III.7. FIZICA PLASMEI - IFA

Tema 2. Plasme produse prin descarcari electrice în gaze la presiuni mari,
inclusiv presiune atmosferică.
Relevanta temei
Descarcarile in gaze la presiune joasa au constituit istoric baza experimentala pentru
dezvoltarile din fizica atomica si spectroscopie, experimentele cu particule extrase din plasma
confirmand ipotezele fizicii cuantice si ale opticii. Ulterior domeniul a imbratisat si aplicatiile, intre
care cele mai importante sunt acoperirea suprafetelor cu filme subtiri, gravarea cu plasma,
modificarea suprafetelor, elaborarea surselor de lumina. Avantajele cele mai importante ale utilizarii
descarcarilor de presiune joasa spentru producerea plasmelor sunt tensiunile reduse de producere,
un domeniu larg de presiuni pe care functionarea este stabila, temperaturile joase ale gazului ionizat
(se spune ca plasma este rece, sau netermica), reactivitatea ridicata datorata unui numar important
de specii reactive (atomi, radicali, electroni, ioni) si omogenitatea extinsa pe volume mari. In raport
cu perspectiva aplicativa ele sufera de un dezavantaj major: producerea lor necesita echipamente
relativ complicate si personal specializat pentru controlul conditiilor de vid aferente generarii si
desfasurarii proceselor. Ultima decada este marcata de efortul comunitatii stiintifice de a extinde
domeniul de functionare al descarcarilor reci, in conditiile pastrarii avantajelor enumerate anterior,
la presiuni mari, in special la presiune atmosferica, evitand astfel interventia sistemelor de realizare
a vidului.
Cercetarile desfasurate arata ca extinderea domeniului de functionare a descarcarilor
netermice (reci) la presiuni mari intampina o serie de dificultati legate de tensiunile mari de
strapungere, constrictia descarcarii la volume mici, neomogenitatea plasmei, instabilitatea ei
temporala si spatiala. In plus caracterul de plasma rece se pierde caci energia care se transfera la
orice suprafata in contact cu plasma creste considerabil. Tendinta naturala, rezultata si din scalarea
legilor care guverneaza descarcarea la presiune joasa, este ca prin cresterea presiunii plasma sa
devina fierbinte si filamentara.
Raportarile stiintifice recente arata insa ca abordari experimentale specifice pot conduce la
plasma si surse de plasma rece la presiune atmosferica cu pastrarea macar a unora din avantajele
plasmelor generate la presiune joasa. Abordarile se bazeaza in special pe un management adecvat al
disiparii caldurii in spatiul interelectrodic. Astfel, folosirea unor gaze adecvate (He), a tensiunilor de
frecventa inalte si pulsate (sute de kHz, zeci de MHz, si microunde), utilizarea unor configuratii
electrodice inedite (plan paralele, cilindrice, spatii intrelectrodice inguste), a barierelor de dielectric
(DBD-Dielectric Barrier Discharge) si a fluxurilor mari de gaz favorizeaza mentinerea caracterului de
plasma rece la presiuni mari. In studiile fundamentale au fost puse in evidenta fenomene noi,
regimuri de descarcare specifice, iar modelele elaborate iau in considerare faptul ca ponderea
proceselor elementare care guverneaza fenomenele este complet diferita in raport cu cea din
plasmele generate in gaze la presiune joasa.
Abordari ale temei in strainatate. Grupuri de cercetare
Progrese notabile in fizica si aplicatiile plasmelor atmosferice netermice au fost raportate de grupuri
cercetare din SUA, Europa, Japonia, Corea. In general se studiaza fenomenologia descarcarilor la
39/110