فناوری پلاسما سرد

در سالیان اخیر فناوری پلاسمای سرد سبب ایجاد فناوری‌های مختلف و بهتر شدن شرایط در برخی صنایع شده است. بی شک همه‌ی ما با صفحه نمایشگرهای پلاسمای تلویزیون که در مقابل صفحه نمایشگرهای قدیمی برنده مسابقه لاغری شدند، با پشتیبانی از رنگ‌های بیش‌تر تصاویر با کیفیت رنگ بهتر ارائه دادند و در نهایت در دل ما جا باز کردند، آشنا هستیم. در این مقاله کمی بیش‌تر با این فناوری و به‌طور مختصر با نقش آن در ضدعفونی کردن محیط و اجسام آشنا می‌شویم. در مقالات بعدی در مورد فناوری‌های مختلف در این زمینه بیش‌تر صحبت می‌کنیم.

پلاسما چیست؟

همانگونه که می‌دانیم مواد به حالت‌های جامد، مایع و گاز تقسیم‌بندی می‌گردند. علاوه بر سه حالت ذکر شده، ماده می‌تواند حالت‌ چهارمی به نام پلاسما نیز داشته باشد. زمانی که به مولکول‌های یک ماده به‌صورت گرمایی، الکتریکی و نوری انرژی داده شود، ماده تغییر حالت می‌دهد. بر همین اساس، حالت پلاسما به عبارت دیگر تغییر حالت مولکول‌های گاز به گازِ یونیزه شده می‌باشد. در طی این فرآیند، انرژی وارد شده به مولکول‌هایِ گاز موجب می‌شود که همه یا بخش قابل توجهی از اتم‌ها از یک‌دیگر جدا شده، تعدادی الکترون از دست بدهند و یا تعدادی الکترون بگیرند و در نتیجه به یون‌های مثبت، یون‌های منفی و الکترون آزاد تبدیل شوند.

شکل1: حالت مواد

پلاسما سرد به چه مفهوم است؟

پلاسما، خود براساس دمایِ ذرات تشکیل دهنده به دو دسته‌ی سرد و گرم تقسیم می‌شود.
پلاسمای گرم در تخلیه‌های گازی با فشار بالا اتفاق می‌افتد، در این نوع پلاسما الکترون‌ها و سایر ذرات دارای دمای یکسانی هستند.
در تخلیه‌های گازی با فشار پایین یک عدم تعادل دمایی رخ می‌دهد و دمای الکترون‌ها بسیار بالا می‌رود در حالی که دمای سایر ذرات (یون‌ها) نزدیک به دمای اتاق است. این نوع پلاسما، پلاسمای سرد نامیده می‌شود.

پلاسما در کجا وجود دارد؟

✓ پلاسما کیهانی: 99 درصد مواد موجود در جهان هستی در حالت پلاسما است. درون ستارگان، اتمسفر اطراف آن‌ها و فضای بین ستارگان از پلاسما تشکیل شده است. در صورتی‌که 150 کیلومتر از زمین فاصله بگیریم، با لایه یونسفر در نزدیکی زمین مواجه می‌شویم که در حالت پلاسما قرار دارد. از جمله پلاسماهای نام آشنا می‌توان به خورشید، زحل و مشتری اشاره کرد.
✓ پلاسمای زمینی: شفق قطبی گونه‌ای از پلاسما است که از یونیزه شدن ذرات به دام افتاده در میدان مغناطیسی زمین ایجاد می‌شود. از جمله دیگر پلاسماهای زمینی می‌توان به رعد و برق و باد قطبی اشاره کرد.
✓ پلاسما مصنوعی: پلاسمای ایجاد شده در صفحه‌های نمایشگر پلاسما، لامپ فلوئورسنت و لیزر پلاسما از جمله پلاسماهای مصنوعی و ساخت دست بشر هستند.

کاربردهای پلاسما چیست؟

پلاسما گرم کاربردهای مختلفی دارد که از جمله این کاربردها تولید قوس الکتریکی در نورافکن‌ها، تولید جرقه به‌منظور برش و جوش فلزات و فرآیند همجوشی در راکتورهای هسته‌ای است.
از کاربردهای پلاسمای سرد می‌توان موارد زیر را نام برد:
✓ صفحه نمایش‌های پلاسما
✓ پاکسازی و ضدعفونی محیط (مانند درمانگاه‌ها، آسانسورها و بانک‌ها)
✓ پاکسازی و ضدعفونی در صنایع غذایی
✓ صنایع پزشکی
✓ صنعت چاپ و بسته‌بندی
✓ صنعت نساجی
✓ بهداشت محیط زیست و کشاورزی

پاکسازی و ضدعفونی محیط چگونه توسط پلاسما سرد صورت می‌گیرد؟

همانگونه که پیش‌تر گفته شد پلاسما به عبارتی گاز یونیزه شده است و دارای یون‌های مثبت و منفی می‌باشد. در صورتی که پلاسما در محیط حضور داشته باشد، یون‌های مثبت و منفی آن تمایل دارند که به تعادل برسند. لایه‌ی لیپیدی میکرواُرگانیسم‌ها بهترین مکان برای به تعادل رسیدن یون‌ها است. از جمله میکروارگانیسم‌ها می‌توان به باکتری‌ها، ویروس‌ها، قارچ‌ها و کپک‌ها اشاره نمود. یون‌ها بر روی سطح لیپیدی میکرواُرگانیسم‌ها نشسته و طی واکنشی در جهت به تعادل رسیدن، سبب از بین رفتن لایه‌ی لیپیدی و همچنین پروتئین میکرواُرگانیسم‌ها می‌شوند. در طی این فرآیند میکرواُرگانیسم ماهیت خود را از دست داده و از بین می‌رود. بنابراین، هوای محیط ضدعفونی شده و از ذرات مضر پاکسازی می‌گردد.
ترتیب مراحل ذکر شده‌ی این فرآیند به‌صورت زیر است:
(1) تولید پلاسما (گاز یونیزه شده) و انتشار آن در محیط
(2) به تعادل رسیدن یون‌ها بر روی سطح میکرواُرگانیسم‌ها مانند باکتری‌ها و ویروس‌ها و تخریب آن‌ها
(3) بازگشت یون‌ها به شکل مولکول خنثی به محیط و باقی نماندن هیچ‌گونه پسماندی در این فرآیند

شکل2: ضدعفونی محیط توسط پلاسمای بخار آب