Plasmagenerator

Plasma (altgriechisch πλάσμα plásma "Gebilde") ist in der Physik ein Teil­chen­ge­misch auf atomar-mole­kularer Ebene, dessen Be­stand­teile teil­weise gela­dene Kom­po­nen­ten, Ionen und Elek­tro­nen sind. Alle Plas­men sind deshalb elek­trisch leit­fähig. Das Plasma ist - neben den bekann­ten Aggre­gat­zu­stän­den fest, flüssig und gas­förmig - ein vierter Agg­re­gat­zu­stand. Die Theo­rie zur Beschrei­bung eines Plas­mas als elek­trisch leit­fähiges Gas ist die Magneto-Hydro­dynamik. Cha­rak­teris­tisch für Plas­men ist das Leuch­ten, was durch die Strah­lungs­emis­sion der hoch­beweg­lichen Gas­atome, Ionen oder Mole­küle her­vor­ge­rufen wird.

Auf der Erde ist der Aggre­gat­zu­stand Plas­ma die Aus­nah­me, im gesam­ten Uni­ver­sum da­ge­gen befin­det sich weit über 99% der Mate­rie im Plas­mazu­stand. Jede Sonne ist ein reines Plasma. Plasma ist daher eigent­lich der Nor­mal­zu­stand. Die Be­din­gun­gen auf der Erde stellen eine Aus­nahme dar. Auf der Erde findet man natür­liche Plas­men als Nord­licht (Nieder­druck-Plasma), welche von Teil­chen­strö­men der Sonne in der Iono­sphäre her­vor­geru­fen werden. In den Blit­zen werden durch die Energie elek­tri­scher Ent­la­dun­gen zwi­schen den Wol­ken oder dem Boden Atmo­sphären­druck-Plas­men erzeugt. In Flammen kommt ein Plasma praktisch nicht vor. Ein Hoch­druck-Plasma befindet sich im Inneren der Sonne, wo Wasser­stoff zu Helium fusioniert wird.

Künstlich erzeugte Plasmen für technische An­wen­dungen sind:

• Niederdruck Gasentladungslampen, wie Leuchtstofflampen und Energie­spar­lampen
• Hochdruck Gasentladungslampen, wie Halogen-Metalldampf-Lampen, Queck­silber­dampf­lampen oder Natriumdampflampen
• Schweissen und Trennen mit Lichtbogen-Schweiss­geräten und Plasma-Schneide­geräten
• Plasmafernsehgeräte und Plasma-Anzeigedisplays
• Reaktoren zur Energieerzeugung durch Kernfusion (ITER Tokamak)
• Ätzen in der Oberflächentechnik, wie z.B. das Plasma­ätzen zur Pro­duk­tion von Halb­lei­tern oder die Akti­vie­rung der Ober­fläche von Kunst­stoffen vor der Beschich­tung
• Plasmainduzierte Materialabscheidung auf Oberflächen zur Iso­lie­rung von Trieb­werks­turbi­nen­schau­feln, der Hart­be­schich­tung von Schneid­werk­zeugen zur Ver­länge­rung der Stand­zeit oder der Ent­spie­ge­lung von Glas­ober­flächen durch Multi­coating
• In der Analysetechnik werden induktiv gekoppelte Plasmen (ICP) zum Auf­schluss von Proben­materia­lien verwendet

Plasmen unterscheiden sich in sehr weiten Bereichen durch den Druck. Es wird grob zwischen Nieder­druck-Plas­men, Atmo­sphären­druck-Plasmen und Hoch­druck-Plasmen unter­schieden. Nieder­druck-Plasmen werden wegen den auf­wändigen Vakuum­anlagen nur in Pro­duk­tions­anla­gen der Ober­flächen­technik zum Plasma­ätzen und zur Ober­flächen­be­schich­tung einge­setzt. Atmo­sphä­ren­druck-Plasmen fin­den sich in Nieder­druck-Gas­ent­la­dungs-Lampen (Leu­cht­röhren, Leucht­stoff­lampen, Ne­on­röh­ren), Schweiss-Licht­bögen, Plasma­bild­schir­men und ICP-Ana­lyse­gerä­ten. Hoch­druck-Plasmen wer­den in Plas­ma­schnei­de­gerä­ten, Hoch­druck-Gas­ent­la­dungs­lam­pen (Ha­lo­gen-Metall­dampf-Lam­pen, Na­trium­dampf-Lam­pen, Queck­silber­dampf-Lam­pen), sowie im ITER Tokamak zum Zweck der Kern­fusion verwendet.

Ein Plasma kann nur durch eine äussere Energie­zufuhr erzeugt und erhalten werden. STS System­technik Skorna liefert Plasma­genera­toren zur Erzeu­gung von Nieder- oder Atmo­sphären­druck-Plasmen durch Hoch­frequenz­anregung mit hohen Span­nun­gen. Dabei werden die elek­trisch geladenen Teil­chen des Plasmas durch ein elek­tro­mag­ne­ti­sches Feld zum Os­zil­lie­ren ange­regt. Durch Stoss­ioni­sation werden immer neue Ladungs­träger erzeugt, welche beim Re­kombi­nie­ren das cha­rak­te­ris­tische Leuch­ten erzeugen.

Der STS Plasma­genera­tor S107 wird als Energie­quelle für die Plas­maer­zeu­gung, u.a. zu Ana­lyse­zwecken an gas­gefüllten Leucht­mittel­kolben, verwendet. Dabei wird die Gas­füllung des Lampen­kol­bens berüh­rungs­los zum Leuch­ten ange­regt. Durch Analyse der Licht­farbe und Leucht­dichte kann auf die ordnungs­gemässe Be­fül­lung des Glas­kolbens geschlossen werden.

Der Generator besteht aus den Teilgeräten Generatoreinheit und Hoch­span­nungs­trafo, welche durch eine ein­seitig steck­bare 1,0 m lange Leitung in einem Metall­schutz­schlauch verbunden sind. Die Gene­rator­ein­heit wird durch einen Papier­luft­filter forciert luft­gekühlt. Für Anwen­dungen im Rein­raum ist der Plasma­gene­rator auch mit einer Wasser­kühlung liefer­bar. Die Ab­messun­gen der Gene­rator­einheit sind bei HF-seitiger Poten­tial­tren­nung geringer als die eines S230 Indus­trie­genera­tors. Die Genera­torein­heit ist in einem 19''-Ein­schub­gehäuse mit 63TE Breite und 4HE Höhe unter­ge­bracht. Der Gene­rator S107 wird nur kunden­spezi­fisch auf Be­stellung angefertigt.

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