Холодная плазма в воздухе: что это такое и как это работает

Холодная плазма в воздухе

Холодная плазма в воздухе:что это такое и как это работает

           Сегодня плазменные технологии проникают в различные производства, от обработки текстиля до очистки и обеззараживания воздуха и лечения различных болезней. Но что такое плазма, как её получают и каким образом она находит применение в самых разных областях?
Плазму называют четвёртым состоянием вещества, но на самом деле её было бы правильнее называть первым состоянием вещества. Исторически плазма была открыта в XIX веке, после того как уже давно было известно о трёх других состояниях вещества – твёрдом, жидком и газообразном.
Однако в действительности первой возникла именно плазма. Вселенная появилась в результате Большого Взрыва, и в первые мгновения её существования всё вещество было сконцентрировано в очень маленькой области пространства и имело невообразимую энергию, — это и была первородная плазма очень высокой плотности и колоссальной температуры.
Вещество при этих условиях существует в виде ионов (атомы без одного-двух электронов, которые «летают» отдельно). Плазма – это энергетический газ, состоящий почти полностью из заряженных частиц (ионов и электронов), которые не только сталкиваются друг с другом, но также притягиваются и отталкиваются электрическими силами. В течение первых секунды жизни вселенной плазма сильно расширилась и охладилась, хотя её температура и оставалась очень высокой. Этот процесс продолжается и сегодня, и Вселенная до сих пор на 99,9 % состоит из плазмы.

Все звёзды, начиная с нашего Солнца, — это огромные массы горячей плазмы. Температура внутри Солнца достигает десятков миллионов градусов, в то время как на поверхности – «всего» сотен тысяч градусов.
Однако есть и области сильно остывшего вещества во Вселенной, где электроны «возвращаются» в атомы, которые таким образом становятся нейтральными, их температура падает, и вещество представляет собой обычный (неионизированный) газ, или образует более плотные состояния, – жидкое и твёрдое.
Планеты, в частности наша Земля, а также астероиды и кометы – это пример остывшей материи, которой во вселенной всего менее 0,1 %! Наша Земля также имеет атмосферу, которая защищает её от излучения горячей Вселенной и защищает от резкого излучения Солнца.

Живя в нашем оазисе «спокойствия», мы не привыкли видеть вещество в состоянии плазмы. Однако иногда условия для такого энергетического состояния вещества возникают и на Земле. Например, мы наблюдаем молнию, в шнуре которой воздух переходит в состояние горячей плазмы. На сегодняшний день четвёртое (или, точнее, первое) состояние вещества можно создавать искусственно. Например, плазма создаётся и является источником колоссальной энергии в термоядерном
реакторе. Электросварка и электрическая дуга между электродами батареи – это также примеры горячей плазмы.

Однако кроме горячей плазмы, ионизировать атомы газа можно и без нагрева. Мы видим примеры холодной плазмы на Земле в виде полярного сияния, свечения ламп дневного света, иногда вспышки ионизированного воздуха можно заметить на высоковольтных линиях электропередачи.
Это примеры того, как воздух ионизируется и становится плазмой не в результате нагрева, а из-за пронизывающих его энергетических потоков (космическое излучение, которое «зажигает» северное сияние), или благодаря приложенному высокому напряжению (в лампах дневного света или на высоковольтных проводах). Холодная плазма тоже состоит из ионов и электронов, хотя их концентрация намного ниже, чем в горячей плазме. Но в отличие от горячей плазмы, холодную плазму можно применять в технологических процессах без риска расплавить или повредить материалы нагреванием.

На чём же основано действие холодной плазмы, зажжённой в обычном воздухе? В отличие от случая разряжённого воздуха (северное сияние, трубки рекламы), в воздушной или, как говорят, в атмосферной плазме относительно мало ионов, но много энергетически нейтральных возбуждённых частиц, так называемых газовых радикалов. К ним прежде всего относится атомарный кислород, а также гидроксильные группы (OH), озон, окислы азота и другие возбуждённые атомы, и молекулы.
Радикалы – химически активные частицы. Раз возникнув в холодной плазме, они тут же вступают в реакции со внесёнными в плазму материалами, будь то металлы, полимеры, текстиль или даже тело человека. Холодная плазма быстро и эффективно влияет и изменяет свойства обрабатываемых материалов благодаря своему химическому действию. Для проведения различных обработок становятся ненужными растворы химических веществ (которые к тому же нужно нейтрализовывать после использования). После действия плазмы оставшиеся радикалы распадаются в воздухе, возвращаясь в обычные газы воздуха.

Применение холодной атмосферной плазмы – это высокоэффективная и высоко экологичная технология, благодаря которой экономится вода и сокращается количество необходимых химических веществ, а также ускоряются технологические процессы. Нет также потерь на ставший ненужным нагрев, что является дополнительным источником сбережения. Интерес к инновационным технологиям, основанным на применении атмосферной плазмы как для обработки материалов, так и для очистки воды и воздуха, а также в медицине и в сельском хозяйстве продолжает увеличиваться в соответствии с современными запросами на эффективность, экологичность и мало затратность технологических процессов.