Upload
others
View
3
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
25 Marzo 2015 Curso de Introducción a la Investigación IEM-CSIC
PLASMA : “Gas altamente ionizado con igual
número de cargas libres positivas y negativas”.
PLASMA GAS
Energia, Temperatura
MAGNITUDES FUNDAMENTALES • Densidad de cargas libres (Ne) • Temperatura electrónica (Te).
2
Movimiento Individual
Comportamiento Colectivo
3
PLASMA:
¡MÁS DEL 99% DE LA MATERIA CONOCIDA DEL UNIVERSO!
• El más energético
• El último “comprendido” por el ser humano
“Cuarto Estado (de agregación) de la materia”.
¿ El cuarto estado o el primero ?
13.7 billions years
DENSE PLASMA: “Dark Ages”
3th Generation of Stars Molecules, Planets, Life
Fusion in Stars New Elements
BIG BANG
109
3000
15
2.7
T (K)
1016
1028
1032
Cosmic MW Background LIGHT
4
CLASES DE PLASMAS
1. PLASMAS en “Equilibrio Térmico” Tglobal > 3000 K
¡ SISTEMAS MUY ALEJADOS DEL EQUILIBRIO !
5
2. PLASMAS A BAJA TEMPERATURA (Plasmas Fríos)
• Electrones muy energéticos
• Partículas pesadas más frías (neutros/iones)
Te 30.000 K Tgas 300 K
La característica más llamativa de TODO PLASMA
es que BRILLA CON LUZ PROPIA!
(llamas, rayos, auroras, estrellas…)
6
Podemos observarlos incluso a grandes distancias
y estudiarlos analizando su luz por
TÉCNICAS ESPECTROSCÓPICAS.
102
103
104
105
106
107
108
109
10-2
10-1
100
101
102
103
104
105
1010
1015
1020
1025
1030
1010
1015
1020
1025
1030
Ne (
m-
3 )
Ee (eV)
Te (K)
LLightning
Solar core
Fusion reactor core
Aurora Plasma
Nebula
Flame
Laser
focus
Arc
Conductor
Solids
Interplanetary
Space
Solar
corona
Solar
photosphere
Fusion plasma edge
Glow
PLASMAS
7
COLD
PLASMAS
• PLASMAS FRIOS: suelen ser generados con descargas eléctricas a baja presión (ej. lámparas fluorescentes).
• Grado de ionización muy bajo (Ne/Ngas 10-3 – 10-6)
• Los electrones se aceleran eficazmente en el campo eléctrico ( Te alta) pero ceden poca energía por choques elásticos a las partículas más pesadas ( Tgas baja).
+ _
1 mbar Air DC discharge
8
• Al contrario que los gases, son BUENOS CONDUCTORES.
• Neutralización
• Desexcitación (Emisión de luz)
• Recombinación: Reacciones en fase gas y en superficie
• Efectos en Pared Recubrimientos, “Sputtering” & “Etching
Procesos Elementales en Plasmas Fríos
• Ionización AB + e– AB+ + 2e–
• Excitación AB + e– AB* + e–
• Disociación AB + e– A + B + e–
PRIMARIOS
SECUNDARIOS
9
! Gran número de especies y procesos implicados !
¡ Numerosas líneas de Investigación Básica y
Aplicaciones Tecnológicas !
¡ SISTEMAS MUY REACTIVOS A BAJA TEMPERATURA!
10
ALMA (Atacama Large Mm/sub-mm Array) Desierto de Atacama, Chile, 5057 m altitud
Estudios de Interés Astrofísico
Generación de especies excitadas, iones, radicales…
para su caracterización espectroscópica.
200 especies moleculares detectadas hasta ahora en el espacio,
algunas muy exóticas para los patrones terrestres
H3+ en Júpiter (1990) y en el
espacio (1996) tras su estudio espectroscópico en laboratorio
(1980)
11
Laboratorio Láser IR, IEM-CSIC
NH3D+ , ArH+, ClH+
12
Descubrimiento de NH3D+ en Orión
This work
Generación de especies sólidas ricas en carbono
para simular la formación de polvo interestelar.
Las nubes de polvo colapsan por su propia gravedad
dando origen a nuevas estrellas.
Enormes nubes de gas y polvo en la Nebulosa del Águila,
a 7.000 años luz de la Tierra.
Plasma de CH4+He en descarga de RF (IEM-CSIC) para generar depósitos de a-C:H.
Comparación con espectro IR de polvo interestelar.
13
Cambios drásticos en superficies de materiales
Dureza, resistencia al rozamiento o al ataque químico, impermeabilidad, conductividad, propiedades ópticas, biocompatibilidad de implantes…
Tratamientos aplicables a materiales que no soportan altas temperaturas.
¡ Notable mejora de las propiedades de muy diversos productos !
14
Tejidos tratados con plasma, que repelen la humedad
y las grasas Microcristales de diamante producidos por plasma de CO-CH4 para cubrir herramientas de corte
Prótesis metálica de rodilla cubierta de
material biocompatible
Recubrimientos ópticos
15
Ventanas de observación recubiertas paulatinamente con material metálico de las paredes del reactor. Reactor de plasma
Recubrimientos producidos en IEM-CSIC
Muestra depositada con plasma de CH4 + He en descarga de RF.
15
Microelectrónica y Nanotecnología
Cámara de “sputtering” (erosión) por plasma.
Magnetrón (plasma confinado magnéticamente)
16
17
“Joint European Torus” (J.E.T)
Comportamiento de Materiales
en contacto con el plasma en Reactores
de Fusión por Confinamiento Magnético
Reacción nuclear más favorable en Reactores de Fusión.
17
Esterilización por plasma
Esterilización de materiales orgánicos que no soportan altas temperaturas:
Instrumentación médica, envases de alimentos… Doble acción bactericida: • Radiación ultravioleta. • Radicales fuertemente oxidantes.
Catéteres para diálisis y tubos de ensayo
de materiales plásticos
18
19
Motores Iónicos para Propulsión Espacial
Sonda Lunar “Smart-1” de la Agencia Espacial Europea, impulsada por plasma de Xe.
Combustible total = 82 kg
19
20
¡ Muchas Gracias !