generarea ‍i caracterizarea plasmelor de nalt‚

Download GENERAREA ‍I CARACTERIZAREA PLASMELOR DE NALT‚

Post on 29-Jan-2017

222 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • MINISTERUL EDUCAIEI, CERCETRII I SPORTULUI

    ________________________UNIVERSITATEA BABE BOLYAI ___________________________________

    CLUJ NAPOCA

    FACULTATEA DE FIZIC

    Cristian Daniel Tudoran

    GENERAREA I CARACTERIZAREA PLASMELOR DE NALT

    FRECVEN. APLICAII

    - rezumatul tezei -

    Conductor tiinific,

    Prof. Dr. Sorin Dan ANGHEL

    _________________________________________str. Mihail Koglniceanu nr. 1, 400084 Cluj-Napoca, Romnia___________________________________________________________

    http://www.ubbcluj.ro

    2011

    http://www.ubbcluj.ro/

  • 2

  • 3

    C u p r i n s

    1 Introducere........................................................................................................................5

    2 Generarea plasmelor de nalt frecven..............................................................................6

    2.1 Proiectarea i realizarea generatorului de plasm de

    radiofrecven (4 MHz) PLAS 01...........................................................................................6

    2.2 Proiectarea i realizarea generatorului de plasm de radiofrecven

    (1,74 MHz) PLAS 02.........................................................................................................7

    2.3 Generator de plasm de microunde de putere pentru experimente de sinterizare....................9

    Bibliografie....................................................................................................................................9

    3 Modelarea i diagnoza plasmelor de nalt frecven...........................................................10

    3.1 Caracterizarea electric a descrcrii cu barier dielectric obinut cu

    generatorul PLAS-01................................................................................................................11

    3.2 Diagnosticarea descrcrii cu barier dielectric obinut cu generatorul PLAS-02........12

    Bibliografie..................................................................................................................................19

    4 Aplicaii ale plasmelor de nalt frecven..........................................................................20

    4.1 Aplicaii moderne ale plasmelor de nalt frecven..............................................................20

    4.2 Contribuii la sinterizarea unor pulberi metalice n plasme de microunde

    generate la presiuni subatmosferice.............................................................................................20

    4.3 Aplicaii ale descrcrii cu barier dielectric generat n He la presiune

    atmosferic cu generatorul PLAS 02.....................................................................................26

    4.4 Studiul inactivrii bacteriilor de tip EColi n plasm nontermic de nalt frecven...........27

    4.5 Curarea suprafeelor de sticl cu plasm nontermic de nalt frecven...........................29

    Bibliografie..................................................................................................................................32

    5 Concluzii, contribuii originale, valorificarea rezultatelor, perspective.................................33

    5.1 Concluzii generale..................................................................................................................33

    5.2 Contribuii originale...............................................................................................................35

    5.3 Articole publicate sau n curs de publicare............................................................................36

    5.4 Participri la conferine internaionale...................................................................................37

    5.5 Perspective...........................................................................................................................................37

  • 4

    CUVINTE CHEIE:

    plasm de radiofrecven

    plasm de microunde

    modificarea proprietilor suprafeelor materialelor

    sinterizare

    sterilizare n plasm

  • 5

    1. INTRODUCERE

    La ora actual domeniile de studiu i aplicare ale plasmelor de nalt frecven cuprind aplicaii

    bio-medicale, afiaje sau display-uri cu plasm, surse de particule i/sau de radiaii ionizante, sisteme

    de analiz chimic, analizoare de gaze, fotodetectoare, lasere, echipamente dinamice de microunde,

    reactoare de proces cu plasm rece, sisteme de propulsie, sisteme de control al curgerii aerului (cu

    aplicaii n aerodinamic), procesarea materialelor precum i aplicaii de mediu, n multe cazuri fiind

    nevoie de plasm non-termic generat n condiii de presiune atmosferic utiliznd generatoare de

    mic putere, uneori cu puteri de ieire ce nu depesc nivele de ordinul zecilor de wai. Echipamentele

    moderne de generare a plasmelor se bazeaz n mod normal pe o tehnologie de comutaie implementat

    cu trazistoare de tip MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) sau IGBT

    (Insulated Gate Bipolar Transistor).

    Ce element de noutate poate aduce o tez de doctorat n domeniul fizicii plasmei n anul 2011 ?

    Bazndu-ne pe observaia c limita dintre efectele termice i cele non-termice produse de o plasm

    generat la presiune atmosferic asupra unui material sau esut viu este extrem de fragil, teza de

    doctorat urmrete s aprofundeze noiunile despre generarea plasmelor non-termice i efectele lor

    asupra diferitelor materiale i structuri biologice. Astfel, realizarea fizic a unor generatoare de plasm

    de radiofrecven pentru obinerea celor dou tipuri de efecte i studiul acestor efecte asupra

    materialelor diferite, este o abordare nou din perspectiva literaturii de specialitate studiate. Dei

    randamentul de conversie al generatoarelor realizate nu este foarte ridicat, realizarea aparatelor de

    laborator destinate tratrii suprafeelor n plasm non-termic ne-a permis obinerea unor rezultate i

    concluzii interesante n legtur cu efectele plasmelor non-termice asupra proprietilor suprafeelor

    precum i asupra unor structuri microbiologice.

  • 6

    2. GENERAREA PLASMELOR DE NALT FRECVEN

    Pentru obinerea plasmelor de radiofrecven se folosesc n general dou tipuri de generatoare:

    generatoare de radiofrecven autooscilante i amplificatoare de radiofrecven cu mai multe etaje,

    semnalul iniial fiind generat de ctre un oscilator cu cristal de cuar [2.1]. n generatoarele

    autooscilante, bobina de sarcin face parte integrant din circuitul oscilant al oscilatorului i pentru

    realizarea transferului maxim de putere de la generator ctre plasm, se folosete metoda adaptrii

    impedanei de ieire a generatorului la impedana plasmei prin utilizarea unor elemente de circuit

    reglabile (de obicei condensatori). n acest caz, amorsarea plasmei este nsoit de modificarea

    frecvenei oscilaiilor generate, fiind necesar ncadrarea frecvenelor cu i fr plasm ntr-o band de

    frecvene alocat aplicaiilor industriale. n cazul amplificatoarelor precedate de oscilatoare bazate pe

    cristal de cuar, frecvena de oscilaie este fix semnalul fiind trimis prin cablu ctre ansamblul reea de

    adaptare plasm.

    2.1 Proiectarea i realizarea generatorului de plasm de radiofrecven (4 MHz)

    PLAS 01

    Generatorul PLAS 01 se bazeaz exclusiv pe componente semiconductoare de uz general,

    relativ uor de procurat [2.5]. Schema complet a modelului experimental de generator de plasm de

    nalt frecven poate fi submprit n urmtoarele module componente : modul de alimentare,

    oscilator pilot pe frecvena de 4 MHz, etaj preamplificator driver, etaj final de putere i etajul de

    protecie.

    1) Modulul de alimentare furnizeaz gama tensiunilor ce alimenteaz modulele componente ale

    montajului : +5 V pentru oscilatorul pilot, +12 V pentru etajul de preamplificare si +300 V

    pentru etajul final de putere. Cele doua tensiuni +5 V si +12 V sunt stabilizate i filtrate, iar

    nalta tensiune (+300 V) este filtrat i netezit de ctre o celul L-C de filtraj.

    2) Modulul oscilator pilot cu cristal de cuar este bazat pe circuitul integrat TTL CDB405 (hex-

    invertor cu ieiri de tip open-collector) i genereaz semnalul primar, stabil, de form

    dreptunghiular. Frecvena semnalului este stabilit de tipul de cristal de cuar.

    3) Modulul preamplificator, este bazat pe circuitul integrat specializat TPS2814P driver

    MOSFET i poate furniza un semnal de ieire cu o intensitate maxim de 2 A necesar pentru

    comanda eficient a tranzistoarelor de putere din etajul final.

    4) Etajul final de putere este bazat pe tranzistoare MOSFET de putere de tip IRFBC40.

    5) Etajul de protecie protejeaz generatorul n dou cazuri de avarie: supratensiune i supracurent.

    Schema bloc a modelului experimental Plas-01 este prezentat n figura 1.

  • 7

    Figura 1 Schema bloc a generatorului PLAS-01.

    Generatorul PLAS-01 a fost utilizat i pentru experimente de generare a unor descrcri cu barier

    dielectric cu scopul de a obine plasm non-termic. Primele incinte de descrcare au fost

    confecionate din sticl, utiliznd pentru pereii lor lamele de microscop asamblate cu adeziv pe baz de

    poliester. Figura 2 a i b prezint aspectul unei descrcri cu barier dielectric generate cu instalaia

    PLAS-01 n heliu la presiune atmosferic, la o frecven de 1.6 MHz. Aceast descrcare a fost

    utilizat pentru studii de interaciune ale plasmei cu suprafeele unor