ỨNG DỤNG CỦA PLASMA NHIỆT ĐỘ THẤP

1. Trường ĐH Khoa Học Tự Nhiên Khoa Vật Lý Bộ Môn Vật Lý Ứng Dụng ỨNG DỤNG CỦA PLASMA NHIỆT ĐỘ THẤP CBHD: PGS. TS Lê Văn Hiếu HVTH: Nguyễn Văn Thọ Tô Lâm Viễn Khoa Nguyễn Đỗ Minh Quân Phạm Văn Thịnh Lê Khắc Tốp

2. Lưulạithông tin cầnthiết: Địachỉbạnđãtải: http://mientayvn.com/Cao%20hoc%20quang%20dien%20tu/Semina%20tren%20lop/seminar.html Nơi bạn có thể thảo luận: http://myyagy.com/mientay/ Dịch tài liệu trực tuyến miễn phí: http://mientayvn.com/dich_tieng_anh_chuyen_nghanh.html Dự án dịch học liệu mở: http://mientayvn.com/OCW/MIT/Co.html Liên hệ với người quản lí trang web: Yahoo: thanhlam1910_2006@yahoo.com Gmail: frbwrthes@gmail.com

4. ĐỊNH NGHĨA PLASMA Plasma là một khí chuẩn (giả) trung hòa về điện, trong đó bao gồm các hạt mang điện, kể cả các hạt trung hòa, các hạt này mang tính tập hợp. Các điều kiện tồn tại plasma. + Giả trung hòa về điện + Bán kính Debeye phải nhiều lần nhỏ hơn kích thước của miền chứa tập hợp. D << L

5. PHÂN LOẠI • Plasma nhiệt độ thấp có nhiệt độ trong khoảng 3000-70000K, thường được sử dụng trong đèn huỳnh quang, ống phóng điện tử, tivi plasma… • Plasma nhiệt độ cao có nhiệt độ lớn hơn 70000K, thường gặp ở mặt trời và các ngôi sao, trong phản ứng nhiệt hạch…

6. TÍNH CHẤT CỦA PLASMA • Hoạt tính hóa học cao → dùng để thay đổi tính chất bề mặt mà không ảnh hưởng đến vật liệu khối; có thể trở thành môi trường phát Laser khí. • Dẫn điện → có thể điều khiển nhiệt độ plasma bằng trường điện từ. • Năng lượng cao và nhiệt độ cao → dùng trong các quá trình xử lí cơ khí (hàn, cắt, v.v...) • Bức xạ điện từ → dùng làm nguồn sáng, màn hình Plasma.

7. ĐÈN HUỲNH QUANG • GIỚI THIỆU • CƠ SỞ LÝ THUYẾT • CẤU TẠO • HOẠT ĐỘNG

8. CƠ SỞ LÝ THUYẾT • HIỆU ỨNG PENNING • ĐỊNH LUẬT PASEN • SỰ VA CHẠM • SỰ KÍCH THÍCH VÀ ION HÓA • SỰ TÁI HỢP

9. HIỆU ỨNG PENNING Hiệu ứng Penning là ion hóa nguyên tử, phân tử khí tạp chất do va chạm loại 2 với nguyên tử siêu bền khí cơ bản

10. HIỆU ỨNG PENNING Ví dụ cho 0,1% Ar vào khí phóng điện Ne tinh khiết có catoth bằng kim loại Mo, thì thế cháy của nó sẽ giảm từ 115 V Xuống 85 V Trong phóng điện Ne tinh khiết, tác dụng của nguyên tử siêu bền xuất hiện trong phản ứng. Ne* + Ne* Ne+ + Ne + e Nếu cho một khí Ar vào, thì nguyên tử siêu bền Ne* bắt đầu ion hóa do va chạm loại 2 với nguyên tử Ar theo phản ứng: Ne* + Ar Ne + Ar+ + e

11. ĐỊNH LUẬT PASEN Dưới tác dụng của điện trường mạnh, một điện tử thoát ra từ catôt sau khi đi được quãng đường d, ion hóa chất khí do đó ta có số ion được sinh ra là:

12. ĐỊNH LUẬT PASEN Các ion sinh ra chuyển động về catôt làm phát xạ điện tử thứ cấp với là số điện tử phát xạ từ bề mặt kim loại. Các điện tử này tiếp tục chuyển động đến Anôt và làm ion hóa chât khí và lại tiếp tục sinh ra ion đập vào catôt và sẽ có điện tử thứ cấp được sinh ra

13. ĐỊNH LUẬT PASEN Quá trình cứ tiếp tục ta được Từ đó, ta được mật độ dòng anôt là:

14. ĐỊNH LUẬT PASEN Khi tăng thế giữa hai điện cực thì sẽ tăng nhanh và tiến đến 1 -> không cần tác động bên ngoài, phóng điện vẫn tồn tại được.

15. ĐỊNH LUẬT PASEN Đa số trong các trường hợp << 1, nên điều kiện mồi phóng điện có thể viết là Với : Thế mồi phóng điện không phụ thuộc vào p, d riêng biệt mà phụ thuộc vào tích pd

16. ĐỊNH LUẬT PASEN Caùc phöông phaùp laøm giaûm theá moài Vm 1.Duøng kim loaïi coù coâng thoaùt nhoû laøm cathode 2. Duøng hoãn hôïp khí Penning 3. Nhôø nguoàn taùc ñoäng beân ngoaøi: taêng khaû naêng phaùt xaï ñieän töû vaø gaây ion hoùa maïnh ( ví duï: ñoát noùng cathode, chieáu böùc xaï coù böôùc soùng ngaén..)

17. SỰ VA CHẠM • VA CHẠM ĐÀN HỒI • VA CHẠM KHÔNG ĐÀN HỒI

18. VA CHẠM ĐÀN HỒI Va chạm đàn hồi: là loại va chạm không làm biến đổi tính chất của hạt. Va chạm đàn hồi giữa electron với phân tử hay nguyên tử là loại va chạm thường gặp nhất. Theo thực nghiệm thì khi năng lượng electron vượt quá vài eV thì tiết diện tán xạ đàn hồi giảm khi tăng vận tốc hạt.

19. VA CHẠM KHÔNG ĐÀN HỒI Va chạm không đàn hồi: là loại va chạm làm biến đổi tính chất của hạt như kích thích, phản ứng hóa học, ion hóa,… Sự chuyển điện tích là sự truyền điện tích từ ion chuyển động nhanh cho các nguyên tử hay phân tử đang chuyển động chậm. Nguyên tử hay phân tử khi mất một electron trở thành ion chậm An+ + M → A(n-1)+ + M+ An+: ion nhanh có n điện tích M: nguyên tử hay phân tử khí A(n-1)+: ion chậm có (n-1) điện tích Quá trình này có một ý nghĩa là ion có năng lượng cao có thể biến thành nguyên tử trung hòa và ion có năng lượng thấp hình thành trong plasma.

20. SỰ KÍCH THÍCH VÀ ION HÓA Hai quá trình kích thích và ion hóa có thể kết hợp tùy ý và có thể xảy ra các phản ứng sau đây: e + A → A+ + e + e e + M → M+ + e + e e + A → A* + e A+ + A → A+ + A+ + e A + A → A+ + A +e Với: e: electron A: nguyên tử A+: ion một điện tích M: phân tử A*: Nguyên tử kích thích

21. SỰ TÁI HỢP Sự tái hợp là quá trình kết hợp giữa ion với electron hay giữa các ion trái dấu để trở thành nguyên tử hay phân tử trung hòa. Đây là nguyên nhân làm giảm các hạt mang điện trong plasma. Tái hợp ion đóng vai trò quan trọng trong môi trường áp suất lớn.

22. CẤU TẠO • ỐNG PHÓNG ĐIỆN • HAI ĐIỆN CỰC • Starter (“Con chuột”) • Ballast (Chấn lưu hay Tăng phô):

23. Công tắc Con chuôt Nguồn phát electron Lớp phốtpho Dây dẫn Ống thủy tinh Nguồn phát electron Cuộn dây Khối plasma CẤU TẠO

24. ỐNG PHÓNG ĐIỆN • Ống phóng điện: là một ống thủy tinh dài (10cm-120cm), bên trong ống được bơm khí trơ Argon và một lượng thủy ngân thích hợp. Trên thành ống có phủ một lớp huỳnh quang (hợp chất phosphor)

25. Bên trong của một đèn hùynh quang Chân cắm Ống thủy tinh Nguồn phát electron Lớp photpho Khí Ar Thủy ngân HAI ĐIỆN CỰC

26. Starter (“Con chuột”) • cấu tạo gồm một cặp điện cực và một tụ điện. Cặp điện cực được đặt trong một ống thủy tinh bơm đầy khí neon. Cặp điện cực và tụ điện được mắc song song với nhau, hai dây nối được nối ra ngoài với hai nút kim loại. Cả ống thủy tinh và tụ điện đều được đặt trong một hộp nhựa hình trụ.

27. Ballast (Chấn lưu hay Tăng phô): • một cuộn dây quấn quanh một lõi sắt có thiết kế đặc biệt

28. HOẠT ĐỘNG • QUÁ TRÌNH KHỞI ĐỘNG • QUÁ TRÌNH PHÓNG ĐIỆN

29. Hoạt động của Stater Khi hiện tượng phóng điện trong ống xảy ra. Lúc đầu chưa có hiện tượng phóng điện trong ống Khi nhiệt độ ở hai bản cực nóng lên, nó sẽ giãn ra và dính vào nhau. QUÁ TRÌNH KHỞI ĐỘNG

30. Tái hợp QUÁ TRÌNH PHÓNG ĐIỆN Khi ta áp một điện thế vào 2 cực của một bóng đèn, phần khí bên trong ống sẽ bị ion hóa. Sau khi bị ion hóa, các ion dương sẽ chuyển về hướng cathode, các electron di chuyển về phía Anode. Đối với nguồn xoay chiều thì các ion đổi hướng sau nửa chu kì.

31. Tái hợp QUÁ TRÌNH PHÓNG ĐIỆN Các electron trong quá trình chuyển động sẽ va chạm với các nguyên tử Hg, Ar tạo ra các ion

32. LASER KHÍ • Laser khí là loại ánh sáng laser sinh ra với tác nhân là ion, phân tử chất khí và các điện tử. • Tác nhân của laser khí thường ở dạng plasma: chuẩn trung hòa, mật độ hạt mang điện lớn.

33. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG BƠM KÍCH THÍCH TÁC NHÂN TÁC NHÂN ion phân tử chất khí, điện tử LASER

34. LASER KHÍ He-Ne Là một trong những laser khí được phát minh ra đầu tiên. Phát ra ánh sáng laser màu đỏ có bước sóng 632,8 nm. Công suất phát sáng từ 1 - 10 mW. Chi phí rẻ, dễ chế tạo, được sử dụng phổ biến.

35. Cơ sở: Va chạm không đàn hồi cộng hưởng loại 2 • Là va chạm trong đó thế năng của hạt trong trạng thái kích thích được chuyển cho hạt khác dưới dạng động năng hoặc thế năng. • Phương trình: A + B* --> A* + B + ΔE B A

36. Nguyên lý hoạt động e- kích thích Ne He He* (mật độ lớn) Ne Ne* LASER

37. Nguyên lý hoạt động e- + He --> He* + e- He* + Ne --> He + Ne* 3 bước sóng phát ra: 638 nm (đỏ) 1150 nm (hồng ngoại) 3391 nm (hồng ngoại)

38. e- Ne - + He Sơ đồ

39. Sơ đồ thực tế

40. Thông số sử dụng • Áp suất trong lòng: xấp xỉ 3,4 đến 4 Torr. • Hiệu điện thế 2 đầu: 220 V - 10 kV gây ra dòng điện khoảng vài mA. • Nhiệt độ trong lúc hoạt động: -25 đến 800C. • Công suất tiêu thụ: 20 mW để sinh ra 1 mW laser. • Nồng độ He-Ne: từ 5:1 đến 20:1

41. Ứng dụng • Định hướng và xác định vị trí. • Đọc mã vạch • Ghi đĩa CD • Y học • Trình diễn

42. CÁC LOẠI LASER KHÍ KHÁC • Laser He-Cd: sử dụng tác nhân là nguyên tử He pha tạp với Cd. • Laser phân tử CO2: sử dụng tác nhân là các phân tử khí CO2 pha tạp với H2 và N2. • ...

43. ỨNG DỤNG CỦA PLASMA NHIỆT ĐỘ THẤP MÀN HÌNH PLASMA

44. PHƯƠNG PHÁP TÁI TẠO HÌNH ẢNH CỦA CÁC LOẠI MÀN HÌNH

45. PHƯƠNG PHÁP TÁI TẠO HÌNH ẢNH CỦA CÁC LOẠI MÀN HÌNH

46. Sơ lược lịch sử phát triển Cấu tạo của màn hình plasma Nguyên tắc hoạt động của màn hình plasma Ưu nhược điểm Màn hình Plasma

47. SƠ LƯỢC LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN MÀN HÌNH PLASMA

48. SƠ LƯỢC LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN MÀN HÌNH PLASMA Màn hình plasma được Slottow và Bitzer công bố vào năm 1964.

49. SƠ LƯỢC LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN MÀN HÌNH PLASMA Năm 1967: Tấm nền plasma do kỹ sư Don Bitzer và Gene Slottow tại Đại học Illinois phát triển đã được trao giải Industrial Research 100 - giải thưởng tôn vinh những phát minh quan trọng nhất của năm

50. SƠ LƯỢC LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN MÀN HÌNH PLASMA Năm 1986; Weber giới thiệu mạch duy trì năng lượng mà ông phát triển tại Đại học Illinois. Mạch này vẫn được đưa vào màn hình màu hiện nay