Low-temperature plasma. Basic concepts, properties, application.
| Llaman plasma a un gas cuasineutral de partículas cargadas y neutras, cuya concentración es suficiente para que la carga espacial creada por ellas limite su movimiento.
Para que esta condición se cumpla, hace falta que la longitud característica del plasma L0 sea mucho mayor de la longitud característica del apantallamiento (radio de Debye) rD – distancia a la cual se altera la cuasineutralidad debido al movimiento térmico de las partículas. Si durante el movimiento caótico con velocidades térmicas tiene lugar la separación de las cargas a una distancia mayor que el rD, la cuasineutralidad del medio se recupera bajo la acción de los campos eléctricos de la carga espacial. El término «quasineutral plasma» significa que la cantidad de cargas no compensadas en el volumen L03 es mucho menor de la cantidad total de cargas. |
| Dependiendo de los parámetros del plasma se usan diferentes métodos de su descripción.
Diferencian el plasma débilmente ionizado, plasma fuertemente ionizado y completamente ionizado según su grado de ionización, determinado por la concentración relativa de electrones ne ⁄ n0, donde n0 es la cantidad de partículas pesadas – átomos e iones. |
| El plasma empleado en los procesos tecnológicos, en su mayoría es plasma débilmente ionizado. En el plasma débilmente ionizado la cinética química, el transporte, las colisiones y otros procesos elementales se determinan por las propiedades individuales de los átomos y moléculas neutrales. De esta forma se diferencian los medios de formación de plasma, por ejemplo, gases inertes, hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, aire, vapor de agua, etc. |
| Al usar en calidad de medio de formación de plasma gases moleculares, la energía de la fuente externa primero se transmite a la componente electrónica del plasma, a continuación el gas electrónico transmite la energía recibida a las partículas pesadas durante el proceso de calentamiento, excitación de los grados internos de libertad de los átomos y las moléculas, ionización, disociación con formación de gran cantidad de partículas reactivas. Precisamente estos estados del plasma, en conjunto con las propiedades termodinámicas, ópticas y de transporte, determinan su actividad química y catalítica, es decir la capacidad de realizar cambios químicos con finalidad en el medio gaseoso inicial o en la substancia colocada en el plasma, al realizar diferentes transformaciones químicas en los procesos tecnológicos. Siendo de notar que el papel de la componente electrónica del plasma es determinante.
Observación. . El proceso de transferencia de masa, la carga, el impulso y la energía en el plasma, provocados por la heterogeneidad de sus parámetros, es decir presencia de gradientes espaciales de densidad, velocidad y temperatura, así como presencia de campos externos (por ejemplo, eléctrico y magnético), se combinan bajo el nombre único del fenómeno de transferencia (transporte). |
| Los dispositivos llamados generadores de plasma a baja temperatura o antorchas de plasma son los que permiten obtener plasma con una temperatura de 7000-30000 K, estabilizarlo en el espacio (el plasma realmente usado siempre tiene longitudes finales) y usarlo prácticamente en cualesquiera medios gaseosos.
Según el tipo de descarga eléctrica, frecuencia de la corriente de alimentación y el tipo de fuente de alimentación, las antorchas de plasma se dividen en cuatro grandes grupos: antorchas de plasma de arco (de corriente continua o alterna), antorchas de plasma de alta frecuencia (de inducción o de capacitación), antorchas de plasma de microondas y antorchas de plasma híbridas. |
| Los valores máximos de la temperatura del plasma en diferentes gases de formación de plasma son diferentes, pero próximos al valor y dependen de la potencia por unidad de volumen de la formación de plasma.
Las tecnologías de uso del plasma a baja temperatura se basan en la interacción del plasma con la substancia condensada (sólida, líquida o dispersa), gas y campo electromagnético. Las aplicaciones del plasma a baja temperatura actualmente constituyen un campo tecnológico difícil de imaginar. Destacaremos sólo aquellas que directamente o indirectamente están relacionadas con la actividad de la compañía "PLAZARIUM". Son diferentes aplicaciones del plasma a baja temperatura en calidad de cuerpo operacional en sistemas de transformación de energía térmica en energía eléctrica; creación de dispositivos, generadores de plasma, en los cuales el arco eléctrico se usa para crear chorros de plasma; aplicación de plasma a baja temperatura en calidad de medio activo; tecnologías plasmoenergéticas de tratamiento de combustibles; uso del plasma para obtención de materiales dispersos, tratamiento de polvos y obtención de recubrimientos, modificación de superficies de materiales poliméricos; uso del plasma para la solución de diferentes tareas de química aplicada (aquí con frecuencia se usa el término "plasmoquímica"); uso del plasma a baja temperatura con fines ecológicos. |
| Este apartado es para no especialistas que desean comprender mejor el papel de las tecnologías de plasma en las tecnologías modernas y su desarrollo en una perspectiva a corto plazo. Para aquellos, quienes deseen consultar fuentes originarias de información relacionadas con este apartado: Enciclopedia de plasma a baja temperatura. Volumen de introducción 1-5. – Edición "Nauka", 2000. |