Aplikace plazmatu
Plazmové zpracování, depozice tenkých vrstev
Technologie, které využívají plazmatu při opracování materiálu, se v posledních
letech značně rozšířily v průmyslových odvětvích. Plazma se používá na ochranu
materiálu před vlivy prostředí nebo na úpravu povrchových vlastností, například
nanesením odolnějšího materiálu ve formě tenké vrstvy na povrch upravovaného
materiálu. V minulosti, ale ještě i dnes, se pro povrchovou úpravu často
používaly galvanické metody. Alternativou ke galvanickým metodám se ukázalo být
plazmové napařování, ať již pomocí magnetronu, nebo plazmových trysek. K úpravám
vlastností materiálu také patří injektování iontů do daného materiálu pomocí
plazmových technologií hojně využívané v polovodičovém průmyslu. Takto upravené
materiály se používají pro různé aplikace např. v zdravotnictví, strojírenství,
elektronice atd.
Osvětlovací systémy založené na plazmatu
Jelikož plazmové výboje v různých plynech mimo jiné vyzařují světlo, byly již
dávno využívány jako osvětlovací zařízení. Ještě před vynalezením žárovky se
používaly na osvětlování ulic výbojky s uhlíkovými elektrodami, mezi kterými
hořel ve vzduchu plazmový výboj. Později se začaly výbojky plnit speciálními
směsmi plynů na dosžení různých efektů, ať již vysoké svítivosti, vyzařování
v jiné, než viditelné oblasti, nebo různé barevné efekty. Plazma se také využívá i
v běžných „zářivkách“, i když v nich není zdrojem záření jenom
primární výboj. V tomto případě krátký plazmový výboj slouží jako zdroj
elektronů a také záření. Toto záření je v UV oblasti. Zde nastupuje
luminofor na stěně zářivky, který vyzařuje energii, kterou přijal od UV fotonu, ve
formě viditelného světla.
Plazmová chemie
Běžné chemické reakce, kterými se zabývá chemie, se odehrávají většinou za
normálních tlaků. Teploty při reakcích se pohybují v nepříliš širokém rozmezí.
Tato omezení klasické chemie odstraňuje plazmová chemie. Ta se zabývá reakcemi
ve velkém rozmezí tlaků a teplot. Teploty se mohou pohybovat řádově od jednotek
až po desetitisíce kelvinů. Stejně tak tlaky se mohou pohybovat od UHV až do
atmosférického tlaku. Jedním z důsledku toho, že reaktanty jsou již před reakcí
ionizované, je to, že se reaktivními stávají také látky, které za normálních
okolností nereagují, například inertní plyny. Z toho vyplývá, že touto cestou je
možné připravit exotické sloučeniny, které by podle klasické chemie ani neměly
existovat.
Zobrazovací systémy
Použití plazmatu v plochých zobrazovacích panelech se začalo realizovat před
několika lety, i když koncept plazmové obrazovky pochází ze 60. let minulého
století. Principiálně se používá stejný systém jako v neonových výbojkách, ale
s tím rozdílem, že se používají tři druhy fluorescenčního materiálu: červený, zelený a
modrý. Obrazovku tak tvoří síť obrazových bodů, kde každý se skládá ze tří
buněk s různými fluorescenčními materiály. Nad a pod každou buňkou vedou
průhledné elektrody, pomocí kterých je možné aktivovat každou buňku jednotlivě.
Výhody těchto zobrazovacích panelů jsou nesporné. Úplně plochá obrazovka,
stejně jako LCD panel, ale na rozdíl od něj nezávisí obraz plazmové obrazovky
na úhlu, pod kterým se díváme. Na obraze nejsou vidět žádné rastrovací
linie. Oproti běžným televizím mají plazmové TV výhodu v tom, že jsou nezávislé
na vnějších magnetických polích. Snad každý už viděl, co dokáže udělat magnet
s obrazem normálního televizoru, resp monitoru.
Aplikace pro lékařství a životní prostředí
Při běžné lékařské praxi se všechny pomůcky po použití na jednom pacientovi
znečistí různými látkami a organizmy. Aby se tyto potenciálně nebezpečné látky a
organizmy nepřenášely na jiné pacienty při opětovném použití nástrojů, je
potřebné je po použití sterilizovat. V minulosti se nástroje dezinfikovaly
vyvařením ve vodě. Dnes se běžně nástroje dezinfikují pomocí téměř
200 °C horké páry. Další alternativou na zabíjení choroboplodných
zárodků na lékařských nástrojích je použití plazmatu. Několik set stupňů horký,
ionizovaný plyn působí zhoubně na všechny živé mikroorganismy. Další aplikací
v medicíně je povrchová úprava nástrojů a nanášení speciálních tenkých vrstev na
nástroje se specifickými, např. inhibičními, vlastnostmi.
Použití plazmatu ke zpracování odpadu funguje na principu rozkladu škodlivých
odpadových látek na jednotlivé atomy. Zdrojem energie pro takovéto rozklady je
právě energie vyzařovaná z vysokoenergetického plazmového výboje o teplotě
několika desítek tisíc stupňů.
Zpracování odpadu.
Plazmatu se také užívá ke zjišťování koncentrací škodlivin ve vzduchu. K tomuto
účelu jsou používané různé aparatury, základem metod využívajících plazmatu jsou
ion-molekulové reakce.
Lasery
Plazma se také využívá v laserech, kde různé směsi plynu slouží jako aktivní
látka v rezonátoru laseru. Pro generaci záření o různých vlnových délkách laseru
se často hodí přechody mezi hladinami nějakého iontu.
Plazmové přepínače
V moderních komunikačních technologiích mají optické komponenty stále větší
význam. Plazmové optické přepínače umožňují přepínání světelných signálů do
různých světlovodů bez nutnosti světlo nejprve nějak detekovat a pak znovu
emitovat. K tomu se používá plazma. V přepínací komůrce je jeden vstupní a dva
výstupní světlovody. Při správném geometrickém uspořádaní (viz. obrázek) můžeme
dosáhnout odrazu příchozího paprsku do výstupního světlovodu, pokud se
v přepínací komůrce vytvoří plazma s dostatečnou hustotou elektronů. Když není
plazma přítomno, světlo pokračuje rovně. Jako pracovní plyn se používají inertní
plyny.
Generace elektrické energie
Plazma je s úspěchem možné použít ke generaci elektrické energie. Když necháme
plazma protékat trubicí, ve které je magnetické pole kolmé na směr jeho proudění,
budou se kladně nabité ionty pohybovat k jedné stěně a elektrony
ke druhé. Tímto způsobem nám vzniknou na opačných stranách
trubice oblasti s různými koncentracemi náboje. Takto vzniklý potenciálový
(napěťový) rozdíl můžeme použít jako zdroj napětí pro napájení elektrického
odvodu. Další možností, jak za pomocí plazmatu vyrábět elektrickou energii, je
termonukleární fúze.
K tomu se plánuje využívat elektromagneticky uvězněné
plazma v tokamaku, kde se bude zahřívat na vysoké teploty dostatečné ke spuštění
termonukleární fúze. Více o tom v samostatné kapitole
termonukleární fúze.
Pohonné jednotky
Když proces, kterým se z plazmatu vyrábí elektrická energie obrátíme, tj.
přiložíme elektrické napětí a magnet, tak se plazma umístěné do
elektromagnetického pole začne pohybovat. Tento pohyb můžeme použít ke generaci
tahu pro pohon. Nevýhodou takového pohonu je hodně malý výkon. Výhodou je malá
váha a objem paliva. Proto může takový motor běžet po hodně dlouhou dobu.
Shrnuto, je to velice vhodný motor pro kosmické sondy.