Все мы знаем 3 основных агрегатных состояния вещества – жидкое, твердое и газообразное. Но существует и 4-ое – плазменное состояние, при котором электроны, оторвавшиеся от атомов, обрели полную свободу движения и способны переносить электрический заряд. А атомы в результате отделения электронов получили положительный заряд.
Рисунок 1. Четыре состояния вещества.
Исходя из этого, плазмой называется ионизованный газ, состоящий из отрицательно и положительно заряженных частиц.
Плазменное состояние вещества
Рисунок 2. Плазменное состояние.
В естественных условиях плазменное состояние встречается редко – его можно наблюдать в виде молний, северного сияния, огней святого Эльма либо короткого замыкания. Эти явления вызваны электрическим разрядом в воздухе.
Любое вещество при нагреве до высоких температур способно перейти в состояние плазмы, которая во многом схожа с газом. Но имеются отличия – движения частиц газа могут ограничиваться только их столкновениями между собой или механическими препятствиями, а в случае с плазмой ограничить движение частиц можно с помощью магнитного поля.
Получают плазму путем нагрева газа до высоких температур следующими способами:
- воздействием излучения;
- ионизацией электрическим разрядом.
Ионизация заключается в сообщении электрону большей, чем необходимая для его отделения от атома, энергии. В результате образуются свободные электроны, обладающие лишней энергией, благодаря которой они выбивают новые электроны. Число электронов увеличивается в геометрической прогрессии. Такой способ получения плазмы реализован в плазмотронах, производимых компанией ПУРМ.
Плазмотроны
Рисунок 3. Плазмотрон с держателем.
Первые устройства для получения плазмы появились еще в середине 20 века, когда возникла необходимость в сверхмощных источниках тепла, к чему привело расширение производства тугоплавких металлов и появление материалов, стойких к высоким температурам.
В плазмотронах ПУРМ применяется дуговой разряд и традиционное осевое расположение катода и анода (сопла). Плазмообразующий газ подается в разрядную камеру (где он ионизируется) по электрододержателю и выносит плазменную струю за пределы промежутка между катодом и соплом на обрабатываемую деталь. Стенки плазмотрона и поток плазмообразующего газа, протекающего через мундштук, стабилизируют дугу.
Проходящий по корпусу плазмотрона газ охлаждает его. Также для охлаждения рабочего инструмента может использоваться охлаждающая жидкость или вода.
Электроды для плазмотронов производятся из циркония и гафния.