Температура плазмы: от комнатной до экстремальных значений

Какова температура различных видов плазмы. Как измеряется температура плазмы. Какие процессы происходят при экстремально высоких температурах плазмы. Как достигаются сверхвысокие температуры плазмы.

Что такое плазма и как определяется ее температура

Плазма представляет собой ионизированный газ, в котором присутствуют свободные электроны и положительно заряженные ионы. Температура плазмы определяется средней кинетической энергией ее частиц. Чем выше скорость движения частиц, тем выше температура плазмы.

Различают несколько характеристических температур плазмы:

• Температура электронов
• Температура ионов
• Температура нейтральных частиц

В термодинамически равновесной плазме все эти температуры равны. В неравновесной плазме они могут существенно различаться.

Диапазон температур различных видов плазмы

Температура плазмы может варьироваться в очень широких пределах — от комнатной до миллиардов градусов. Рассмотрим основные виды плазмы и характерные для них температуры:

Низкотемпературная плазма

• Газовый разряд при атмосферном давлении: 300-5000 К
• Пламя: 1000-3000 К
• Плазма тлеющего разряда: 10000-100000 К

Высокотемпературная плазма

• Плазма дугового разряда: 5000-50000 К
• Плазма в токамаках: 10-100 миллионов К
• Солнечная корона: 1-2 миллиона К

Сверхвысокотемпературная плазма

• Плазма в экспериментах по инерциальному термоядерному синтезу: до 200 миллионов К
• Плазма в центре звезд: сотни миллионов К
• Кварк-глюонная плазма: триллионы К

Методы измерения температуры плазмы

Измерение температуры плазмы представляет определенные сложности, особенно для высокотемпературной плазмы. Используются следующие основные методы:

• Спектроскопические методы — анализ спектра излучения плазмы
• Зондовые методы — измерение тока на зонд, помещенный в плазму
• Лазерное рассеяние — анализ рассеяния лазерного излучения на частицах плазмы
• Корпускулярная диагностика — анализ энергетических спектров частиц, вылетающих из плазмы

Для сверхвысокотемпературной плазмы применяются косвенные методы, основанные на анализе протекающих в ней ядерных реакций.

Процессы, происходящие при экстремальных температурах плазмы

При повышении температуры плазмы в ней последовательно начинают происходить следующие процессы:

1. Ионизация атомов (от нескольких эВ)
2. Возбуждение электронных оболочек атомов (10-100 эВ)
3. Диссоциация молекул (единицы эВ)
4. Ионизация внутренних электронных оболочек (сотни эВ — кэВ)
5. Ядерные реакции синтеза легких ядер (кэВ — МэВ)
6. Рождение электрон-позитронных пар (МэВ)
7. Рождение пионов и других мезонов (сотни МэВ — ГэВ)
8. Кварк-глюонная плазма (выше 1 ТэВ)

Каждый из этих процессов характеризуется определенной пороговой энергией и, соответственно, температурой плазмы.

Как достигаются сверхвысокие температуры плазмы

Для получения сверхвысоких температур плазмы используются различные методы:

• Омический нагрев током в магнитных ловушках (токамаки)
• Нагрев пучками нейтральных атомов
• Высокочастотный нагрев
• Сжатие плазмы магнитным полем
• Инерционное сжатие мощными лазерными импульсами
• Пинч-эффект в Z-пинчах

Рекордные температуры плазмы (триллионы градусов) были получены при столкновении тяжелых ионов на ускорителях.

Применение плазмы различных температур

Плазма разных температур находит широкое применение в науке и технике:

Низкотемпературная плазма:

• Плазменная обработка поверхностей
• Плазмохимический синтез
• Плазменные дисплеи

Высокотемпературная плазма:

• Плазменная резка и сварка
• Плазменные двигатели
• Исследования управляемого термоядерного синтеза

Сверхвысокотемпературная плазма:

• Фундаментальные исследования в ядерной физике и физике элементарных частиц
• Моделирование процессов в звездах и ранней Вселенной

Ограничения на максимальную температуру плазмы

Существуют ли ограничения на максимально достижимую температуру плазмы? Теоретически, предельная температура плазмы ограничена планковской температурой, которая составляет около 1.4 × 10^32 К. При этой температуре квантовые эффекты гравитации становятся значимыми, и наши представления о пространстве-времени перестают работать.

На практике максимальная температура плазмы ограничивается следующими факторами:

• Потери энергии на излучение (в основном тормозное излучение электронов)
• Потери частиц из объема плазмы
• Неустойчивости плазмы, приводящие к ее разрушению
• Технические ограничения на мощность нагрева

В современных экспериментальных установках достигнуты температуры плазмы порядка триллионов градусов, что на много порядков ниже планковской температуры.

Влияние сверхвысоких температур на свойства плазмы

При достижении экстремально высоких температур свойства плазмы существенно изменяются:

• Полная ионизация атомов, включая внутренние электронные оболочки
• Релятивистские эффекты в движении электронов
• Рождение электрон-позитронных пар
• Ядерные реакции между ионами плазмы
• Образование кварк-глюонной плазмы при температурах выше 10^12 К

Изучение таких экстремальных состояний вещества представляет большой интерес для фундаментальной науки и позволяет глубже понять процессы, происходящие в космических объектах и ранней Вселенной.

Насколько горячая плазма? Обработка плазмой чувствительных к нагреву материалов

Высокие температуры, которые часто достигаются при обработке плазмой, заставляют пользователей задуматься о безопасности процесса, особенно в случае обработки чувствительных материалов. В данной статье рассматриваются вопросы, касающиеся температуры плазмы и теплопередачи во время плазменной обработки, приведены примеры, доказывающие возможность использования плазмы там, где разогрев поверхности является критическим фактором.

Основной, казалось бы простой вопрос, но на который не так легко ответить — насколько горячая плазма?

Встречающаяся в природе плазма может достигать температуры до 10⁶ эВ (1 эВ ~ 11 600˚С) [1]. В промышленных применениях максимальные температуры составляют около 1 эВ [2]. Плазма — это высокоэнергетическое состояние и ее температура зависит от суммарной энергии её частиц (нейтральных атомов, электронов и ионов) и степени ионизации. Это дает возможность классифицировать разные типы плазмы в зависимости от их температуры, различая две основные категории: термические и не термические плазмы.

Мы не будем говорить о термической плазме, когда она полностью ионизирована и все частицы имеют одинаковую температуру. Классический пример — это солнечная корона или термоядерная плазма.

Мы рассмотрим не термическую или неравновесную плазму. Она имеет разную температуру электронов, ионов и нейтральных частиц. Таким образом, электроны могут достигать температуры 10 000˚С, в то время как большинство частиц газа значительно менее горячие или сохраняют комнатную температуру. Тем не менее, статическое измерение пламени плазмы, генерируемой системой Plasmabrush® PB3, покажет температуру ниже 1000°С при работе с сухим сжатым воздухом в качестве плазмообразующего газа. Это пламя — передняя, видимая часть плазменной струи и, как правило, которой обрабатывается поверхность изделий.

Рис. 1
Сопло А250 и статическая температура сопел А250, А350, А450 используемых в Plasmabrush^® PB3

Не термическую плазму часто называют «холодной плазмой», но этот термин следует использовать с осторожностью т. к он включает широкий спектр плазм низкого давления и плазм атмосферного давления.
Температура «холодной плазмы», генерируемой системой Piezobrush® PZ2, едва превышает температуру окружающего воздуха. Именно такие системы обеспечивают высокопроизводительную обработку изделий в промышленности.


Когда пользователи задают вопрос «Насколько горячая плазма?», часто подразумевают не температуру самой плазмы, а температуру у поверхности обрабатываемой поверхности. Для ее точного определения необходимо провести тщательные измерения.

На основе многолетних исследований, компания Relyon Plasma разработала программное обеспечение, которое дает возможность моделировать теплопередачу атмосферной или неравновесной плазмы обрабатываемой поверхности. Расчеты дифференцируются в зависимости от геометрии обрабатываемых поверхностей и настроек, выбранных для входной электрической мощности в плазме.


Рис. 2
Исследование температуры в процессе интенсивной плазменной обработки, смоделированное с помощью специализированного ПО. Различные линии показывают, как меняется температура в процессе обработки в различных слоях пластика толщиной 2мм. В то время как верхний слой нагревается при обработке, температура нижних слоев остается значительно ниже.

Результаты обширных измерений подтвердили — энергия, переданная обрабатываемой поверхности, затрагивает главным образом её верхние слои. Этот факт делает обработку атмосферной плазмой действительно обработкой именно поверхности. Эффекты очистки и смачивания обусловлены взаимодействием частиц плазмы с верхним атомным слоем поверхности материала и ни при каких условиях не воздействуют на его внутренние слои.

На температуру обрабатываемой поверхности значительное влияние оказывает скорость обработки и расстояние до нее плазменного источника.


Рис. 3
Исследование температуры в процессе щадящей плазменной обработки, смоделированное с помощью специализированного ПО. Различные линии показывают, как меняется температура в процессе обработки в различных слоях пластика толщиной 2мм. При щадящей обработке воздействию подвергается только верхний слой, нижние слои сохраняют комнатную температуру

Оценка этих параметров является абсолютно достаточной для большинства применений обработки плазмой.
В случае некоторых процессов, например, горячего плавления или нанесения покрытий, для получения оптимального результата необходимо более комплексно подходить к оценке влияющих параметров. Для этого, в дополнение к описанным двум параметрам, плазменная система предлагает настройку ещё 3 параметров — потока газа, частоты, электрической входной мощности.


Рассмотрим 3 варианта применения обработки атмосферной плазмой, критичных к тепловому воздействию и требующих прецизионного контроля техпроцесса. Возможности системы PlasmaBrush® PB3 представлены на примере обработки клеточных колоний, тонких пленок (в данном случае алюминиевая фольга) и осаждения тонких пленок полиэтилена пониженной плотности.

Клеточные колонии

Предполагается активация микроструктурированной поверхности трехмерных клеточных колоний без их теплового повреждения. Успех данной процедуры оценивается контактным угломдистиллированной воды.

Небольшая избыточная активация (излишняя энергия, переданная поверхности) меняет форму треугольных частей чипов с клеточными колониями (центральная часть рис 4.). Только прецизионная регулировка параметров делает возможной обработку без теплового повреждения.


Рис. 4
Необработанный чип (слева), детали поврежденного чипа (центр) и неповрежденный чип (справа)

В процессе щадящей обработки поверхностная энергия оставалась ниже максимальной активационной способности, контактный угол при этом снизился с 92 град. до 43 град. В процессе использовалась система PlasmaBrush® PB3 с соплом А250, скорость техпроцесса составляла 250 мм/с, рабочая дистанция 40 мм, в качестве рабочего газа использовался азот.


Обработка тонких пленок (фольга)

Из-за своей небольшой толщины тонкие пленки (фольга) особенно чувствительны к обработке плазмой. Несмотря на то, что обычно проблем с обработкой металлов не возникает благодаря их высокой теплопроводности, тонкие пленки должны обрабатываться особенно бережно, поскольку не имеют достаточной толщины для отвода тепла. Большинство металлов могут обрабатываться на небольших скоростях, порядка 30 мм/с, в то время как пленки должны обрабатываться на скоростях 500 мм/с и выше. Непрерывная подача из рулона в рулон является примером такого процесса, где фольга обрабатывается при очень высоких скоростях и взаимодействие плазмы с поверхностью составляет доли секунды.


Рис. 5
Обработка алюминиевой фольги при подаче из рулона в рулон

Достижение высокой активации в этих условиях является серьезной проблемой. Тем не менее, подходящая технологическая схема процесса позволяет это успешно реализовать. Как вариант — на рис 5. (справа) три плазменных генератора настроены на скорость обработки 12 м/с, чтобы покрыть всю ширину адгезионной поверхности фольги.


Осаждение расплава полиэтилена низкой плотности на алюминий

Нанесение покрытий с использованием плазмы более комплексный процесс, поскольку включает дополнительные узлы для транспортировки порошка. В проведенном эксперименте на алюминиевую подложку наносился полиэтилен низкой плотности (ПЭНП). При осаждении расплавленных покрытий обеспечивается низкая вязкость, необходимая для формирования однородных слоев покрытий. В то же время, скорость процесса гораздо выше, чем при использовании традиционных методов и нет необходимости в удалении растворителей.

Внешняя система транспортирует порошок к выходу плазменного сопла. Порошок плавится непосредственно на поверхности и затем там же охлаждается. Производительность подачи порошка составляет до 7,19 г/мин. Плазма здесь выполняет две функции: во-первых, химическое сшивание поверхности повышается за счет вводимых в нее частиц; во-вторых, горячий расплав распространяется лучше из-за повышенной смачиваемости.


Рис. 6
Покрытие расплавом ПЭНП (слева) и генератор плазмы Plasmabrush^® PB3 c системой подачи порошка (справа)

Ключевой параметр в данном случае — скорость. Она должна быть достаточно низкой для обеспечения равномерного покрытия основы (подложки), но в то же время достаточно высокой, чтобы избежать сообщения излишней энергии обрабатываемой поверхности и только что сформированным слоям. В данном эксперименте была установлена скорость 210 мм/с, рабочая дистанция составляла 14 мм. Изделие вращалось со скоростью 14,5 об/мин. Процесс нанесения занял 6 минут.


Заключение

Даже при использовании не термической плазмы при высоких температурах, в промышленных применениях возможна обработка чувствительных к нагреву материалов за счёт подбора параметров обработки. В особенности — скорости обработки и расстояния до обрабатываемой поверхности. Более того, такая обработка модифицирует только поверхностный слой, в то время, как нижележащие слои остаются незатронутыми. Эти свойства делают обработку атмосферной плазмой эффективным и производительным методом очистки и активации поверхности, даже в случае работы с чувствительными к нагреву материалами.

Литература:
[1] K. Küpfmuller, W. Fathis und A. Reibiger, TheoretischeElektrotechnik: Eine
Einführung, Springer, 2013.
[2] H. Zohm, „Plasmaphysik,» LMU München, München, 2012/2013.
[3] R. A.Wolf, Atmospheric Pressure Plasma for Surface Modification, Hoboken and
Salem, USA: Wiley & Sons and Scrivener Publishing, 2013.


Плазма свежезамороженная

Основные свойства — плазма, собранная и замороженная для оптимальной сохранности факторов свертывания крови.

Состав: плазма свежезамороженная способна адекватно поддерживать лабильные факторы свертывания крови в функциональном состоянии.

Одна доза компонента содержит в среднем после замораживания-размораживания: 70% и фактора VIIIс, не менее 50 г / л общего белка, эритроцитов не более 6,0 × 109, лейкоцитов 0,1 × 109, тромбоцитов 50,0 × 109 в дозе.

Лекарственная форма: компонент крови для парентерального применения.

Хранение и стабильность:

Стабильность при хранении зависит от температуры. Оптимальная температура хранения составляет минус 30 ° С.

Плазма свежезамороженная прошла карантинное хранение продолжительностью в 180 дней с момента заготовки крови. Температурный режим хранения донорской плазмы предусматривает проведение круглосуточного мониторинга.

Плазму свежезамороженную сохраняют 12 месяцев при температуре минус 30 ° С; 24 месяца при температуре ниже минус 30 ° С.

Условия транспортировки:

Соответствующая система транспортировки должна обеспечить гарантированное сохранение полноценности ССП как трансфузионной среды. Система транспортировки должна обеспечить температуру не выше минус 15 ° С в конце срока транспортировки.

При использовании транспортного средства без рефрижератора требуется термоизолирующий контейнер с аккумулятором холода, охлажденным до температуры ниже минус 30 ° С

Лечебное учреждение, в которое была доставлена плазма, должно убедиться, что ССП оставалась в замороженном состоянии в течение всего периода транспортировки. Если СЗП не назначается для срочного переливания, то ее необходимо сразу поместить на хранение при рекомендуемых температурных условиях.

Показания к применению:

Свежезамороженная плазма применяется в случаях расстройств свертывания крови, особенно в тех клинических ситуациях, когда существует множественный дефицит факторов свертывания и только тогда, когда отсутствует соответствующий вирусинактивированный специфический фактор свертывания. Свежезамороженная плазма может использоваться при лечении тромбоцитопенической пурпуры.

Предостережение при использовании:

Плазму свежезамороженную не стоит использовать:

• только для устранения дефицита объема при отсутствии дефицита свертывания или как источник иммуноглобулина и других белков крови
• если есть соответствующий концентрат специфического фактора свертывания, который прошел вирусинактивацию;
• у пациентов с повышенной индивидуальной чувствительностью к белкам плазмы.

Следует использовать плазму, совместимую по групповой принадлежности по системе АВ0, у детей по системе Rh (резус) также.

Для предотвращения негативных реакций необходимо проводить биологическую пробу.

Побочные эффекты:

• может возникать цитратная интоксикация при быстром переливании больших объемов;
• негемолитические реакции на переливание (в основном лихорадка и крапивница)
• возможна передача возбудителей вирусных инфекций (ВИЧ, гепатита и т.п.), несмотря на тщательный отбор доноров и использования скрининга на данные инфекции;
• сепсис вследствие неумышленного бактериального загрязнение;
• связанное с переливанием острое повреждение легких;
• передача других патогенов, присутствие которых не проверялась с помощью тестов или они не были распознаны.

Особенности использования:

Перед использованием плазма должна пройти размораживания в контролируемых условиях. СЗП должна быть использована сразу после размораживания в течение 1 часа. Повторное замораживание плазмы недопустимо.

При переливании свежезамороженной плазмы запрещается использовать трансфузию с одного контейнера нескольким реципиентам. Для предотвращения негативных реакций необходимо проводить биологическую пробу.

Взаимодействие с другими препаратами

При расстройствах микроциркуляции, без явлений диссеминированного внутрисосудистого свертывания крови (ДВС) свежезамороженную плазму переливают с реологически активными препаратами (реополиглюкин и т.д.).

Источник: http://bloodservice.org.ua/komponenti-ta-perparati-krovi

---

31.07.2018 / 02:11

Seite wurde nicht gefunden. · Relayon Plasma · Oberflächenbehandlung

Имя*


Адрес электронной почты*


Игровая фирма*


Земля*


Ihre Номер телефона


Wie sind Sie auf uns aufmerksam geworden?
Online RechercheSocial MediaFachzeitschrift/PresseMesse/VeranstaltungEmpfehlungИнтернет-магазин

Бетрефф*


Ihre Nachricht*


Ich stimme der Datenschutzerklärung zu

Um Ihre Anfrage bearbeiten zu können, geben Sie bitte Ihre Einwilligung zur Speicherung Ihrer Daten.

Sie können Ihrer Einwilligung jederzeit widesprechen.

Spamschutz — bitte Ergebnis eingeben:
5+5=

Wir benötigen Ihre Zustimmung, bevor Sie unsere Website weiter besuchen können. Wenn Sie unter 16 Jahre alt sind und Ihre Zustimmung zu freiwilligen Diensten geben möchten, müssen Sie Ihre Erziehungsberechtigten um Erlaubnis bitten. Мы используем файлы cookie и другие технологии на веб-сайте. Einige von ihnen sind essenziell, während andere uns helfen, diese Website und Ihre Erfahrung zu verbessern. Personenbezogene Daten können verarbeitet werden (z. B. IP-Adressen), z. B. für personalisierte Anzeigen und Inhalte oder Anzeigen- und Inhaltsmessung. Weitere Informationen über die Verwendung Ihrer Daten finden Sie in unserer Datenschutzerklärung. Sie können Ihre Auswahl jederzeit unter Einstellungen widerufen oder anpassen. Einige Services verarbeiten personenbezogene Daten in USA. Mit Ihrer Einwilligung zur Nutzung dieser Services stimmen Sie auch der Verarbeitung Ihrer Daten in den USA gemäß Art.

49(1) лит. DSGVO zu. Der EuGH stuft die USA als Land mit unzureicendem Datenschutz nach EU-Standards ein. So besteht etwa das Risiko, dass US-Behörden personenbezogene Daten in Überwachungsprogrammen verarbeiten, ohne bestehende Klagemöglichkeit für Europäer.
Datenschutzeinstellungen
• Эссензиэль

  Essenzielle Cookies ermöglichen grundlegende Funktionen und sind für die einwandfreie Funktion der Website erforderlich.

• Статистика
  Statistik Cookies erfassen Informationen anonymen. Diese Informationen helfen uns zu verstehen, wie unsere Besucher unsere Website nutzen.

• Экстерн Медиен

  Inhalte von Videoplattformen und Social-Media-Plattformen werden standardmäßig blockiert. Wenn Cookies von externen Medien akzeptiert werden, bedarf der Zugriff auf diese Inhalte keiner manuellen Einwilligung mehr.

Информация о файлах cookie Datenschutzerklärung Импрессум

температура — Насколько горячей может быть плазма?

Самая высокая зарегистрированная температура плазмы в , а не в раз горячее ядерных реакций. Существует целый ряд явлений, происходящих при высоких температурах, которые включают ядерные реакции и выходят за их пределы.

Когда температура становится очень высокой, имеет смысл начать думать с точки зрения задействованных энергий, а не придерживаться шкалы Кельвина (или Фаренгейта, тьфу). При термодинамическом равновесии средняя энергия «степени свободы» с температурой $T$ равна $U=\frac12 kT$. Например, одноатомный идеальный газ имеет среднюю энергию на одну частицу $\frac32 kT$ для трансляций в трех измерениях. Если у вас есть система, в которой разрешенные энергии входят в сгустки, как вращательные и колебательные состояния в молекулах, средняя энергия на моду равна

равно , а температура $kT$ много меньше энергии $E$ первого возбужденного состояния. Это означает, что большинство систем имеют большую теплоемкость, когда они горячие, чем когда они холодные, что затрудняет достижение высоких температур.

• Для комнатной температуры $kT \примерно 25$ миллиэВ; это типичная энергия для фонона в твердом теле.