Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 11/2016 vyšlo tiskem
7. 11. 2016. V elektronické verzi na webu od 1. 12. 2016. 

Téma: Rozváděče a rozváděčová technika; Točivé stroje a výkonová elektronika

Hlavní článek
Lithiové trakční akumulátory pro elektromobilitu

Aktuality

Fakulta elektrotechnická je na špici excelentního výzkumu na ČVUT Expertní panely Rady vlády pro výzkum, vývoj, inovace (RVVI) vybraly ve II. pilíři…

Švýcaři v referendu odmítli uzavřít jaderné elektrárny dříve V referendu hlasovalo 45 procent obyvatel, z toho 54,2 procent voličů řeklo návrhu na…

Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. 11. 2016 den otevřených dveří Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. listopadu od 8.30 hodin Den otevřených…

Calliope mini – multifunkční deska Calliope mini poskytuje kreativní možnosti pro každého. A nezáleží na tom, zda jde o…

Ocenění v soutěži České hlavičky získal za elektromagnetický urychlovač student FEL ČVUT Student programu Elektronika a komunikace Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze Vojtěch…

Češi v domácnostech více svítí a experimentují se světlem, doma mají přes 48 milionů svítidel Češi začali v domácnostech více svítit a snaží se vytvořit lepší světelné podmínky:…

Více aktualit

Plazmové technologie (část 1)

číslo 8-9/2005

Plazmové technologie (část 1)

prof. Václav Černý

1. Úvod

Plazma je považováno za čtvrtý stav látky s posloupností: pevná fáze, kapalina, plyn, plazma. Plazma je zpravidla tvořeno kladnými ionty1) a elektrony2). Kladné ionty mají jen jeden elementární náboj. V úplně ionizovaném plazmatu jsou všechny částice ionizovány. Na rozdíl od plynu má plazma velkou tepelnou kapacitu i vodivost a podléhá účinkům elektrického i magnetického pole. Teplota částečně ionizovaného plazmatu činí 5 až 15 kK a plně ionizovaného plazmatu až 100 kK. Střední energii plazmatu lze vyjádřit v elektronvoltech3) (eV), přičemž platí:

1 eV = 11,6 kK = 1,602·10–19 J

Závislost mezi kinetickou energií elektronu a jeho teplotou lze vyjádřit vztahem:

Ue = 0,5mv2 = 1,5kT

kde m je hmotnost elektronů, v rychlost elektronů, Ue energie plazmatu, T teplota plazmatu a k Boltzmanova konstanta (1,38·10–23 J·K–1).

Plazmové generátory se dělí na:

  • plazmové generátory s elektrodami,
  • plazmové generátory s vysokofrekvenčním elektromagnetickým polem.
Obr. 1.

Obr. 1. Principiální schéma plazmových generátorů s elektrodami (1 – wolframová tyčová katoda, 2 – měděná anoda s vodním chlazením, 3 – zpracovávaný materiál, 4 – vnější anoda, 5 – vnitřní anoda, 6 – plazma)

U generátorů s elektrodami vzniká plazma mezi dvěma elektrodami připojenými na stejnosměrný zdroj (obr. 1). Elektrody jsou obvykle z wolframu, pracovním plynem je kyslík. Na obr. 1a je plazmový generátor s vyfukovaným výbojem a přímým připojením na stejnosměrný zdroj, na obr. 1b plazmový generátor se stejnosměrným zdrojem paralelně připojeným na anodu a zpracovávaný materiál, na obr. 1c plazmový generátor se samostatným přívodem pomocného plynu (argonu) a pracovního plynu (CO2, H2, N2). Tyto generátory se běžně používají při nanášení materiálu, svařování a řezání. Přídavný materiál je přiváděn ve formě prášku nebo drátu. Elektrody jsou však také zdrojem nečistot, a proto tyto generátory nejsou vhodné pro technologie, kde je vyžadována vysoká čistota. Téměř s absolutní čistotou pracují vysokofrekvenční indukční generátory, tzv. plazmatrony.

2. Vysokofrekvenční indukční plazma

Vysokofrekvenční indukční plazma (ICP – Inductivity Coupled Plasma) je moderní metoda rozkladu vzorku a excitace atomů pomocí plazmatu, která zaručuje vysokou čistotu výroby. Tato technologie se prosazuje zejména v průmyslu, ale i ve veřejné a občanské oblasti. Obr. 2. Uplatňuje se při vytváření potahů z plastů, při svařování armatur, úpravě povrchů ocelových plechů, při vývoji nových materiálů, zlepšování jejich vlastností, povrchové úpravě, recyklaci materiálů, zpracování odpadu a v medicínském oboru při dezinfekci a likvidaci nemocničních odpadů. Obecné uplatnění plazma nachází v osvětlovacích a informačních systémech a při ozonové úpravě vody. Důležitý význam má plazma s teplotou nad 10 kK (tzv. vysokoteplotní plazma) při tavení materiálů s vysokou teplotou tání.

Obr. 2. Princip plazmatronu (1 – pracovní plyn, 2 – centrální plyn, 3 – obalový plyn, 4 – přívodní trubka pracovního prášku, 5 – indukční cívka na obalové rouře, 6 – trysk plazmatu)

Na obr. 2 je zobrazen princip vysokofrekvenčního indukčního plazmatronu. Dopravní (pracovní) plyn (1) a obalový plyn (3) mají samostatné přívody oddělené od roury s centrálním plynem (2).

Obalová roura firmy TEKNA Plasma Systems Inc. (tab. 1 plazmatron 1) je keramická s vodním chlazením. Ohraničuje prostor plazmatu a odděluje od sebe přiváděné plyny. Na obalové rouře je epoxidovou pryskyřicí upevněna indukční cívka. Firma FG Plasma- und Oberflächentechnik (tab. 1 plazmatron 2) používá pro přívod centrálního a obalového plynu rouru z křemenného skla. To umožňuje sledování plazmatu i dráhy práškových částic v něm.

(pokračování)


1) Iont (též ion) je elektricky nabitá částice vytvořená z neutrálního atomu, resp. molekuly, ztrátou (vzniká kation) či získáním (vzniká anion) jednoho nebo více elektronů.

2) Elektron je stabilní elementární částice (fermion) bez vnitřní struktury se záporným elementárním elektrickým nábojem e = 1,602·10–19 C. Klidová hmotnost elektronu je me = 9,109·10–31 kg. V atomech tvoří elektrony tzv. elektronový obal, jehož prostřednictvím atomy chemicky reagují s jinými částicemi.

3) Elektronvolt je vedlejší jednotka soustavy SI pro energii. 1 eV je energie udělená částici s elementárním elektrickým nábojem potenciálním rozdílem 1 V.