플라즈마에 대하여

혈장의 정의

플라즈마는 하전 입자 (이온과 전자)와 중성자 (원자와 분자)뿐만 아니라 광자의 가스입니다. 보다 구체적으로는 전체적으로 전기적으로 중성 인 완전 또는 부분적으로 이온화 된 가스로서 특성화 될 수있다. 즉, 양전하 및 음전하의 수는 동일하다. 고체 상태에서 액체 상태로, 그리고 액체 상태에서 가스 상태로 천이하는 것과 같이 급격한 상전이가 일어나지는 않지만 가스에 에너지를 공급할 때 발생하기 때문에 문제의 4 번째 상태로 간주됩니다. 플라즈마에 대한 또 다른 이름은 광자의 동반 방출과 함께 입자의 탈수 소화로 인한 플라즈마로부터의 특징적인 글로우로 인한 글로우 방전 (glow discharge)이다. 지구에서는 번개 섬광과 화염을 제외하고는 자연 상태로 플라즈마가 발생하지 않지만 우주 공간에서는 플라즈마가 물질의 가장 일반적인 형태입니다. 인위적으로 생성 된 가스 플라즈마는 그러나 인류 봉사에 수많은 응용이있다. 플라즈마는 광원, 새로운 종류의 TV 스크린, 융합 실험용 원자로 등 다양한 용도로 사용됩니다. 가장 일반적이며 가장 경제적으로 중요한 것은 고체의 재료 가공뿐만 아니라 가스가있다. 융합을위한 플라즈마와는 달리, 이러한 플라즈마는 "저온", 즉 가스가 저온 인 열역학적 평형이 아니라 전자가 가스 입자의 일부를 이온화, 여기, 해리 등의 에너지 (온도)를 가질 정도로 높다.

플라즈마 생성

물질 처리에서의 산업 응용을위한 플라즈마는 상이한 플라즈마 소스에 의해 생성된다.

플라즈마는 가스 내의 2 개의 전극 사이에 전압을인가하고, 가스 압력 및 전극 사이의 거리에 따라 소정의 전압으로 가스를 발생시킴으로써 가스가 파괴되어 이온화로 인해 가스가 전도하게된다. 이온화는 전자들 간의 충돌, 전기장에 의한 이온화 에너지 가속화, 원자와 같은 중성 입자에 의해 발생합니다. 하나의 자유 전자를 생성하는 모든 충돌은 새로운 이온화를 일으킬 수 있지만 첫 번째 전자는 여전히 자유롭게 다시 충돌하므로 이온화는 눈사태 과정으로 나타납니다. 결국이 과정은 대전 입자의 생성과 손실 사이의 정상 상태에 도달하게된다. 플라즈마 체적으로부터의 이온 및 전자의 손실은 재결합 및 플라즈마 경계로의 확산에 의해 발생할 수있다. 이온화의 시작은 우주 방사선에 의한 이온화 때문에 항상 중성 가스에 존재하는 1 차 이온과 전자에 의해 가능해진다. 원자를 이온화하는 데 충분한 에너지를 갖지 않는 전자는 전자 구조를 변화시키고 여기를 자극 할 수 있으며, 원자가 탈수록하면 광자가 방출 될 수있다. 대전 된 입자들의 재결합 및 탈암은 플라즈마 시스템의 글로우 특성에 기여한다.

글로우 방전의 가장 간단한 유형에서,인가 된 전압은 DC 전압이며, 두 개의 전극은 각각 음극 및 양극을 나타낸다. 전기장은 전극 사이에 고르게 분포되어 있지 않으므로 글로우의 밝기가 달라집니다. 방전의 가장 강렬한 부분은 근처의 "네가티브 글로우 (negative glow)"이지만 캐소드와 분리되어 있습니다. 이 글로와 음극 사이의 영역은 전위가 급격히 떨어지는 "음극 어두운 공간"또는 "공간 전하 외장"입니다. 충돌이 없거나 거의 발생하지 않아이 지역에서 광자 방출이 없어 어두워 보입니다. 양이온은 시스를 통한 잠재적 인 강하에 의해 가속되어 음극 표면과 충돌합니다. 이것은 음극으로부터 반발되어 2 차 전자가 음극 글로우로 방출되게하고 이온화를 향상시킬 수 있습니다. 이온은 또한 음극 물질로부터 원자를 녹아웃 (knock out)시킬 수 있으며,이 효과는 증착 될 물질의 소스로서 스퍼터링에 사용된다. 캐소드와 애노드 사이의 거리가 방전 폭에 대해 충분히 길면 또 다른 발광 영역 인 "양의 열"이 나타날 수 있습니다. 양극에는 어두운 공간이 있지만 매우 얇습니다.

음극이 비전 도성 물질로 둘러싸여있는 경우, 전극 표면의 대전 때문에 플라즈마가 직류 전압에 의해 유지 될 수 없다. 이 경우 방전을 발생시키기 위해 RF (Radio Frequency) 전압으로 전극에 전원을 공급할 수 있습니다. RF- 방전은 대개 DC- 방전보다 더 효율적인 이온화를 갖는다. 전자는 매우 낮은 질량을 가지며 이온이 시간 평균 필드를 따라가는 동안 RF 진동을 쉽게 따라갈 수 있습니다. 전도 음극의 경우 음극과 전원 사이의 블로킹 커패시터를 사용하여 음극 (실제로는 양 전극 모두)에 음의 DC 바이어스를 형성 할 수 있으며 공간 전하 외장이 전극과 플라즈마 사이에 형성 될 수 있습니다 RF 방전에서 이온은 DC 케이스와 같이이 덮개를 통해 가속됩니다.

중공 음극

중공 전극 구조에서 외장이 존재하면 중공 음극 소스에서 활용되는 "여분의"방전 (HCD)이 발생할 수 있습니다. 중공 음극 (음극)과 큰 반대 전극 (양극)이있는 2 전극 시스템에서 HCD는 양극과 음극 사이의 "보통"방전과 동시에 음극의 공동 내에서 발생할 수 있습니다. 공동의 벽은 음의 광선의 폭과 대략 동일합니다. HCD의 기원은 하나의 음극 벽에서 방출 된 에너지 전자가 외장을 가로 질러 반대쪽 벽으로 가속 될 때 중공 음극 내부의 전자를 포획하는 것입니다. 반대쪽에서 똑같지 만 반대 전계가있는 동일한 외장에 도달하면 다시 반사됩니다. 전자는 갇히고 반대쪽 칼집 사이에서 강제로 진동합니다. 이 메커니즘을 "hollow cathode effect"라고합니다. 이러한 진동 동안 전자는 가스 원자와의 비탄성 충돌을 겪을 수 있고 음극 내부에서 매우 밀도가 높은 플라즈마를 제공하는 이온화 확률을 증가시킬 수 있습니다. 이 플라즈마는 가스를 흘려서 음극 밖으로 배출됩니다. 중공 음극은 RF 전원으로도 전원을 공급받을 수 있습니다. 전자는 하나의 RF 사이클 동안 여러 번 진동하여 높은 플라즈마 밀도를 제공 할 수 있습니다. 중공 형 음극은 튜브, 튜브 배열 또는 평행 판 (직선형 중공 음극)과 같은 다양한 형상을 가질 수 있습니다.