Fizikos mokslas, tiriantis bendrąsias materijos savybes, struktūrą ir judėjimą, dažnam žmogui atrodo sudėtinga ir paslapties šydo dengiama sritis. Tačiau pažvelgę giliau į atskiras šio mokslo šakas galime būti tikri - naujausios technologijos negali egzistuoti be fizikos. Plazma - tai ketvirta materijos būsena, pilnai ar dalinai sudaryta iš jonizuotų dujų. Plazma gaunama kaitinant dujas iki aukštų temperatūrų arba jas veikiant stipriu elektriniu lauku, kuomet dujų atomui ar molekulei netekus elektrono, susidaro neigiami krūvininkai - elektronai, ir teigiami krūvininkai - teigiami jonai arba teigiami molekuliniai jonai. - Jūsų mokslinė sritis - plazma ir jos taikymas. Daugeliui tai asocijuojasi su jonosfera, Šiaurės pašvaiste ar žaižaruojančiais žaibais padangėje, tačiau egzistuoja ir dirbtinai sukurta plazma.
Kokios jos panaudojimo galimybės? Ar galime su ja susidurti savo kasdienybėje? Kažkur esu skaičiusi, kad ateities lėktuvai galėtų skristi ant plazmos sparnų. - Gamtoje daugelyje reiškinių egzistuoja plazma, tik dažnai tai nėra tiesiogiai įvardijama. Pasaulyje mokslininkai su plazma ir jos taikymu įvairiose srityse jau dirba daugiau nei 100 metų. Vykdant kosminius tyrimus ir konstruojant naujus kosminius erdvėlaivius reikėjo ištirti ir sukurti medžiagas, kurios būtų atsparios aukštai 2000-3000 K temperatūrai. Tam buvo kuriami plazmos generatoriai, kuriuose buvo išgaunama aukštos temperatūros (5000-10000 K) plazma. Tokių įrenginių pagalba buvo galima ištirti, kaip medžiagos, skirtos apsaugai nuo aukštos temperatūros, galėtų elgtis realiomis sąlygomis kosmose, kokioms temperatūroms būtų atsparios, per kiek laiko būtų pažeistos ir t. t.
Vėliau plazma pradėta taikyti ne tik moksliniuose tyrimuose, bet ir medicinoje, buityje. Pavyzdžiui, plazmos technologijos puikiai taikomos sporto medicinoje, ortopedinėje chirurgijoje ir kitur. Pats paprasčiausias pavyzdys - visiems gerai žinomas diskotekoms skirtas šviestuvas - stiklinis rutulys su viduje įtaisytu elektrodu, užpildytu inertinėmis dujomis, kuriame vyksta dujų išlydis, t.y. gaunama plazma. Na, o dėl „švytinčių“ lėktuvų ar automobilių - tai nemanau, kad tai mokslinė fantastika. Antai JAV Prinstono universiteto Plazmos fizikos laboratorijos mokslininkai kuria mašininio mokymo algoritmus, kuriais būtų galima numatyti plazmos dalelių elgesį ir vykstančius fizikinius procesus branduolinės sintezės eksperimentuose. Visai tikėtina, kad netolimoje ateityje plazma galėtų būti pritaikyta ir aviacijoje.
Nors atrodo, kad tai mokslinė fantastika, tačiau jau kuriami plazmos įrenginiai - plazmos vykdikliai (plasma actuators) - skirti aerodinaminam srautui valdyti. Šiuos įrenginius sumontavus ant lėktuvų sparnų būtų žymiai lengviau valdyti pilotuojamo lėktuvo aukštį ir skrydžio trajektoriją, o tai leistų ne tik stabiliau skristi, bet ir patys skrydžiai būtų žymiai saugesni bei galėtų mažinti kuro sąnaudas ir oro taršą. - Jūsų pasakojimas labai įspūdingas o naujieji plazmos taikymai nuteikia išties optimistiškai. Papasakokite apie pačią plazmą.
Asmeniškai man plazma asocijuojasi su didžiuliu atviros liepsnos karščiu, sprogimu, bet, jeigu neklystu, egzistuoja ir šaltoji plazma? Kas tai per reiškinys ir kaip tai veikia? - Taip, plazmą sudaro elektronai, teigiami jonai ir neutralios molekulės ar atomai. Atsižvelgiant į šių dalelių temperatūrą plazma yra skirstoma į karštąją ir šaltąją. Šaltojoje plazmoje elektronų temperatūra siekia dešimtis tūkstančių laipsnių, tuo tarpu dujų atomų, molekulių ir jų jonų temperatūra yra artima kambario temperatūrai. Fluorescencinėje lempoje esančių elektronų temperatūra gali siekti net 20000 K, tačiau ją palietus, nejausime, kad ji būtų karšta. Taip yra todėl, kad elektronų skaičius (koncentracija) yra sąlyginai nedidelis - lyginant su ore esančių molekulių, kurios yra kambario temperatūros. Taigi ir šilumos kiekis, kurį elektronai perduoda atsitrenkdami į lempos sieneles, bus mažas, o plazmos šiluminė talpa išliks sąlyginai nedidelė. Tokią plazmą galima gauti atmosferos slėgyje ir kambario temperatūroje. Joje gausime aukštos temperatūros elektronus, kurie sąveikoje su įvairiomis dujomis generuos chemiškai aktyvias daleles (jonus, radikalus, sužadintas daleles ir t. t.), kurios savo ruožtu sukels įvairias chemines reakcijas. Valdant šias chemines reakcijas ir jų metu gautus produktus - plazmą - galime naudoti įvairiose srityse.
Kokia, Jūsų manymu, galėtų būti plazmos fizikos ar apskritai fizikos mokslo ateitis? Į kokias sritis, be anksčiau minėtų, galėtų plazmos fizika būti integruota? - Plazmos taikymo sritys apima ne tik medžiagų inžinerijos sritis (naujų medžiagų, nanomedžiagų gavimą ar sluoksnių gamybą). Pastaruoju metu plazminės technologijos naudojamos biomedicinoje (odontologijoje, pvz., medicinos prietaisų sterilizacijai), maisto pramonėje (pakuočių gamyboje, maisto apdorojimui), aplinkosaugoje (vandens valymui, pavojingų atliekų neutralizavimui, komunalinių atliekų skaidymui ir t. t.), žemės ūkyje (augalų sėklų apšvita, dezinfekcijai nuo ligų, trąšų gamybai, ir t. t.), energetikoje (tokamakų - įrenginių, kuriuose valdant plazmos srautus, būtų galima vykdyti atomų branduolių sintezės reakcijas ir taip sukurti milžiniškus energijos kiekius). Intensyviai kuriami nauji prietaisai plazmai generuoti, ir čia be inžinerinių ar technologinių žinių reikalingos ir fizikinės žinios apie plazmą, joje vykstančius procesus, jos sukeltą poveikį ir t. - Jūs vadovaujate COST veiklų projekto „Plazmos taikymas pažangaus ir tvaraus žemės ūkio kūrimui“ tyrimams. Papasakokite plačiau: koks šio projekto tikslas? Siekiant plazmą taikyti žemės ūkyje susiduriama ne tik su technologinėmis problemomis kuriant plazminius įrenginius, bet ir su fundamentinių žinių trūkumu. Pavyzdžiui, kaip plazmos sudėtis, joje susidarančių dalelių koncentracijos ar apšvitos trukmė paveiks augalų sėklas, augalų daigumą, kokie biocheminiai procesai vyks plazma paveiktose sėklose, augaluose; ar tokie augalai bus atsparūs kenkėjams bei ligoms, ar tai nesukels šalutinio poveikio aplinkos ekosistemoms ir t. t. - Iš Jūsų įžvalgų galėtume daryti išvadą, kad ir plazmos fizikos, ir fundamentaliosios fizikos taikymo galimybės labai plačios ir tokių specialistų vis dar reikės. - Ne „vis dar reikės“, bet reikia ir reikės nuolat, nes fizikos specialistų poreikis pasaulyje yra didžiulis.
Elektroninis vamzdis - tai pagrindinė televizorių ar kompiuterių monitorių dalis. Elektroninį vamzdį sudaro stiklinis balionas, iš kurio yra išsiurbtas oras. Viduje patalpintas katodas įkaitintas skleidžia elektronų srautą, kuris pagreitinamas ir atsitrenkęs į ekraną, palieka jame pėdsaką - švytintį tašką. Magnetiniu arba elektriniu lauku nukreipiant spindulį bei valdant srauto stiprumą ekrane gali būti formuojamas vaizdas. Tokiu būdu atsiradus vientisam vaizdui, mes matome televizijos programas. Kruopštus nuolatinės srovės elektros lanko reiškinių tyrimas, teorijos kūrimas ir pritaikymas, taip pat plazmos srautų diagnostika leido sukurti didelės galios ilgai veikiančius plazmos šaltinius. Atlikus tyrimus nustatyta, kad konvekcinis šilumos pernešimo intensyvumas plazmos generatorių lanko iškrovos zonoje yra tiesiog proporcingas elektrinio lauko stipriui, o intensyviausi šilumos mainai vyksta plazmotrono anode dėl čia lokalizuotos lanko dėmės ir jos aplinkoje vykstančios konvekcijos. Aptartos kai kurios kitos technologijos ir naujos galimybės, pažymėta, kad atmosferinio slėgio nepusiausvairoji plazma yra tinkama priemonė modifikuoti plačiai taikomas esamas medžiagas arba sintetinti naujas siekiant gauti specialios struktūros ir savybių produktus. - Plazma - tai ketvirta materijos būsena, pilnai ar dalinai sudaryta iš jonizuotų dujų. Plazma gaunama kaitinant dujas iki aukštų temperatūrų arba jas veikiant stipriu elektriniu lauku, kai dujų atomui ar molekulei netekus elektrono, susidaro neigiami krūvininkai - elektronai, ir teigiami krūvininkai - teigiami jonai arba teigiami molekuliniai jonai. Plazmoje teigiamųjų ir neigiamųjų krūvių tankiai yra beveik vienodi, o didėjant krūvininkų skaičiui plazmos jonizacijos laipsnis didėja taip pat.
Jūsų mokslinė sritis - plazma ir jos taikymas. Daugeliui tai asocijuojasi su jonosfera, Šiaurės pašvaiste ar padangėje žaižaruojančiais žaibais, tačiau egzistuoja ir dirbtinai sukurta plazma. Kokios jos panaudojimo galimybės? Ar galime su ja susidurti kasdienybėje? Kažkur esu skaičiusi, kad ateities lėktuvai galėtų skristi ant plazmos sparnų. Kaip manote, ar tai - mokslinė fantastika?
- Jų plazma - daugelyje sričių panaudojama ir toliau tyrinėjama. Mokslininkai Kuria plazmos vykdiklius, plazmos įrenginius, kurie galėtų padėti valdyti srautus aerodinamikoje, taip sumažinant degalų sąnaudas, didinant saugumą ir gal net atveriant galimybes naujam aviacijos lygmeniui.
Šaltoji plazma ir jos reikšmė
Šaltoji plazma gali būti naudojama, kai पदार्थų temperatūra išlieka žema, o elektronų temperatūra didelė. Tokia plazma atveria galimybes medicininei sterilizacijai, aplinkos apsaugai ir biotechnologijoms.
Plazmos panaudojimo sritys
- medžiagų inžinerija (naujos medžiagos, nanomedžiagos, sluoksnių gamyba);
- biomedicina (odontologija, medicinos prietaisų sterilizacija);
- maisto pramonė (pakuotės, maisto apdorojimas);
- aplinkosauga (vandens valymas, pavojingų bei komunalinių atliekų skaidymas);
- žemės ūkis (sėklų apšvita, apsauga nuo ligų, trąšų gamyba);
- energetika (tokamakai, valdant plazmos srautus branduolinei sintezei).
Intensyviai kuriami nauji prietaisai plazmai generuoti; reikia ir inžinerinių, ir fizinių žinių apie plazmą, jos procesus, poveikį. COST veikloje „Plazmos taikymas pažangaus ir tvaraus žemės ūkio kūrimui“ siekiama sujungti chemijos, fizikos, biofizikos, biologijos ir inžinerijos mokslininkus, kad plazma būtų taikoma augalų sėklų, daigų bei maisto apšvitoje, vandens ar dirvožemio valyme, naudojant plazmą kaip ekologišką metodą augalų derlingumui didinti, o plazmos technologijų įdiegimui žemės ūkyje plėtoti.
Ar fizika - perspektyvi šaka? - Ne „vis dar reikės“, bet reikia ir reikės nuolat, nes fizikos specialistų poreikis pasaulyje yra didžiulis.
tags: #plazma #elektroninis #vamzdis #kur #jis #naudojamas