Vysvětlení plazmatu

Šťastně žijeme v plynné spodní atmosféře Země, která se skládá ze směsi plynů – především dusíku a kyslíku. Pokud se však pohybujeme směrem vzhůru od zemského povrchu, prostředí se mění a přestává tomuto popisu odpovídat. Ve výšce asi 80 km nad zemským povrchem již atmosféra není tvořena plynem. Místo toho je tvořena ionizovaným plynem, který se skládá z vyvážené směsi elektronů, kladných iontů a neutrálních částic. Tento stav se nazývá plazma. Běžně se mu říká „čtvrtý stav hmoty“ a podle názoru mnoha astrofyziků je to úplně „první“ stav, protože vznikl jako první bezprostředně po velkém třesku.

K vytvoření plazmatu je zapotřebí energie, která oddělí elektrony od atomů. Energie může mít různou podobu – tepelnou, elektrickou nebo světelnou (ultrafialové světlo nebo intenzivní viditelné světlo laseru). Při nedostatečné udržovací energii plazma rekombinuje na neutrální plyn.

Dále ve vesmíru je veškerý plyn ionizován a za tento ionizační proces je zodpovědné vysoce energetické elektromagnetické záření Slunce, které je samo tvořeno plazmou. Ve vesmíru tedy převládá plazma. Ve skutečnosti je 99 % hmoty ve známém vesmíru tvořeno plazmatem.

Plazmatické formy

Plazma se vyskytuje přirozeně, ale lze ho také uměle vyrobit. Přirozeně se vyskytující plazma může být pozemské (terestrické) nebo vesmírné (astrofyzikální). Umělé plazma bylo vyvinuto pro potřeby široké škály výrobních, zpracovatelských a specializovaných nátěrových odvětví.

Příklady tří forem plazmatu

Vlastnosti plazmatu

Plazma je nejvyšší energetický stav hmoty. Skládá se ze souboru volně se pohybujících elektronů, kladných iontů a neutrálních částic. Přestože je úzce příbuzné plynné fázi, protože nemá určitý tvar ani objem, v řadě ohledů se liší:

• Plazma má velmi vysokou elektrickou vodivost.
• Plazma je snadněji ovlivnitelné elektrickým a magnetickým polem než gravitací
• Pohyb elektronů a iontů v plazmatu vytváří vlastní elektrické a magnetické pole.
• Vzhledem k naprosto chaotickému a vysoce energetickému stavu částic, z nichž se plazma skládá, produkuje vlastní elektromagnetické záření.

Pro vznik a udržení vysoce energetického stavu, který v plazmatu existuje, je nutný neustálý přísun energie.

Umělé plazma – horké a studené

Horké nebo tepelné plazma vzniká v atmosférických obloucích, jiskrách a plamenech. Vysoce ionizované plazma se skládá z velkého množství elektronů a kladných iontů, přičemž teplota obou je extrémně vysoká. Plazmové řezací hořáky pracují v závislosti na svém výkonu při velmi vysokých teplotách mezi 5000 a 10 000 °C.

Studené neboli netepelné plazma je méně ionizované, a přestože elektrony mají vysokou teplotu, kladné ionty a neutrální částice mají teplotu nižší. Při zapnutí zářivkové trubice se v trubici vytvoří studené plazma (při pokojové teplotě).

Použití umělého plazmatu

Termické plazma se používá v řadě průmyslových odvětví včetně osvětlení, nátěrů a výroby a čištění kovů. Mezi příklady patří:

• oblouková halogenidová světla používaná při osvětlování
• plazmové procesy nanášení povlaků, které umožňují nanášet na vybrané povrchy povlaky odolné proti opotřebení a vysokým teplotám
• používání elektrického oblouku k řezání a svařování kovů.

Jak vědci lépe poznávali strukturu a vlastnosti plazmatu, vyvíjely se nové technologie, což vedlo k rychlému rozšíření použití studeného nebo netepelného plazmatu. Například při výrobě komponent počítačového hardwaru se k výrobě integrovaných obvodů používají procesy, jako je plazmatem zesílené chemické napařování a leptání. Zpracování plazmou tohoto typu má zásadní význam pro konstrukci a výrobu výkonných a kompaktních počítačů a mobilních telefonů, které se běžně používají.

Dalšími příklady využití studeného plazmatu jsou:

• osvětlení zářivek
• plazmové televizory
• kontrola životního prostředí – snižování emisí znečišťujících plynů
• plazmové kuličkové hračky.

Provoz plazmových televizorů

Plochá obrazovka se skládá ze dvou průhledných skleněných panelů, které jsou obloženy tenkou vrstvou pixelů. Každý pixel se skládá ze tří plynem naplněných buněk. Plyn je směs neonu a xenonu. Každá buňka je na vnitřní straně opatřena luminoforem, který po stimulaci vyzařuje červené, zelené nebo modré viditelné světlo. Mřížka malých elektrod umožňuje dodávat elektrický proud do každé buňky v pixelu. Při průchodu proudu dochází k ionizaci plynu v buňce do plazmového stavu, v důsledku čehož je emitováno UV světlo. Luminofor pokrývající stěny buňky toto UV světlo absorbuje a je stimulován k vyzařování viditelného světla, buď červeného, zeleného, nebo modrého.

Kolik pixelů má plazmový displej, závisí na rozlišení displeje. Plazmový displej s rozlišením 1280 x 720 má 1280 x 720 = 921 600 pixelů. Každý pixel má tři buňky, takže plazma s rozlišením 1280 x 720 má 3 x 921 600 = 2 764 800 jednotlivých buněk.

Rozlišováním pulzů proudu protékajících jednotlivými buňkami může řídicí systém zvyšovat nebo snižovat intenzitu jednotlivých barev buněk a vytvářet tak stovky různých kombinací červené, zelené a modré barvy. Tímto způsobem může řídicí systém vytvářet barvy v celém spektru.

.