O plazmi

Opredelitev plazme

Plazma je plin polnjenih delcev (ionov in elektronov) in nevtralov (atomov in molekul), pa tudi fotonov. Natančneje ga je mogoče označiti kot delno ali delno ioniziran plin, ki je električno nevtralen kot celota, tj. Število pozitivnih in negativnih polnitev je enako. Pogosto se šteje za četrto stanje snovi, ker se pojavi pri oskrbi s plinom, čeprav ni nenadnega faznega prehoda, kot so prehodi iz trdnega v tekočino in iz tekočine v plin. Alternativno ime za plazmo je sijajni izpust zaradi značilnega sijaja iz plazme zaradi deexcitacije delcev s spremljajočim oddajanjem fotonov. Na Zemlji plazma ne nastane kot naravno stanje, z izjemo bliskovnih bliskavic in plamenov, v plazmi pa je najpogostejša oblika snovi v vesolju. Umetno proizvedene plinaste plazme imajo številne aplikacije v službi človeštva. Plazma se nahaja v tako raznovrstnih aplikacijah kot svetlobni viri, nove vrste televizijskih zaslonov, v reaktorjih za fuzijske eksperimente itd. Verjetno najpogostejši in najbolj gospodaren pomen so plazemske aplikacije pri materialni predelavi trdnih snovi, pa tudi plini, so. Za razliko od plazme za fuzijo so ti plazmi "hladni", tj. Ne v termodinamičnem ravnotežju, kjer je plin pri nizki temperaturi, medtem ko imajo elektroni dovolj energije, da so ionizirajo, vzbujajo, disociirajo itd. Del delcev plina.

Proizvodnja plazme

Plazme za industrijsko uporabo pri predelavi materiala proizvajajo različni plazemski viri.

Plazmo se lahko ustvari z uporabo napetosti med dvema elektrodama v plinu in pri določeni napetosti, odvisno od tlaka plina in razdalje med elektrodami, bo v plinu prišlo do okvare, tako da plin postane prevoden zaradi ionizacije. Ionizacijo povzročajo trki med elektroni, pospešujejo energijo ionizacije zaradi električnega polja in nevtralne delce, npr. Atome. Vsako trčenje, ki ustvarja en prosti elektron, lahko povzroči novo ionizacijo, vendar se prvi elektron še vedno lahko spopada, zato se ionizacija pojavi kot plazovit proces. Sčasoma ta proces doseže stabilno stanje med generacijo in izgubo napolnjenih delcev. Izguba ionov in elektronov iz plazemske prostornine se lahko pojavi z rekombinacijo in difuzijo do plazemskih meja. Začetek ionizacije omogočajo primarni ioni in elektroni, ki so vedno prisotni v katerem koli nevtralnem plinu, na primer zaradi ionizacije s kozmičnim sevanjem. Elektroni, ki nimajo dovolj energije za ionizacijo atoma, lahko spremenijo svojo elektronsko strukturo in jo vzburjajo in ko se atek deekizira, lahko oddaja foton. Recombinacija napolnjenih delcev in deexcitations prispeva k žarilni karakteristiki za plazemske sisteme.

V najpreprostejšem tipu izpuščanja sijaja je uporabljena napetost enosmerne napetosti, obe elektrodi pa sta katoda in anoda. Električno polje se ne razdeli enakomerno med elektrodami, kar povzroča razlike v svetlosti sijaja. Najbolj intenziven del izpusta je "negativni sij" blizu, vendar ločen od katode. Območje med tem sevanjem in katodo je "katodni temni prostor" ali "prostorski naboj", kjer se potencial drastično zmanjša. Zaradi ne ali zelo malo trkov in zato emisije fotonov v tej regiji se zdi temna. Pozitivni ioni se pospešijo z morebitnim padcem skozi plašč in trčijo s površino katode. To lahko povzroči oddajanje sekundarnih elektronov, ki se odbijejo s katode v negativni sij in povečajo ionizacijo tam. Joni lahko izbrišejo tudi atome iz katodnega materiala in ta učinek se uporablja pri brizganju kot vir materiala, ki se deponira. Če je razdalja med katodo in anodo dovolj visoka glede na širino izpusta, se lahko prikaže druga svetleča površina, "pozitivni stolpec". Na anodi je tudi temen prostor, vendar zelo tanek.

Če je katodo obkrožena z neprevodnim materialom, zaradi napolnjenosti površine elektrode plazmo ne more vzdrževati z enosmerno napetostjo. V tem primeru je mogoče elektrodo napajati z napetostjo radijske frekvence (RF), da se omogoči generiranje izpusta. RF-izpusti imajo običajno bolj učinkovito ionizacijo kot DC-izpusti. Elektroni imajo zelo nizko maso in zlahka sledijo RF oscilacijam, medtem ko ioni sledijo povprečnemu časovnemu polju. V primeru prevodne katode lahko blokirni kondenzator med katodo in napajalno napravo uporabimo za nastanek negativne napetosti DC na katodi (dejansko na obeh elektrodah) in lahko se tvori prostorski naboj med elektrodama in plazmo .V RF odvajanju se bodo ioni pospeševali s to ovojnico, kot v primeru DC.

Votle katode

Obstoj plašča v geometriji votle elektrode lahko povzroči »ekstra« praznjenje - izpust votle katode (HCD) - ki se uporablja v votlih katodnih virih. V sistemu z dvema elektrodama z votlo negativno elektrodo (katodo) in večjo nasprotno elektrodo (anodo) lahko HCD nastane v votlini na katodi hkrati z "navadnim" izpustom med katodo in anodo, če je razdalja nasproti Stene v votlini so približno enake širini negativnega sijaja. Izvor HCD je vdolbina elektronov znotraj votle katode, ko se energijski elektroni, ki se oddajajo iz ene katodne stene, pospešijo preko plašča proti nasprotni steni. Ko dosežejo enako oblogo na nasprotni strani z enakim, vendar nasprotnim električnim poljem, se odražajo nazaj. Elektroni so ujeti in prisiljeni nihati med nasprotnimi plašči. Ta mehanizem se imenuje "učinek votle katode". Med temi nihanji lahko elektroni neelastično trčijo z atomi plina in povečajo verjetnost ionizacije, kar daje zelo gosto plazmo znotraj katode. Ta plazma je izločena iz katode s tekočim plinom. Votel katodo lahko napaja tudi RF napajanje. Elektroni lahko večkrat oscilirajo v enem RF-ciklu, ki dajejo visoko gostoto plazme. Votelske katode imajo lahko različne geometrije: cevi, nizi cevi ali vzporedne plošče (linearne votle katode).