriaalin saastuminen ja elektrodien kuluminen. Jotkut hiilidioksidilaserit ja purkauslamput, joissa on dielektriset esteet, toimivat tämän periaatteen mukaisesti . Katso myös hiljainen sähköpurkaus .

Induktiivinen (magneettinen) viritys

Induktiivisesti viritetty matalapaineplasma suuritaajuisen kelan lasiputkessa

Suuritaajuinen vaihtovirta tyhjiöastiaa ympäröivän virityskelan läpi indusoi renkaan muotoisia virtoja plasmassa. Prosessia käytetään induktiolampuissa ja putkikaasupäästöissä ( PECVD ).

In tokamakit ydinfuusion kokeissa, plasma kuumennetaan renkaan muotoinen tyhjiö rinnakkainen, nouseva virta ja samanaikaisesti suljettu ilman kosketusta vahva renkaan muotoinen magneettikenttä toisen, toroidaalisesti haavan kela.

Mikroaaltohäiriö

Täällä, mikroaaltojen magnetroni ohjataan reaktiokammioon. Sähkömagneettisen aallon kenttävoimakkuuden on ensin oltava riittävän suuri aiheuttamaan sähköinen hajoaminen ja iskuionisaatio. Jos plasma syttyy, kentänvoimakkuus ja impedanssiolosuhteet muuttuvat merkittävästi - lähettävän magnetronin sopeutumisolosuhteet muuttuvat.

Vaihtoehtoisesti ilmakehän plasmat syntyvät suihkulla (tai emitterillä) transistoripiirien (alueet 2–200 W) kautta, joita voidaan säätää ulostulossa. Tällaiset kylmät plasmat syntyvät taajuuksilla, jotka ovat plasman resonanssin (2,45 GHz) yläpuolella, niin että vain plasman elektronit kiihtyvät. Näihin mikroaaltoplasmoihin viitataan usein mikroplasmana.

Käytännön sovelluksia ovat plasman generaattorit , plasmasuihkut ja plasman pinnoitusjärjestelmät, kemialliset reaktorit, rikkilamppu sekä elohopeaa sisältämätön energiansäästölamppu ja timanttisynteesi .

Puristusvaikutus

Plasman läpi virtaava virta luo magneettikentän, joka puolestaan ​​supistaa plasmaa. Tätä kutsutaan puristusvaikutukseksi . Plasmasta tulee tiheämpi ja kuumempi. Jos virtalähde tuottaa suuria virtoja muutaman kymmenen kiloampun alueella, voidaan muodostaa hyvin tiheitä, kuumia ja erittäin voimakkaasti ionisoituneita plasmoja, jotka lähettävät röntgensäteitä tai joissa jopa ydinfuusioita tapahtuu ( tokamak ). Puristusvaikutus on myös syy siihen, miksi kapea kanava virralle muodostuu salamasta.

kirjallisuus

  • Michael A. Lieberman, Allan J. Lichtenberg: Plasman päästöjen ja materiaalien käsittelyn periaatteet. Wiley, New Jersey 2005, ISBN 0-471-72001-1 .
  • RJ Goldston, PH Rutherford: Plasmafysiikka. Esittely. Vieweg, Braunschweig 1998, ISBN 3-528-06884-1 .
  • K.-H. Spatschek: Teoreettinen plasmafysiikka. Esittely. Teubner, Stuttgart 1990, ISBN 3-519-03041-1 .
  • FF Chen: Johdatus plasmafysiikkaan ja hallittuun fuusioon. Plenum Press, New York 1983.
  • Subrahmanyan Chandrasekhar : Plasmafysiikka. Chicago University Press 1960.
  • Eugene N.Parker : Kosmiset magneettikentät: niiden alkuperä ja aktiivisuus. Clarendon Press, Oxford 1979.
  • F.Korkki: Johdatus plasmafysiikkaan. I. Teoreettiset perusteet. Vieweg, Wiesbaden 1984.
  • Rainer Hippler, Sigismund Pfau, Martin Schmidt, Karl H.Schoenbach: Matalan lämpötilan plasmafysiikka - perustekijät ja sovellukset. Wiley-VCH, Berliini 2001, ISBN 3-527-28887-2 .
  • Vadim N. Tsytovich: Luennot epälineaarisesta plasmakinetiikasta . Springer, Berliini 1995, ISBN 0-387-57844-7 .
  • Hubertus M. Thomas, Gregor E. Morfill : Plasmakiteet ISS: llä: Monimutkaiset plasmat painottomuudessa. Julkaisussa: Fysiikka aikamme. 36, nro 2, 2005, ISSN  0031-9252 , sivut 76-83.
  • Hannelore Dittmar-Ilgen: Suorituskykyiset laserit, joilla on paljon mahdollisuuksia. Julkaisussa: Naturwissenschaftliche Rundschau. 10, 2006, s.549.
  • H. Heuermann, St. Holtrup, A. Sadeghfam, M. Schmidt, R. Perkuhn, T. Finger: 10-200 W: n 2,45 GHz: n mikroplasmojen erilaiset sovellukset ja tausta. 60. kansainvälinen mikroaaltouunin symposium, Montreal, kesäkuu 2012.

nettilinkit

Wikisanakirja: Plasma  - selitykset merkityksille, sanan alkuperälle, synonyymeille, käännöksille
Commons : Plasma Physics  - Kokoelma kuvia, videoita ja äänitiedostoja

Yksittäiset todisteet

  1. ^ Wilhelm Pape , Max Sengebusch (sovitus): Kreikan kielen tiivis sanakirja . 3. painos, 6. vaikutelma. Vieweg & Sohn, Braunschweig 1914 ( zeno.org [käytetty 5. maaliskuuta 2019]).
  2. ^ I. Langmuir: Ionisoitujen kaasujen värähtelyt. Julkaisussa: Proceedings of the National Academy of Science. Osa 14, 1928, s. 627-637 ( PDF ).
  3. ^ Max Planck -seuran vuosikirja . 1991, ISBN 978-3-525-85397-9 , s. 292 ( books.google.de ).
  4. ↑ Kun "näkyvää ainetta" tarkoitetaan tässä asiaa, joka ei ole pimeää ainetta . Pimeästä aineesta ei voida vielä tehdä lausuntoja.
  5. ↑ Operatiivinen hoito: levyvahinko (diskopatia). Julkaisussa: Health Lexicon, DocMedicus Verlag. Haettu 6. syyskuuta 2018 .
  6. ↑ ArthoCare ENT: Koblaatio: Hellävarainen kirurginen menetelmä. (pdf) Haettu 6. syyskuuta 2018 .
  7. ↑ Rich P.Mildren: Dielektriset suojapurkauslamput . Macquarie University, Australia, Haettu 11. marraskuuta 2008.