Неравновесная плазма

Оглавление

Предисловие………………………………………………………

Введение…………………………………………………………..

 

Плазма-это четвертое состояние вещества и состоит она из ионизированных и нейтральных частиц. В нашей жизни плазма представлена во всех масштабах. Звезды состоят в основном из плазмы. В меньших масштабах на Земле, плазма представлена в виде северных сияний. Плазма может существовать в различных формах и создана различными путями. Во многих технологических приложениях плазма существует при низких давлениях. При атмосферном давлении в основном применяется высокотемпературная плазма. Следует делать различие между тепловой и нетепловой плазмой. Во всех видах плазмы, развивающихся в электрическом поле электроны приобретают энергию гораздо быстрее, чем тяжелые ионы. В нетепловой плазме охлаждение ионов и незаряженных частиц более эффективно, чем передача энергии от электронов. При этом газ имеет невысокую температуру. С другой стороны в тепловой плазме поток энергии от электронов к тяжелым частицам уравновешивается передачей энергии от тяжелых частиц окружающим молекулам. Температура газа в этом случае очень высокая. Разумеется четкое разделение между ними провести трудно. Иногда разница в температуре в несколько десятков градусов может играть решающую роль. В частности это важно в различных плазмо-химических процессах. Особенно важно это различие при обработке объектов чувствительных к температуре. Ранние применения плазмы в медицине в основном основывались на температурных эффектах плазмы. Высокая температура использовалась в медицине для удаления тканей, стерилизации и остановки кровотечения. В качестве современного применения можно привести коагуляцию крови путем пропускания достаточно высокого тока через ткани. Коагуляция достигается за счет высокой температуры в месте контакта. К сожалению в этом случае часто наблюдается прилипание кожи к металлическому контакту и образование шрамов. Альтернативой этому способу явился аргонный коагулятор. В этом случае высокопроводящая аргонная плазма заменяет металлический контакт. Нетепловая плазма также используется при хирургических операциях и косметических кабинетах.

Нетепловые эффекты плазмы являются более перспективными, поэтому в последнее время больший интерес приобретает нетепловая плазма. Более того нетепловые эффекты могут быть очень избирательными в достижении желаемых результатов, например при работе с живыми тканями.

Большинство исследований в области нетепловой плазмы можно разделить на две больших категории: прямое воздействие плазмы и непрямое. В первом случае живые ткани играют роль одного их электродов. В большинстве случаев напряжение не имеет непосредственного контакта с живыми тканями, хотя при этом могут протекать небольшие токи в виде токов смещения и проводимости. Ток проводимости должен быть ограничен, чтобы исключить тепловое или электрическое стимулирование мышц. При использовании прямого воздействия плазмы на ткань воздействует поток различных активных заряженных и незаряженных атомов и молекул, а также ультрафиолетовое излучение.

Непрямая обработка плазмой использует в основном незаряженные частицы, хотя небольшое количество заряженных частиц может присутствовать. В этом случае активные незаряженные частицы доставляются к месту обработки путем пропускания газа через область плазменного разряда с высокой температурой.

В меньших масштабах плазма создается в лабораторных и промышленных установках. В этом случае используются различные виды разрядов. Разряд в газе включает в себя электрические, химические и тепловые процессы. Понимание взаимосвязи этих процессов необходимо для практических применений плазмы. В технических приложениях преимущественно используется диэлектрический барьерный разряд. Его применение имеет значительные преимущества перед химическими методами [1]. Однако, неоднородность такого разряда ограничивает его применение. Поэтому желательно иметь однородный разряд, так называемый тлеющий разряд при атмосферном давлении. Но трудности с практической реализацией не позволяют внедрить его в промышленность. Многочисленные эксперименты показали, что такой разряд в принципе можно получить. Оказаки [2] обнаружил в своих экспериментах, что когда тонкая полиэтиленовая пленка в качестве барьера наложена на тонкую металлическую сетку, то можно получить тлеющий разряд в аргоне и азоте. Фанг повторил его эксперимент и получил похожие результаты. Однако роль сетки и полиэтилена не была полностью понятна [3, 4]. Голубовский Ю.Б. с помощью численного моделирования предположил, что особое внимание должно уделяться взаимодействию между плазмой и диэлектриком, т.к. десорбция электронов из диэлектрического барьера и поверхностная рекомбинация оказывают значительное влияние на поведение разряда [5].