플라즈마와 그 활용
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- 목차
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1. 서론
2. 본문
2.1 플라즈마의 성질
2.2 플라즈마의 생성
2.3 플라즈마의 활용
2.4 미래에 실현가능성 있는 플라즈마의 활용
3. 결론
인용구문
참고문헌
- 본문내용
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이중 현재의 플라즈마 생성 및 활용에서 중점적으로 다루게 될 내용은 방전으로 생성되는 플라즈마 이다. 전기 방전을 이용한 플라즈마의 생성에 중점을 두는 이유는 공학적으로 방전을 이용한 플라즈마가 생성 및 실생활에 적용이 훨씬 쉽기 때문이다. 전기로 생성된 플라즈마를 이용한 기구들은 이미 여러 방면에서 연구 및 개발, 사용되고 있는 중이다.
2.2.1 대기압 조건에서 전기적인 방전을 통해 얻을 수 있는 플라즈마를 흔히 코로나 방전(corona discharge)이라고 한다. 글로 코로나(glow corona)와 스트리머 코로나(streamer corona)는 코로나 방전의 일종이다. 전극에 낮은 전압이 걸려있을 때에 글로로 코로나가 발생하며 전압이 세어지면 스트리머 방전으로 바뀌게 된다. 여기서 더욱 전압을 올리게 되면 아크 방전이 발생된다.
2.2.2 아크(직류) 방전은 고온의 플라즈마를 생성하게 된다. 플라즈마는 보통 0.2A에서 300A정도의 전류를 지니게 된다. 아크 방전의 경우 고온의 플라즈마를 생성해 내므로 주로 용접이나 절단에 이용된다. 아크방전에 의한 플라즈마의 경우 플라즈마가 지니는 전류의 값과 플라즈마가 뿜어져 나오는 노즐의 형태, 가스의 종류와 유속에 큰 영향을 받는다.
2.2.3 날카로운 침들이나 와이어와 같은 곡률반경이 작은 도전체에 높은 전기장을 걸어주게 되면 불균일 전기장이 걸리는데, 저전압하에서 일어나는 글로우 방전과 같이 전체적으로 균일한 플라즈마가 발생하지 않고, 극들 사이에 국부적인 방전이 일어나게 된다.4 이것은 일종의 코로나 방전으로 상압하에서 적은 에너지로 플라즈마를 생성할 수 있게 되었다. 이런 식으로 발생된 플라즈마는 주로 플라즈마 생성에 의해 발생하는 전자나 이온들을 이용하는데 사용된다.
2.3 플라즈마의 활용
앞에서 확인한 바와 같이 플라즈마는 고유적인 성질이나 생성방법에 따라 그 성질이 달라지기 때문에 생성 방법에 따라 여러 방면에 이용될 수 있다. 주로 이용되는 특징은 플라즈마가 지니고 있는 높은 에너지와 전하를 띄고 있다는 점이다. 플라즈마의 특징이나 활용법은 모두 위 두 가지 특징으로부터 파생되며 어떠한 형식으로 생성해 내느냐에 따라 어떠한 특징이 강하게 작용하는지 달라지기 때문에 생성 방법에 따라 사용법이 다르다. 예를 들면 아크 방전을 이용한 플라즈마의 경우 고열을 발생하며 그 열을 이용하지만 글로 방전과 같은 다른 종류의 방전의 경우 입자가 지닌 열에너지 보다는 입자들이 플라즈마가 되면서 생성되는 전자나 이온들을 이용하는 경우가 많다. 따라서 이번에는 플라즈마가 지닌 성질이나 생성된 방법에 따라 어떻게 활용될 수 있는지 논하겠다.
2.3.1 전기적인 방전을 통해 얻을 수 있는 플라즈마를 코로나라고 한다고 앞에서 말하였다. 코로나의 경우 입자들의 고에너지 보다는 이온화에 따른 이온과 전자의 분리를 이용하게 된다. 주로 사용되는 곳은 집진기이다.
Fig 1. 전기집진기의 원리.
그림에서 보는 바와 같이 방전봉에서 발생된 전자들은 다른 기체와 충돌하여 다시 전자들을 대량으로 발생시키는 전자사태를 일으키게 되며 여기서 발생된 대량의 음극이온은 접지된 집진판을 향해 이동하게 된다.5 이와 같은 원리로 플라즈마를 이용하여 여러 유해가스들을 처리할 수 있다.
2.3.2 앞에서 언급한 것과 같이 아크 방전을 통해서는 고온의 플라즈마를 얻을 수 있다. 고온의 플라즈마는 물질의 절단이나 접합에 사용될 수 있다. 플라즈마는 이송식 아크(transferred arc)와 비이송식 아크(non - transferred arc)의 두 가지 형태가 있다.6
고온 플라즈마의 활용은 용접뿐만 아니라 폐기물을 열분해 하는 데에도 사용 가능하다. 아크방전을 이용한 플라즈마는 1만도 이상의 고온을 내며 그것을 이용하여 1500도 이상의 고온 용융로를 가열하여 폐기물을 직접 열분해한다. 플라즈마를 이용한 열분해는 열분해 과정에서 산소등 다른 화학물질이 필요치 않으므로 연소시 발생 가능한 여러 오염물질들의 생성을 원천봉쇄하는 장점이 있다.
2.3.3 플라즈마가 지니고 있는 전하적 특성은 핵융합로를 가동시킬 때 사용된다. 핵융합로를 가동시키기 위해서는 수소기체를 고온의 플라즈마상태로 일정시간 이상 유지시켜 주어야 한다. 핵융합 반응을 일으키기 위해서는 온도가 1억 ℃, 이온밀도 1cm3당 100조 개의 초고온 플라스마를 약 1초 동안 일정한 용기
- 참고문헌
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1. 네이버 백과사전(http://100.naver.com
/).
2.. 송영훈, 기계저널, 플라즈마를 이용한 탈황탈질 기술, 33권(제4호), 48-52(1998).
3. 전배혁, 전광민, 이형상, 남창수, 자동차공학회지, 플라즈마/촉매 복합시스탬을 이용한 De-NOX 기술, 2월호, 26-34(2000).
4. 황순모, 대한설비공학회, 플라즈마를 이용한 폐기물의 열분해 용융기술, 34권(제5호), 34-39(2005 5월호).
5. 전배혁, 기계저널, 플라즈마를 이용한 대기 오염물 처리 기술 38권(제4호), 53-58(1998).
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