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.

---

<< Předchozí (Kosmické plazma)

[Nahoru]

Další (Termonukleární fúze) >>