• زبان فارسی سایت راشکیان
  • English language rashkiyan site
  • موقع راشكيان باللغة الإنجليزية

کلد پلاسما چیست

پلاسما حالت چهارم ماده و گاز یونیزه شده است که شامل الکترون ها، بارهای مثبت و یون های منفی، رادیکال های آزاد و اتم های گازی است که توسط محدوده وسیعی از دما و فشار تولید می شود.

فناوری پلاسمای اتمسفریک  بعنوان یکی از بروزترین تکنولوژی ها در عرصه گندزدایی و … توسط الکترون ها و بمباران یونی و استفاده از اشعه ماوراء بنفش باعث تخریب غشای سلولی و تخریب DNA باکتری ها و ویروس ها می گردد. به طور کلی پلاسما، به عنوان حالت چهارم ماده شناخته می شود. هنگامی که دما افزایش می یابد، انرژی مولکول ها زیاد می شود و حالت ماده را تغییر می دهد. انرژی زیاد مولکول ها منجر به جداسازی اتم های گازی و در نهایت آزادسازی ذرات باردار، الکترون ها و یون های باردار مثبت می شود. ناحیه ای که شامل الکترون و یون های مثبت در حال تعادل است پلاسما گفته می شود. اما در واقع پلاسما شامل ذرات باردار (الکترون-یون ها)،اتم ها و مولکول های برانگیخته، رادیکال های آزاد، اتم های فعال و فوتون های UV است که وجود این عوامل در فضای پلاسما می تواند خواص متفاوتی را برای آن تعریف کند.

دستگاه های ازن ژنراتور

پلاسما حالت چهارم ماده و گاز یونیزه شده است که شامل الکترون ها، بارهای مثبت و یون های منفی، رادیکال های آزاد و اتم های گازی است که توسط محدوده وسیعی از دما و فشار تولید می شود. مزیت این روش سریع و ارزان بودن، انجام فرآیند در فشار اتمسفری و دمای محیط، نفوذپذیری کم می باشد. کاربردهای کلد پلاسما رو به افزایش می باشد که شامل کاربرد آن در صنعت غذا ، پارچه ، کاربردهای پزشکی ، صنایع بسته بندی، استرلیزاسیون و کاربرهای میکروبی و محیط زیست می باشد. این تکنیک در صنایع غذایی به طور موفقیت آمیزی به کار رفته است.

پلاسمای سرد (cold plasma) و کاربرد آن در صنایع غذایی

هدف از این مطلب بررسی اصول پلاسمای سرد شامل تعریف، تولید، دسته بندی و کاربرد آن در صنایع غذایی می باشد. نوآوری هایی در صنعت غذا شکل گرفت که فرآیند را در دماهای پایین برای حفظ کیفیت غذا و مواد مغذی آن انجام می دهد که پلاسما از دسته این فن آوری ها می باشد.

حذف آلودگی های مواد غذایی با پلاسما سرد

آلودگی های میکروبی غذاها یک موضوع مهم و اساسی  سربرای صنایع غذایی می باشد. روش های مرسوم غیرفعال نمودن یا از بین بردن پاتوژن ها در غذاها ، حرارت دادن می باشد. حرارت دادن غذاها، اثرات جنبی ناخواسته در طعم و خواص اصلی آنها می گذارد. افزایش تقاضا برای غذاهای تازه و کمتر فرآوری شده باعث گردیده تحقیقات زیادی در جهت گسترش روش های نوین غیرحرارتی از قبیل فشار هیدرواستاتیک بالا، میدان الکتریکی ضربه ای PEF، میدان مغناطیسی ارتعاشی، ماوراء صوت با توان بالا و … انجام پذیرد. کاربرد پلاسمای فشار اتمسفری غیر حرارتی در زمینه های مختلف بیوپزشکی مثل ضدعفونی، انعقاد خون و ترمیم بافت ها بسیار مورد توجه است. روشهای قدیمی برای مواد حساس به گرما مناسب نیستند و از طرف دیگر پس ماندهای گازی به جای می گذارند. اخیراً پلاسما به عنوان یک روش غیرفعال سازی غیرحرارتی در مقالات تحقیقاتی در فرآیندهای صنایع غذایی معرفی شده است. هنگامی که میکروارگانیسم ها در سطح یک محصول غذایی قرار دارند ، می توان از پلاسمای سرد برای غیرفعال کردن سلولهای رویشی و اسپورها استفاده کرد. از آنجا که این عمل در دمای پایین انجام می شود ، تأثیرات روی کیفیت مواد غذایی و ظاهر محصول حداقل است.
 

حذف آلودگی های مواد غذایی با پلاسما سرد

تعریف پلاسما

پلاسما به عنوان حالت چهارم ماده شناخته می شود. پلاسما را می توان به این صورت تعریف کرد که حالتی از گازیونیزه می باشد که دارای یون های باردار با بار منفی و مثبت و الکترون های آزاد و انواع اجزاء طبیعی (رادیکال و برانگیخته) است. پلاسما به دو نوع براساس تفاوت در ویژگی ها تقسیم بندی می شوند: پلاسمای سرد و گرم حرارت دادن گاز اتم ها و ملکول ها را یونیزه می کند (تعداد الکترون در آنها کاهش یا افزایش می یابد)، بنابراین باعث تبدیل آن به پلاسما می شود که شامل اجزای باردار است. یونیزاسیون می تواند توسط وسایل دیگر مانند میدان الکترومغناطیس قوی به همراه لیزر یا مولد مایکروویو تحریک می شود و همراه با تجزیه باندهای ملکولی می باشد. پلاسما توسط فراهم نمودن انرژی گازهای خنثی که باعث تشکیل حامل های باردار می شود، تولید می گردد. پلاسما ماده ای است که به روش الکتریکی در حالت گازی فعال شده و به روش تخلیه الکتریکی تولید می شود. اولین بار در سال 1928 توسط آقای Irvin Langmuir کلمه پلاسما برای گازهای یونیزه شده به کار برده شد. تا قبل از سال 1990، پلاسمای پایدار تهییج شده فقط تحت خلاء و یا در محیط گازهایی همچون هلیوم، آرگون تولید می شد. پیشرفت روش های تولید پلاسمای گازی در دمای محیط فرآیند جدید برای اطمینان از ایمنی میکروبی طیف وسیعی از محصولات را مهیا کرده است.

تولید پلاسما

پلاسما به روش انتقال انتخابی مولد الکترون های پلاسما در برابر ایجاد فرکانس بالا یا پالس تولید می شود. پلاسما توسط محدوده وسیعی از فشار و دما تولید می شود که این انرژی توسط مکانیکی، حرارتی، هسته ای، تابشی و مغناطیسی تامین      می شود اما بهترین روش برای یونیزاسیون روش الکتریکی و مغناطیسی می باشد. به عنوان مثال شعله به عنوان منبع انرژی حرارتی می باشد که از واکنش های گرمازای شیمیایی در ملکول ها به عنوان منبع  انرژی استفاده می شود. همچنین از Adiabatic compression کردن گازها که باعث بالا رفتن دمای گاز به نقطه پلاسما استفاده می کنند. یکی دیگر از روش های تولید پلاسما توسط اشعه های انرژی دار که در حجم گاز در حال تعادل هستند می باشد. وقتی الکترون ها و پروتن ها با انرژی کافی با اتم ها و ملکول های گازی برخورد می کنند توسط یونیزاسیون یا از دست دادن الکترون از هر اتم گازی پلاسما تولید می شود.
 تولید پلاسما

مزایای پلاسما

پلاسما یک روش سریع می باشد و به خاطر عدم نفوذ آن می توان برای استرلیزاسیون سطوح به کار برد. هزینه آن کم می باشد. توانایی غیرفعال سازی میکروارگانیسم ها را دارد. از نظر ایمنی دوست دار محیط زیست می باشد. فرآیند را در دما و فشار محیط انجام می دهد که اثرات مخرب حراراتی را کاهش می دهد.

تقسیم بندی پلاسما

به طور کلی پلاسما را به دو دسته کلی پلاسمای سرد، پلاسمای حرارتی و گرم تقسیم می کنند. پلاسمای گرم یا دمای بالا شامل یون ها، الکترون ها و اجزای خنثی است که در فاز تعادل حرارتی (Thermal equilibrium) هستند. پلاسمای دمای پایین به دو دسته (LTE) Local thermodynamic equilibrium و (NTP) equilibrium non local thermodynamic  تقسیم می شوند. پلاسمای گرم توسط شعله و جرقه و میکروویو تولید می شود اما در پلاسمای سرد از حرکت حرارتی یون ها و نیروی فشار و نیروی مغناطیسی صرف نظر کرده و دما در حد دمای اتاق باقی می ماند. در تولید پلاسمای سرد بیشتر انرژی الکتریکی صرف اجزای الکترون شده و دما در حد دمای اتاق باقی می ماند و این باعث       می شود این فرآیند برای مواد حساس به حرارت مناسب گردد.


پلاسمای سرد  Cold Plasma

در تخلیه های گازی با فشار پایین، آهنگ برخورد بین الکترون ها و مولکول های گاز به اندازه ی کافی نیست، بنابراین یک تعادل غیردمایی بین الکترون ها و مولکول های گاز وجود دارد. چنان که ذرات پر انرژی را بیشتر، الکترون ها تشکیل می دهند و در نتیجه دمای الکترون ها به شدت بالاتر از ذرات سنگین پلاسما خواهد بود. در این حالت رابطه ی دمایی بین ذرات توسط رابطه زیر بیان می شود:  Ti>Tg<

پلاسمای گرم

در تخلیه های گازی با فشار بالا، برخورد بین الکترون ها و مولکول های گاز بیشتر است. این پلاسمای گرم معمولا توسط تخلیه قوسی یا فرکانس رادیویی که فشار بالا است و برخورد بین الکترودها و مولکول های گاز بیشتر است، اتفاق می افتد. در این حالت شرط تعادل ترمودینامیکی بر آن حاکم و رابطه زیر برقرار است :
Te=Tg که در اینجا Tg و Te به ترتیب دمای الکترون و اتم های گازی موجود در پلاسما هستند. این و نوع پلاسما را، پلاسمای گرم می نامند که گستره دمایی آن از 2000 تا 3000 کلوین تغییر می کند.

کاربردهای پلاسما

پلاسما در موارد متعددی کاربرد دارد از جمله کاربردهای آن می توان به پاکسازی هوا در محیط های بسته، جداسازی گازهای ازت از دود اگزوزهای ماشین ها، بهبود کیفیت سوخت و کمک سوخت پلاسمایی، تجزیه ترکیبات آلی فرار(voc) ، و برای استرلیزاسیون مواد حساس به حرارت اشاره کرد.
همچنین پلاسما در صنعت پزشکی و دندانپزشکی، تصفیه آب، صنعت غذا، غیرفعال سازی میکروارگانیسم ها، صنعت پارچه ، صنعت بسته بندی ، برای پاکسازی سطوح و … اشاره کرد. در این جا چند کاربرد آن به طور مختصری توضیح داده می شود.

1. استرلیزاسیون توسط پلاسما:

اخیراً کاربرد استرلیزاسیون سطوح و وسایل پزشکی به کمک پلاسما سرد آرگونی مورد توجه قرار گرفته است. از Cylindrical Reactor همراه با لوله پیرکس به عنوان دی الکتریک استفاده می شود. پلاسما گاهی سبب آب دوستی سطوح می شود که به خاطر افزایش طرفیت جذب آب باعث رشد باکتری می شود.
مقداری H2O2 درحد هزاران ppb تولید می شود که باعث استرلیزاسیون می شود همچنین مقدار قابل توجهی H2و O2 هم تولید می شود. طبق آزمایشات انجام شده EColi طی مدت20 دقیقه غیرفعال می شود که به خاطر تخریب غشا و دیواره باکتری ها می شود.

 استرلیزاسیون توسط پلاسما

2. غیرفعال سازی میکروبی:

پلاسمای سرد توسط الکترون ها و بمباران یونی و مقداری هم اثر حراراتی و تولید رادیکال های آزاد و در معرض اشعه ماوراء بنفش قرار گرفتن باعث تخریب غشای سلولی باکتریایی شده و پروتئین ها را دناتوره کرده و همچنین سبب تخریب DNA می شود. نشت ذرات فعال همچون رادیکال های آزاد و ملکول های مهیج از طریق غشای سلولی باکتری ها باعث ایجاد آسیب جدی به ملکول های بزرگ چون پروتئین ها ، لیپیدها ، اسیدهای نوکلئیک می شود. در حقیقت به تازگی معلوم شده که روش کلد پلاسما سیستم ترمیم DNA و عکس العمل استرس اکسیداسیونی را در اشرشیاکولی تحریک می نماید. رادیکال های آزاد موجود در پلاسمای سرد همچنین قادر است جذب سطحی میکروارگانیسم ها را برای تشکیل مواد فراری چون CO2 که نهایتاً از سلول حذف می گردد را ایجاد می کند. ذراتی مانند الکترون ها و یون ها پیوسته با ذرات فعال واکنش می دهند تا تشکیل میکروارگانیسم غیرفعال دهند.
نشان داده شده است که شکست پیوندهای شیمیایی ، سایشی ، تخریب منطقه ای در غشا با نفوذ ذرات فعال سمی به داخل سلول امکان پذیر است. هم مکانیزم شیمیایی و هم فیزیکی در تخریب غشای سلولی موثرند. به علاوه یون های پلاسما مانند کاتالیستی برای اکسیداسیون و پرواکسیدان درون سلولی و در محیط خارج سلولی عمل می کنند.

غیرفعال سازی باسیلوس آمیلولیکوفشنز

غیرفعال سازی باسیلوس آمیلولیکوفشنز
 
غیرفعال سازی قارچ کاندیدا

غیرفعال سازی قارچ کاندیدا

ضد عفونی مواد بسته بندی با پلاسمای سرد

پلاسما سرد می تواند برای غیرفعال کردن میکروارگانیسم های رویشی و اسپور روی مواد بسته بندی استفاده شود. به خصوص برای محصولات حساس به دما ، این می تواند یک مزیت آشکار در مقایسه با عملیات حرارتی داشته باشد. علاوه بر این ، پلاسما همچنین می تواند مقدار آب مورد استفاده برای ضد عفونی کننده مواد بسته بندی را کاهش دهد.
از آنجا که پلاسمای سرد گاز است ، بسته های با اشکال نامنظم مانند بطری ها می توانند بطور مؤثر مورد عمل قرار واقع شوند ، برخلاف فن آوری هایی مانند UV یا نور پالس که سایه در آن رخ می دهد.
 ضد عفونی مواد بسته بندی با پلاسمای سرد

کاربرد کلد پلاسما در پزشکی و دندانپزشکی

پلاسما سرد یک گاز یونیزه شده است که اخیراً توسط محققان به عنوان یک روش درمانی در دندانپزشکی و آنکولوژی مورد مطالعه قرار گرفته است. چندین گاز مختلف برای تولید پلاسمای سرد مانند هلیوم ، آرگون ، نیتروژن ، هلیوکس و هوا می تواند مورد استفاده قرار گیرد. روشهای تولید بسیاری وجود دارد که با استفاده از آنها ، پلاسما اتمسفر سرد ایجاد می شود. هر روش منحصر به فرد را می توان در روشهای مختلف زیست پزشکی استفاده کرد. در دندانپزشکی ، محققان بیشتر از اثرات ضد میکروبی ایجاد شده توسط پلاسما ، به عنوان ابزاری برای از بین بردن بیوفیلم های دندانی و ریشه کن کردن پاتوژن های دهان بررسی کرده اند. پلاسما سرد نقش جزئی ، اما مهمی در سفید کردن دندان و ترمیم کامپوزیت ها داشته است. ازن ژنراتور پلاسما امروزه در مطب اغلب دکترها بعنوان یکی از اولین تجهیزات پزشکی وجود داشته باشد.

پلاسما سرد در صنعت آبزی پروری

با همه مزایای صنعت آبزی پروری اما بحث پسابهای مزارع پرورش ماهی و آلودگی آب مزارع آبزیپروری در کشورهای پیشرفته نیز مشکلی اساسی برای این صنعت محسوب می شود. از همین رو امروزه در برخی کشورها مزارع پرورش ماهی را ملزم به ایجاد تاسیسات تصفیه پسابکرده اند. پساب مزارع پرورش ماهی معمولا حاوی مقادیر متغیری مواد آلی و میکروارگانیسم ها است که مربوط به فعالیت های حیاتی ماهی هستند. میزان فسفات ها و نیترات های معدنی و مواد معلق در پساب ها به صورت بالقوه ممکن است وجود داشته باشد که برای آبزیان خطرآفرین میباشد. بسیاری از میکروارگانیسم ها از طریق آب ورودی به مزارع پرورش ماهی باعث بروز بیماری ها در آبزیان می شوند. با توجه به روش هایمیکروب زدایی رایج، استفاده از فناوری پلاسمای سرد به خاطر کم هزینه بودن و داشتن آلودگی و آسیب های زیست محیطی کمتر، در استریلکردن آب استخرها در مزارع آبزی پروری و کشتن میکروب ها و همچنین استریل کردن بافت های زنده حیوانی و انسانی در محل به منظور حذف آلودگی ها و عفونت های بافتی، یکی از تکنیکهایی است که در دهه اخیر به سرعت در جهان رو به افزایش است و نظر محققان زیادی را به سوی خود جلب نموده است، استفاده از فناوری پلاسما میباشد؛ به طوری که می توان از پلاسماهای گازی برای زدودن اشکال رویشی از قبیل باکتری ها، قارچ ها و حتی از بین بردن ویروس ها استفاده کرد.


پلاسما سرد تصفیه هوا و گاز صنعتی

پلاسما سرد یک فناوری نوآورانه است که برای تصفیه هوا و گاز صنعتی استفاده می شود. این فناوری مولکولهای بو را از بین می برد و یک روش جایگزین موثر و مناسب را برای احتراق حرارتی ، اسکرابر شیمیایی یا فیلتر زیستی نشان می دهد. این سیستم می تواند در صنایع مختلف ، به عنوان مثال در صنعت دخانیات ، لاستیک ، ماهی ، کشاورزی ، مواد غذایی و نگه داری حیوانات اهلی مورد استفاده قرار گیرد.

پلاسما سرد تصفیه هوا و گاز صنعتی
 عوامل موثر بر مقاومت میکروبی در مقابل پلاسمای سرد

پارامترهای متعددی بر روی راندمان پلاسما اثر می گذارد. از جمله پارامترهای موثر می توان به موارد زیر اشاره کرد: رشد فازی، شرایط رشد و ذخیره سازی ، بارمیکروبی ، سطوح ، لیپید ،PH و اسیدیته ، Salmonella Serovar.

کاربرد پلاسما در بسته بندی

یکی از دسته های بزرگ مواد که در بسیاری از زمینه ها کاربرد زیادی پیدا کرده است پلاستیک – پلیمرها هستند. اکثر پلیمرهای مرسوم ، در برخی کاربردهای مهم به علت ویژگی های ضعیف سطحی مانند پایین بودن انرژی آزاد سطح ، رطوبت پذیری اندک ، محدود شده اند و بسیاری از فرآیندهای صنعتی مانند تمیز کردن ، اتصال، چاپ ، نیاز به موادی با چسبندگی مناسب دارند ، بنابراین باید ویژگی های سطحی این مواد بهبود یابند. نزدیک بودن دمای این نوع پلاسما به دمای اتاق، اثرات منفی حرارتی برسطوح به ویژه سطوحی که به گرما حساس هستند را می کاهد. یکی از ویژگی های قابل اصلاح با پردازش پلاسما، بهبود آب دوستی، رطوبت پذیری، افزایش انرژی سطح و نهایتاً بهبود چسبندگی سطح می باشد.
جمع بندی اثرگذاری پلاسما

اگر چه مطالعات نشان می دهد که روش پلاسما برای کشتن میکروارگانیسم ها اثربخش می باشد با این حال تعداد کمی راجع به اثر پلاسما بر روی غذاها می دانند و مشخص نشده که پلاسما بر روی مواد موجود در غذاها مانند آب ، لیپیدها ، پروتئین ها ، کربوهیدرات ها و ترکیبات فنلی اثر می گذارد.
به علاوه این نکته برای یادآوری مهم است که چون پلاسما در غذا نفوذ نمی کند، لذا تغییر در اجزاء غذا فقط در سطح غذا صورت گیرد. مطالعات دیگری درباره با تغییرات شیمیایی در روش پلاسما لازم است انجام شود تا به درستی اثر پلاسما روی کیفیت و طول عمر غذا و اینکه هیچ محصول جانبی زیان آوری در طی فرآیند تولید نمی شود ، مورد ارزیابی قرار گیرد.


تولید پلاسما با تخلیه الکتریکی 

تخلیه الکتریکی در حقیقت روشی است که با آن می توان پلاسما تولید نمود. اصطلاح تخلیه الکتریکی گاز ، از فرایند تخلیه یک خازن در مداری شامل دو الکترود با فاصله مشخص نشات گرفته است. اگر ولتاژ به حد کافی بالا باشد ، شکست الکتریکی رخ داده ، گاز یونیزه می شود و پلاسما تولید می گردد.
امروزه، تخلیه الکتریکی به شارش جریان الکتریکی از گاز یونیزه یا هر فرایند یونیزاسیون توسط اعمال میدان الکتریکی ، اطلاق می شود. یکی از ابتدایی ترین روش ها برای ایجاد تخلیه الکتریکی در گازها ، استفاده از یک تیوب خلا می باشد. فرانسیس هوکسبی اولین کسی بود که در حدود دهه 1750، با باردار کردن الکتروستاتیکی یک حباب شیشه ای که هوای درون آن به وسیله پمپ های خلا آن روزگار مکیده شده بود ، تخلیه الکتریکی را به طور مصنوعی ایجاد کرد.

تولید پلاسما با تخلیه الکتریکی 
 
تخلیه الکتریکی در گاز کم فشار در داخل تیوب تخلیه با دو الکترود تخت موازی،در شکل 1 نشان داده شده است. برای ایجاد تخلیه الکتریکی در فشار پایین از ولتاژ DC استفاده می شود. تخلیه الکتریکی می توتند در فشارها و فرکانس های مختلف ایجاد گردد.بنابراین محدودیتی برای ایجاد تخلیه الکتریکی وجود ندارد. براساس نوع کاربردی که برای آن پلاسما در فشار جو تشکیل می شود،از فرکانس های پایین (در حدود چند کیلوهرتز) استفاده می شود. همچنین اگر محدودیتی در دمای پلاسما وجود نداشته باشد و چگالی پلاسما مهم باشد، می توان از تخلیه الکتریکی در فشار و فرکانس بالا استفاده نمود.
انواع تخلیه الکتریکی بر اساس فرکانس:
-  نوع تخلیه الکتریکی بازه
-  فرکانس پایین 𝑓 -  فرکانس رادیویی > 𝑓> MHz111
- فرکانس مایکروویودر ادامه مفاهیم و اصول فیزیکی تخلیه الکتریکی درفشار پایین و ولتاژ DC توضیح داده خواهد شد.

نظریه نمودار ولتاژ-جریان

یکی از روش هایی که در تقسیم بندی تخلیه های الکتریکی به کار می رود، بررسی منحنی تغییرات ولتاژ الکتریکی نسبت به شدت جریان الکتریکی است.این منحنی برای تخلیه الکتریکی ا یجاد شده در فشار پایین و ولتاژ DC بدست آمده است.
 انواع رژیم های پلاسما بر حسب تغییرات جریان و ولتاژ

انواع رژیم های پلاسما بر حسب تغییرات جریان و ولتاژ


ناحیه ی تخلیه را می توان به سه منطقه ی کلی تقسیم کرد:

1. تخلیه ی تاریک :برای اختلاف پتانسیل های بسیارناچیز،گاز همانند یک عایق نسبتا خوب رفتار می کند. لذا زمانی که اختلاف پتانسیل های عادی و کم اعمال شود،در لوله هیج اتفاق قابل توجهی روی نمی دهد و جریانی بین الکترود ها رد نمی شود.این ناحیه را” ناحیه اشباع ” می گویند. اگر ولتاژ بالاتری اعمال شود، شدت جریان به طور ناگهانی افزایش می یابد در حالی که اختلاف پتانسیل بین دو الکترود لوله ی تخلیه، تقریبا ثابت می ماند.
این ولتاژ خاص معروف به ولتا شكست(Vb )است.در این گونه تخلیه ها الکترون های تولید شده برای ایجاد یونش به اندازه ی کافی انرژی دارند و چون براثر یونش الکترون های ثانویه داءما درحال تولیدند،جریان تخلیه به تدریج افزایش می یابد.شدت جریان در این محدوده چیزی در حدود 10–6-10-8 آمپر است و ولتاژ تقریبا ثابت می ماند و هیج گونه نوری از لوله ی تخلیه در این شرایط گسیل نمی شوند.به همین دلیل گاهی اوقات این گونه تخلیه ها را “تخلیه ی تاریک” یا “تخلیه ی تاونزند” می نامند.
2. تخلیه ی نورانی : اگر شدت جریان تخلیه را افزایش دهیم، اختلاف پتانسیل مورد نیاز برای نگهداری تخلیه شروع به کاهش می کند.با این افت ولتاژ،شدت جریان تخلیه شروع به افزایش می کند تا اینکه ولتاژ به مقدارثابتی می رسد. این نوع تخلیه را زیرهنجار می گویند.جریان تخلیه در این شرایط،چیزی درحدود چند دهم یا صدم میکروآمپر است.سپس با افزایش مجدد جریان ،برای مدت زمان نسبتا کوتاهی ولتاژ ثابت باقی می ماند.
در این حالت می توان گسیل نورهای مرئی را در لوله ی تخلیه مشاهده کرد،این ناحیه را تخلیه ی نورانی نرمال می گویند.در ادامه ی فرایند،با افزایش شدت جریان تخلیه،اختلاف پتانسیل ضروری برای نگهداری نیز افزایش می یابد،این ناحیه به تخلیه ی نورانی غیرنرمال معروف است.شدت جریان در این نوع تخلیه ها چیزی درحدود چند میلی آمپر است.
3. تخلیه ی قوسی: با زیادشدن مجدد جریان، به طور ناگهانی ولتاژ شروع به کاهش می کند،در این حالت شدت جریان لوله ی تخلیه بیش از یک آمپر می شود. این نوع تخلیه هارا “تخلیه قوسی غیر حرارتی” می نامند،چرا که در این حالت دمای الکترون و یون یکسان نیست. همچنین قابل ذکر است که در این ناحیه پتانسیل با معکوس شدت جریان رابطه ای مستقیم دارد. در ناحیه ی بعدی که به ” تخلیه ی قوسی حرارتی ” معروف است ، دمای الکترون و یون تقریبا یکسان است و با افزایش ولتاز ، جریان نیز زیاد می شود ، همچنین پلاسما نزدیک به تعادل ترمودینامیکی است. گستره ی شدت جریان و ولتاژ برای هریک از تخلیه های فوق الذکر بستگی به پارامترهای مختلف تخلیه و لوله هایی که به کار گرفته شده است دارد. برای مثال لوله های تخلیه الکتریکی بلندتر نیاز به ولتاژ شکست و اختلاف پتانسیل بیشتری نسبت به لوله های کوتاه تر دارند.

ازن ژنراتور پلاسما

ازن (O3) به دلیل توانایی در اکسید کردن، توانسته است در باکتری زدایی و از بین بردن ویروس ها کاربرد زیادی پیدا کند. مهم ترین کاربرد ازن، در پاکسازی آب است و به دلیل قدرت بیشتر اکسیداسیون ازن نسبت به کلر و نگهداری و بهره برداری ساده تر، مورد استقبال گسترده ای قرار گرفته است. ازن می تواند مواد آلی و غیرآلی ترکیبات آبی را اکسید کند و در نتیجه در آب های آشامیدنی و استخرها کاربرد زیادی داشته باشد. برای تولید ازن یک مولکول دو اتمی اکسیژن در ابتدا باید تقسیم شود و رادیکال آزاد اکسیژن تولید کند. این رادیکال تولیدی در ادامه با اکسیژن دو اتمی دیگر واکنش داده و تولید یک مولکول اتمی ازن می کند. روش تولید صنعتی ازن مطلوب، همان روش تخلیه سد دی الکتریک است. نخستین تحقیقات در زمینه تولید ازن توسط زیمنس در حدود سال های 1857 انجام شد. در این فرآیند با قرار دادن گاز اکسیژن یا هوا در بین دو تیوب شیشه ای هم محور با استفاده از یک میدان متناوب گاز ازن تولید می شد. در اوایل قرن بیستم تحقیقات آزمایشگاهی گسترده ای توسط امیل واربرگ و گروهی از مهندسین الکترونیک بر روی تخلیه سد دی الکتریک انجام شد. بکر از آلمان و اوتو در فرانسه تغییرات گسترده ای را در بهینه سازی تولید ازن با استفاده ازتخلیه سد دی الکتریک انجام دادند. گام مهمی نیز در زمینه مشخصه یابی پلاسما توسط باس انجام گرفت. او دریافت که تخلیه الکتریکی هوا در فشار اتمسفری بین دو الکترود مسطح که روی آن ها را دی الکتریک پوشانده است، همیشه با حضور تعداد زیادی جریان های رشته ای کوچک و گذرا رخ می دهد که بعدها برای هدف های مختلف به کار برده شد. محیط پلاسما به دلیل وجود برخوردهای الکترونی- یونی و نیز ترکیبات فعال، محیطی مناسب برای تبدیل مولکول های اکسیژن به ازن می باشد. در واقع برای تولید ازن در روش تخلیه الکتریکی اکسیژن از فضای مابین دو الکترود که توسط مواد دی الکتریک پوشانده شده است، عبور داده می شود. در اثر اعمال ولتاژ بالا به الکترودها، تخلیه الکتریکی بین دو الکترود رخ می دهد که باعث تبدیل اکسیژن به ازن در فضای تخلیه می شود.
 ازن ژنراتور پلاسما

مکانیسم تولید ازن به روش تخلیه سد دی الکتریک

یک ازن ژنراتور صنعتی می تواند شامل کمپرسور هوا (و یا منبع اکسیژن ساز)، فیلترهای گرد و غبار ، خشک کن های هوا، منبع تغذیه ولتاژ بالا، الکترودها ، دی الکتریک و سیستم خنک کننده باشد. الکترودها غالبا توسط آب یا هوا خنک می شوند. در ازن ژنراتور خانگی به طور معمول از خنک کننده هوا استفاده  می شود. دستگاه ازن ژنراتور پلاسما می تواند از هوای محیط یا اکسیژن خالص استفاده نماید. برای آماده سازی این هوا از خشک کن های هوا و فیلترهای گرد و غبار استفاده می شود. عوامل مهم تاثیرگذار در تولید ازن عبارتند از: غلظت اکسیژن ورودی، رطوبت و خلوص هوای ورودی، دمای آب خنک کننده و پارامترهای الکتریکی منبع تغذیه. تولید ازن با گرما همراه است. بنابراین خنک کردن الکترودها امری ضروری است. تشکیل ازن یک واکنش برگشت پذیر است که با افزایش دمای محیط احتمال تبدیل ملکول های ازن به اکسیژن افزایش می یابد . شکل A رابطه بین بازده تولید ازن را با دمای آب خنک کننده نشان می دهد. این نمودار مشخص می کند که افزایش دمای آب خنک کننده الکترودها با کاهش تولید ازن همراه است. برای جلوگیری از تجزیه ازن، درجه حرارت در گپ (فاصله بین دو الکترود) نباید بیشتر از 25 درجه سانتیگرادباشد. قبل از ورود هوا بین الکترودها ، خشک کن های هوا باید هوا را خشک کنند. هوای محیط حاوی رطوبت است، که با ازن واکنش نشان می دهد و منجر به تولید ترکیبات ناخواسته می گردد و حجم ازن تولیدی را کاهش می دهد. ازن از اکسیژن تولید می شود، بنابراین می تواند از هوای محیط (دارای 21% اکسیژن) یا اکسیژن تقریبا خالص (به عنوان مثال 95%) تولید شود. غلظت ازن تولید شده وابسته به غلظت اکسیژن می باشد. این رابطه در شکل  Bمشخص شده است جایی که غلظت اکسیژن در برابر غلظت ازن مشخص شده است. خطوط متنوع ژنراتور ازن را با مصرف انرژی متفاوت نشان می دهد. به طور خلاصه، می توان ادعا کرد که تولید ازن در هنگام استفاده از اکسیژن خالص، با توان الکتریکی ثابت، با ضریب 7/1 تا 5/2 افزایش می یابد.

تاثیر خنک کننده آب بر بازده تولید ازن
 شکل A  تاثیر خنک کننده آب بر بازده تولید ازن
 

 تاثیر غلظت اکسیژن بر تولید ازن در توان های الکتریکی مختلف
شکل B  تاثیر غلظت اکسیژن بر تولید ازن در توان های الکتریکی مختلف