Немного теории

 

Технология низкотемпературной плазмы

 

Плазма – четвертое состояние вещества. Впервые оно было оAboutPlasma.pngткрыто У. Круксом в 1879.

 

В курсе элементарной физики описываются три основных агрегатных состояния вещества: твердое, жидкое и газообразное

 

В твердом состоянии атомы (молекулы) расположены близко друг к другу, обычно в узлах кристаллической решетки и имеют крайне низкую подвижность. 

 

При увеличении внутренней энергии вещество переходит в жидкое состояние, при котором сохраняется объем, но не сохраняется форма вещества. Атомы (молекулы) вещества при этом имеют гораздо большую подвижность. 

 

При дальнейшем увеличении внутренней энергии, вещество переходит в газообразное состояние. Теперь оно не сохраняет ни форму, ни объём и заполняет всё доступное пространство, при этом атомы (молекулы) абсолютно не связаны между собой и движутся хаотически во всем занимаемом объеме. 

 

Если увеличивать энергию дальше (например, с помощью нагрева), то разрываются атомные связи, и положительные ионы вместе с электронами образуют смесь ионизированного газа, которую и называют плазмой.

 

Самый простой пример плазмы – это наше Солнце. Интересно, что плазма наиболее распространенное состояние вещества Вселенной, так как из нее состоят все звезды и большая часть межзвездного газа.

 

Температура плазмы, как и любого вещества, определяется средней энергией составляющих ее частиц, при этом плазму можно представить в виде двух разновидностей: равновесной и неравновесной

 

В равновесной плазме энергия всех частиц примерно одинаковая и составляет тысячи и миллионы градусов. Именно равновесная плазма возникает при нагреве вещества до сверхвысоких температур. 

 

Замечательным фактом, однако, является то, что для ионизации газа вовсе необязательно нагревать его до тысячи градусов. Разрушить атомные связи можно, например, сильным электромагнитным полем. При этом тяжелые ионы вещества не получают значительную энергию, поэтому общая температура плазмы может составлять всего несколько десятков градусов по Цельсию. Если энергия легких электронов и тяжелых ионов значительно отличается друг от друга, то такую плазму называют неравновесной. Вся низкотемпературная плазма является неравновесной. 

 

Низкотемпературная плазма известна давно, и мы достаточно часто сталкиваемся с ней в повседневной жизни. Низкотемпературная плазма используется, например,  в неоновых лампах и плазменных телевизорах.


Совсем недавно низкотемпературная плазма нашла новое применение в медицине, дезинфекции, производстве продуктов питания и очистке воды. Оказывается, коктейль из активных частиц плазмы обладает ярко выраженным антибактериальным эффектом. Кроме этого, плазма может ускорять многие химические реакции.

 

Однако здесь ученые и инженеры столкнулись со значительными трудностями. Использовать плазму в лампах и плазменных панелях было значительно проще, чем применять ее к биологическим объектам. Дело в том, что при работе с живыми тканями предъявляются жесткие требования к температуре (не более 30-45 ºС) и плотности (эффект достигается только при использовании достаточно плотной струи газа). Легко получить низкотемпературную плазму малой плотности или плотную плазму с температурой в несколько сотен градусов (как при плазменной сварке), но очень трудно контролировать оба параметра одновременно.

 

В следующих статьях Вы можете узнать, о том, как холодная плазма применяется