پلاسما در کنار مایع، جامد، گاز، حالت چهارم ماده است.

پلاسما، حالت چهارم ماده

عبارت “پلاسما”  اولین بار توسط ایروینگ لانگمویر در سال 1928 معرفی شد تا بخشی از بارهای متعادل گونه هایی مانند الکترون ها و یون ها را برجسته نماید 

در کنار جامدات، مایعات و گازها، پلاسما به عنوان چهارمین حالت ماده در نظر گرفته می شود که در حالت پایه یا در حالت برانگیخته آن دارای بار خنثی خالص است. به بیان دیگر، این گاز یک گاز یونیزه کامل یا جزئی حاوی ، یون‌ها، رادیکال‌های آزاد و الکترون‌ها است که می‌تواند توسط انواع تخلیه‌های الکتریکی تولید شود.

بر اساس دما، می توان پلاسما را به دو دستۀ  پلاسمای داغ که به عنوان “پلاسمای حرارتی”   شناخته می شود، و پلاسمای سرد که به عنوان “پلاسمای غیر حرارتی”  شناخته می شود، طبقه بندی کرد. پلاسماهای حرارتی در فشار بزرگتر مساوی 105 پاسکال به دست می آیند و برای تولید، نیاز به توان قابل توجهی (تا 50 مگا وات) دارند. در این نوع پلاسما، یک تعادل ترمودینامیکی بین الکترون ها و گونه های سنگین وجود دارد. دمای گاز تقریباً برای همه اجزای پلاسما یکسان است و می تواند بسیار بالا ( 5 تا 20 هزار کلوین) باشد.

از سوی دیگر، پلاسمای غیر حرارتی یا سرد نوع دیگری است که در آن الکترون ها دمای بسیار بالاتری نسبت به گونه های سنگین تر دارند، زیرا به دلیل تفاوت در جرم آنها، پلاسمای غیر تعادلی نیز نامیده می شود. علاوه بر این، با عبور انرژی، گاز به گونه‌های مختلف واکنشی تجزیه می‌شود و به دنبال آن واکنش‌های یونیزاسیون، تحریک‌زدایی یا تحریک انجام می‌شود. این پلاسمای سرد غیر حرارتی انرژی کارآمدی داشته و گزینش پذیری بالایی را در واکنش‌های شیمیایی ایجاد می‌کند، زیرا تعادل ترمودینامیکی موضعی را نشان نمی‌دهد. بنابراین، با توجه به همه این دلایل، استفاده از فناوری پلاسمای سرد در تمامی علوم با سرعت بسیار بالایی در حال افزایش بوده و از جمله توجه فن‌شناسان را در پاکسازی محیط و مخصوصاً برای اهداف تصفیه فاضلاب به خود جلب کرده است.

 

 

پلاسمای حرارتی و غیرحرارتی

انواع پلاسمای سرد

پلاسمای اتمسفری سرد مورداستفاده برای تصفیه مایع را می‌توان به سه دسته تقسیم کرد: تخلیه بالای سطح مایع، تخلیه در حباب‌ها و تخلیه مستقیم در داخل مایع . پلاسما در بالای سطح مایع و در حباب‌ها معمولاً برای تصفیه فاضلاب استفاده می‌شود درحالی‌که تخلیه مستقیم داخل مایع به ندرت مورداستفاده قرار می­گیرد. در صورت تخلیه بالای سطح مایع، گونه‌های پلاسما در فاز گاز نزدیک سطح مایع تشکیل‌شده و سپس به داخل نمونه مایع منتقل می‌شوند.

سه دسته پلاسمای سرد مورداستفاده از تصفیه فاضلاب
سه دسته پلاسمای سرد مورداستفاده از تصفیه فاضلاب

پلاسمای سرد بالای سطح آب نیز با توجه به نوع راکتور به انواع مختلفی ازجمله تخلیه سد دی‌الکتریک (DBD)، پلاسما جت، تخلیه قوس و تخلیه کرونا تقسیم‌بندی می‌شود که دراین‌بین نوع DBD و پلاسما جت کاربرد بیشتری دارند.

در یک سیستم DBD، تخلیه بین دو الکترود ایجاد می‌شود که توسط یک یا چند مانع دی‌الکتریک (مانند شیشه، کوارتز، سرامیک) از هم جداشده‌اند و علاوه بر فضای تخلیه، به‌عنوان لایه­هایی عایق در مسیر جریان بین الکترودهای فلزی عمل می‌کنند. این موانع دی‌الکتریک جریان‌های الکتریکی را متوقف ساخته و از تشکیل جرقه جلوگیری می‌کند. دشارژهای DBD، که گاهی اوقات تخلیه خاموش نامیده می‌شوند، معمولاً در فرکانس‌های بین 0.5 و  500 کیلوهرتز ایجاد می‌شود. آن‌ها کاربرد صنعتی زیادی دارند زیرا در شرایط شدیداً غیرتعادلی در فشار اتمسفر و سطوح توان نسبتاً بالا بدون استفاده از منابع تغذیه پالسی پیچیده کار می‌کنند.

 در میان انواع پلاسما، DBD دارای مزایای زیر می‌باشد:

پیکربندی هندسی بسیار ساده، قابلیت استفاده برای کاربردهای صنعتی بزرگ، راندمان قابل‌اعتماد، کارآمد و مقرون‌به‌صرفه، عدم نیاز به محفظه‌های خلأ، شرایط پلاسمایی پایدار و قابل تکرار، ازنظر تئوری، و بازده انرژی کمتر در مقایسه با سایر انواع پلاسما مانند قوس  تولید پلاسما با استفاده از DBD به دلیل هزینه کم در مقیاس صنعتی اهمیت به سزایی دارد. این فناوری، به دلیل پیکربندی و انعطاف‌پذیری آن برای شکل الکترود و مواد دی‌الکتریک مورداستفاده، یکی از بهترین و راحت‌ترین اشکال تولید پلاسماست .

انواع پلاسمای سرد روی سطح مایع
انواع پلاسمای سرد روی سطح مایع