Plazma jest czwartym stanem skupienia materii. Uzyskujemy ją w procesie przegrzania, który prowadzi do oderwania elektronów od atomów, a tym samym do powstania zjonizowanego gazu. Gaz w stanie plazmy jest niezwykle przydatnym narzędziem w przemyśle. Stąd też naukowcy wykorzystują ją w tzw. plazmotronach. Naukowcy z Chin właśnie stworzyli wyjątkowo wytrzymałe urządzenie tego typu.
Plazmotron to nic innego jak po prostu palnik plazmowy, czyli urządzenie, w którym wytwarzana jest plazma zimna, która następnie wykorzystywana jest — w zależności od potrzeb — do spawania, precyzyjnego cięcia metali, czy też nakładania różnorodnych powłok metodą tzw. natrysku plazmowego.
Zasada działania palnika plazmowego opiera się na wytworzeniu łuku elektrycznego, w którym gaz taki jak hel, neon, azot czy argon zostają ogrzane do temperatury pozwalającej na przejście gazu w stan plazmy. Owa plazma jest następnie kierowana w stronę obrabianego materiału. W przemyśle najpowszechniej stosuje się mieszaninę argonu i wodoru, bowiem jest ona najbardziej opłacalna, a jednocześnie zapewnia najwyższą temperaturę plazmy, a przez to najbardziej precyzyjne cięcie. Wiązka plazmy jest następnie uwalniana z palnika przez niewielki otwór miedzianej dyszy. To ograniczenie pozwala na dodatkowe podniesienie temperatury i prędkości plazmy, która u wylotu może osiągać nawet 20 000 stopni Celsjusza. Jedną z zalet takiej obróbki materiału jest brak utleniania, który występuje podczas cięcia tlenem. Dzięki temu palnik plazmowy doskonale nadaje się do cięcia zarówno stali, jak i aluminium oraz wielu stopów niezawierających żelaza.
Czytaj także: Tak Chiny sprawią, by ich myśliwce “zniknęły”. Pomoże w tym plazma
Wszystko ma jednak swoje ograniczenia. W palnikach plazmowych zużyciu podlega katoda, którą trzeba wymieniać. Jest to zatem swego rodzaju ograniczenie żywotności takiego urządzenia.
Urządzenia tego typu zwykle były w stanie pracować przez maksymalnie kilkaset godzin. Okazuje się jednak, że sytuacja może się teraz zmienić.
Naukowcy z chińskiego Instytutu Nauk Fizycznych w Hefei opracowali nowy plazmotron, który jest w stanie pracować nie kilkaset godzin, a kilka lat. Powstał zatem najtrwalszy palnik plazmowy w historii.
Czytaj także: Pierścienie plazmowe jak moc z “Gwiezdnych wojen”. To czysta fizyka, nie telekineza
Nie ma tutaj jednak żadnej magii. Naukowcy bowiem zastosowali stosunkowo proste rozwiązanie, tj. opracowano system ciągłego uzupełniania katody bez konieczności przerywania pracy palnika plazmowego. To pozornie proste rozwiązanie rozwiązuje problemy związane z przewodnością, przewodnością cieplną, szczelnością, chłodzeniem wodą i mechanizmami stałego napędu, tym samym znacząco wydłużając trwałość i czas pracy plazmotronu, nie wspominając już o braku przestojów w pracy i obniżeniu kosztów konserwacji.
Warto tutaj zwrócić uwagę na skalę skoku wydajności, jaką umożliwiło to rozwiązanie. Urządzenie, które było w stanie pracować bez przerwy maksymalnie przez kilka dni, teraz będzie mogło działać nieprzerwanie przez kilka lat. To naprawdę duże osiągnięcie, które sprawi, że palniki plazmowe znajdą zupełnie nowe zastosowanie w przemyśle.