Water Discharge Plasma 수중방전에 대해 질문있습니다.
2019.01.23 15:50
DC24V 를 분리된 2개의 전극에 가해, 플라즈마를 발생시키는 살균기를 개발하고 있습니다.
해답을 찾기가 너무 어렵워서요. 궁금한 것은,
1) DC 전원 대신 AC 전원을 인가시켜 플라즈마를 발생시키려면 1000V 이상의 AC전원, 수십 kHz 의 고주파가 반드시 필요한지요?
2) 만약 1)과 같이 필요하다면 무슨 이유 때문인지요??
답변 부탁드립니다.
일단 방전 자체, 즉 플라즈마는 원자/분자에서 전자가 떨어져서 유지되고 있는 상태를 의미합니다. 원자에서 전자를 떼어 내기 위해서는 많은 에너지가 필요하게되는데, 주로 이 에너지는 외부에서 제공되는 전자들이나 자유롭게 돌아다니고 있는 전자들이 그 역할을 합니다.
자유로운 전자들에게 에너지를 주기 위해서는 전기장이 필요한데, 전기장은 전극에 전압을 걸면 전극 사이에 형성되는 세기이며 그 사이에 전자가 놓여 있어야 합니다. 따라서 현재 전원은 전기장을 만들어서 전자들이 에너지를 얻게 하기 위함이며, 에너지를 가진 전자들이 원자/분자와 충돌해서 에너지를 전달해야 하는 과정이 반드시 필요합니다. 한가지 생각할 점은 에너지는 전기장에서 힘을 받은 전자가 일정거리 동안에 얻는 양이 에너지입니다. 즉, 전기장도 커야 하고, 거리가 충분히 보장되어야 에너지를 얻게 됩니다.
하면, 공기 중에서의 플라즈마 생성과 물 속에서의 플라즈마 생성의 어떤 차이가 있을 수 있는가 하면, 같은 전기장과 같은 전자들이 존재한다고 하더라도, 물의 밀도가 공기보다 높아서 전자들이 가속되기가 훨씬 어렵습니다. 즉 이온화에 필요한 에너지를 얻기가 많이 힘들지요. 따라서 전기장, 즉 전극에 전압은 높아야만 합니다. 공기의 조건에 비해서 많이 높아야 수중에서 방전이 일어나게 됩니다.
아울러 고주파에서는 상태적으로 전극의 인가 전압이 순간적으로 높을 수가 있습니다만, 방전이 개시되는 조건은 DC의 전압에서 요구되는 크기 만큼은 충족되어야 하니 AC 또한 전압이 높은 전력이 인가되어야 하겠습니다.
본 게시판에서 방전에 대해서 읽어 보시면 장치 개발에 도움이 되실 것 입니다.