Plazmové metody Co je to plazma? Jak se uplatňuj ují plazmové metody v technice?
Co je to plazma? Plazma je látkové skupenství hmoty, ČTVRTÉ skupenství a vykazuje určité specifické vlastnosti. (správně to Plazma jako to skupenství a ne ta Plazma) Skupenství hmoty: Podle teploty a obsahu tepelné energie v jednotkovém objemu se látka nachází v některém skupenství: pevném, kapalném, plynném, plazmatickém Skupenství (fáze) hmoty W T (J) PEVNÉ KAPALNÉ PLYNNÉ PLAZMA T(K) 2
Co je to plazma? Plazma je: Plyn o vysoké teplotě, elektricky vodivý Plyn kde dochází k disociaci molekul plynu (rozdělení molekul) a ionizaci atomů (odtrhávání elektronů z atomů) K disociaci molekul a ionizaci atomu dochází vlivem srážek molekul, iontů, atomů, elektronů... V objemu plazmatu se vyskytujíčástice o stejném kladném a záporném náboji Navenek se plazma jeví jako neutrální (kvazineutralita plazmatu) Plazma se vyznačuje elektromagnetickým zářením (pro lidské oko viditelným i neviditelným) 3
Co je to plazma? Trochu prehistorie: - Pokud z krve odstraníme mikroskopické částice (krvinky), zůstane průzračná tekutina - plazma, Jan Evangelista Purkyně (1787-1869). - 1770: Prof. Lichtenberg poprvé vytvořil obraz elektrického výboje - 1879: Sir William Crookes definuje čtvrtý stav hmoty ve výbojových trubicích Trochu starší historie : 1906 lord Rayleigh (Nobelova cena 1904): pozoruje kolektivní chování při elektronových oscilacích v atomu 1923 Irving Langmuir (Nobelova cena 1932) používá název plazma pro oscilace v elektrických výbojích (analogie krevního plazmatu s červenými a bílými krvinkami) 1929 Atkinson a Houtermans objasňují původ energie Slunce a hvězd jaderná fúze 4
Co je to plazma? Novodobá fyzika plazmatu : 1952 na atolu Eniwetok exploduje první vodíková bomba s uvolněnou energií ekvivalentní 10,4 mil. tun TNT 1953 Technická univerzita, Postupim první uměle vytvořený diamant v plazmatu 1955 v Kurčatovově institutu v Moskvě postaven první tokamak Dnes tokamaky JET (EU), TFTR (USA) - plazmochemie - plazmové depoziční metody - plazmové metody modifikace povrchů - plazmové metody dělení materiálů 5
Co je to plazma? Plazma v přírodě : Blesk = Elektrický atmosférický výboj: Mezi jednotlivými částmi mraku Mezi oblaky navzájem Mezi oblakem a zemí 6
Co je to plazma? Eliáš ášův v oheň Tichý výboj doprovázený světélkováním a slabým praskáním Výskyt: během bouřek a vichřic Vzniká pokud mezi náboji na zemi a v oblacích není dostatečné napětí a nevytvoří se tak čárový výboj. Připomínají plamínky oheň Pozorovatelé se ho často pokouší hasit zbytečně. 7
Co je to plazma? Kulový blesk Kulovitý (hruškovitý) tvar Relativně nejčastěji se objevuje za zimních bouří a ke konci bouře Červená svítící koule nebo dutá koule 10-20 cm v průměru, obklopená namodralou vrstvou s neostrými hranicemi. (Bývá i bílá a ostře ohraničená.) Vydává syčivý, bzučivý nebo přerušovaný zvuk. Trvá od zlomků sekundy po několik minut, nejčastěji 3-5 sekund. Po zmizení zanecháváčasto mlžný opar s ostrým zápachem, v průhledu hnědý, v dopadajícím světle modrý nebo bílý. 8
Co je to plazma? Vznik kulového blesku Hypotéza fraktálních klastrů Nastává proces hoření v OZÓNU Pozorované záření (2 000 C) Barevnost plamene různé jiné příměsi Ozón vzniká při bouřkovém výboji. Jen hypotézy. 9
Co je to plazma? Polární záře Mrak částic slunečního větru tvořený protony, elektrony a alfa částicemi letí vesmírem (rychlostířádově 0,1 % rychlosti světla) a pokud se na své cestě setká s magnetickým polem Země, tak ho ono pole většinu odrazí dál do vesmíru (ochranný vliv ionosféry!), ale část ho zachytí a stáčí po spirálách směrem k magnetickým pólům Země. Tam sluneční vítr interaguje s atmosférou a vzniká polární záře. 10
Co je to plazma? 11
12
13
14
Plazmové leptání se významně uplatňuje i v novém oboru výrobě MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems): 15
16
17
18
19
20
21
22
23