1

ZET

Gnmzde insanln en byk sorunu enerjidir. Dnya zerinde tketilen enerjinin

byk bir ounluu fosil yaktlardan elde edilmektedir. Her geen gn, gerek

sanayide yaanan byk ilerlemeler, gerekse dnya nfusunun artmas enerji

kaynaklarnn azalmasna neden olmutur. Dier yandan atmosfere salnan zehirli

gazlar kresel snmaya da sebebiyet vermitir. Azalan enerji kaynaklarnn yerine

daha uzun mrl ve hatta bitmeyen enerji kaynaklarnn aray srmektedir.

Tkenmez enerji kaynaklarn gne, nkleer, rzgar, deniz-dalga, jeotermal,

hidrojen ve plazma enerjileri olarak sralayabiliriz. Yaplan bu almada maddenin

drdnc hali olan plazmann geni kullanm alan hakkndaki aratrmalar

bulunmaktadr. Bilindii zere plazma, halen gelimekte olan gelecein en nemli

teknolojilerindendir. Bu projede plazmatronun (plazma fleci) yaps, eitleri ve

konstrksiyonu incelenmi ve plazmatronlarda iyonlamann nasl olutuunu yani

plazma oluma prosesini gstermek amalanmtr.

Anahtar kelime: plazma, plazmatron.

2013, 32 sayfa

2

ABSTRACT

Today, worlds biggest problem is energy. Biggest margin of the energy used by

humankind produced by fossil fuels. Because of the process at the industry and

increasing population, energy sources are limited nowadays. On the other hand, the

toxic gases released to air caused global warming. Scientist are working on

renewable and inexhaustible energy sources like thermal solar systems, nuclear,

wind, sea, hydrogen and plasma. In this project is included plasma which is state of

fourth substance and usages also in progress about plasma technology. Also

plasmatrons structure, types and construction are investigated and explained

ionization process at the plasmatron.

3

TEEKKR

Bu projenin yapm iin benden yardmlarn esirgemeyen bitirme projesi hocam

Prof. Dr. Beycan brahimoluna teekkr bir bor bilirim.

4

SMGELER VE KISALTMALAR

Bu almada kullanlm olan baz simgeler ve ksaltmalar, aklamalar ile birlikte

aada sunulmutur.

Simgeler Aklama

E Enerji

A Amper

P Basn

G Jeneratr

L Tka (ok) Bobini

R Omik Diren

HF Yksek Frekans Jeneratr

C Kondansatr Bataryas

U Gerilme Dm

5

NDEKLER

ZET ......................................................................................................................................... 1

ABSTRACT ................................................................................................................................. 2

SMGELER VE KISALTMALAR .................................................................................................... 4

NDEKLER ............................................................................................................................. 5

EKLLERN LSTES ................................................................................................................... 6

1. GR ..................................................................................................................................... 7

2. LTERATR ARATIRMASI ..................................................................................................... 8

2.1. Plazma .......................................................................................................................... 8

2.1.1. Plazmann Tanm ................................................................................................. 8

2.1.2. Plazma Elde Etme Yntemleri ............................................................................ 10

2.1.3. Plazmann Snflandrlmas ................................................................................ 13

2.1.4. Gazlarla Plazma Arasndaki Farklar .................................................................... 13

2.1.5. Plazmann Oluumu ........................................................................................... 14

2.1.6. Plazmann Kullanm Alanlar .............................................................................. 15

2.2. Plazmatron ................................................................................................................. 16

2.2.1. Plazmatronun Yaps .......................................................................................... 17

2.2.2. Plazmatron eitleri ........................................................................................... 21

2.2.2.1. Ark ekillerine Gre Plazmatronlar ........................................................... 21

2.2.2.2. Elektrik Akm Cinsine Gre Plazmatronlar ................................................ 22

2.2.2.3. Kullanlan Elektrotlara Gre Plazmatronlar ............................................... 25

2.2.2.4. alma ekillerine Gre Plazmatronlar .................................................... 27

2.2.3. Plazmatronlarn Tututurulmas ........................................................................ 28

2.2.4. Plazmatronun Konstrksiyonu ........................................................................... 28

3. SONU VE NERLER .......................................................................................................... 31

KAYNAKLAR ............................................................................................................................ 32

6

EKLLERN LSTES

ekil 1. Maddenin drt hali 9

ekil 2. Osmangazi ni. Plazma Fizii Laboratuarnda retilen plazmalar.. 11

ekil 3. Elektrik ark mekanizmasnn ematik gsterilii.. 12

ekil 4. Plazma kayna prensibi.... 16

ekil 5. Tam teekkll bir plazmatron prensip emas.. 17

ekil 6. Tungsten Elektrotlar ve Kullanm Yerleri. 18

ekil 7. Uzun mrl DC plazmatron. 20

ekil 8. Ark cinsine gre plazmatron prensip emalar... 22

ekil 9. Dk frekansl plazmatron prensip emalar 23

ekil 10. Yksek frekansl plazmatronlar 24

ekil 11. Elektrot trlerine gre plazmatronlar... 26

ekil 12. alma ekillerine gre plazmatronlar 27

ekil 13. a) Yan arkl uzun plazmatron, b) Edeer elektrik devresi.. 29

ekil 14. Yan arkn prensip emas. 30

7

1. GR

Gnmzde insanln iki byk sorunu vardr. Bunlardan birincisi hammadde

sknts, ikincisi ise enerji sorunudur. Fosil yaktlarn hzla tkenmesi yeni bir enerji

eidinin gerekliliini ortaya koymutur. Ayrca imdiye kadar uygulanan yntemler,

atmosferdeki miktar arttrarak gnmzn en byk evre sorunu olan kresel

snmay tetiklemitir. Son yllarda byk ilerleme kazanan sanayi sektrnn de her

gn artan enerji talebi de buna eklenirse; ucuz, temiz ve tkenmeyen yeni bir enerji

kaynana ihtiya vardr. Plazma teknolojileri bu kaynaklarn banda gelmektedir.

lkemizde plazmadan henz yaygn olarak faydalanamamaktadr. Halbuki gelimi

lkelerde endstrinin gerei olarak plazmann getirdii avantajlardan pratikte geni

bir ekilde faydalanlmakladr. Zira plazmann uygulamas, kullanld alanlarn

hemen hemen hepsinde gerek ekonomik ve gerekse teknolojik olarak rakipsiz ve

kanlmazdr. Ayrca plazma teknolojilerinin yenilenebilir olmas ve zehirli madde

retmeden enerji retmesi insanln ihtiyalarn karlayacak dzeydedir.

Plazma gnmzde birok eitli uygulamada kullanlmaktadr. uan dnya zerinde

plazmay manyetik alan kullanarak hapsetmek iin 300n zerinde Tokamak ad

verilen sistem vardr. Sanayide de birok ilemde kullanlan plazma, plazmatron (ark

fleci) denilen ve her ilemde konstrktif olarak deiik ekillerde olmasna ramen

prensipte ayn fiziksel kanunlara dayal olarak alan aparatlar vastas ile elde

edilir. Bylelikle sanayideki basit yntemlerle uygulamas zor olan ilemler plazma

kullanlarak kolaylkla yaplabilir hale gelmitir.

8

2. LTERATR ARATIRMASI

2.1. Plazma

Bilim dnyasnda yakn bir zaman ncesine kadar maddenin kat sv ve gaz hali

olmak zere her birinin kendine has zellikleri olan halinden bahsedilir ve pratikte

bu halden faydalanlrd. Bilimin ve tekniin ilerlemesi ile yeni problemler ve

bunlara zm olarak yeni imknlar gelitirilmitir. Bunlardan biri de maddenin

drdnc hali olan plazma ve bunlardan faydalanma yntemleridir.

2.1.1. Plazmann Tanm

1808 ylnda Sir Humpry Davy tarafndan kararl-hal DC ark dearjn gelitirilmesi

ve 1830lu yllarda Michael Faraday ve arkadalar tarafndan, yksek voltaj DC

elektriksel dearj tpnn gelitirilmesi, maddenin drdnc halinin kefine neden

olan ilk almalar olmutur. Gazlarda elektriksel dearj daha sonra Sir William

Crookes tarafndan incelenmi ve Crookes 1879da iyonlam bir gazn Maddenin

4. Hali olduunu ifade etmitir. 1926 ylnda F. M. Penning, alak basn cva

buharnda radyo dalgas titreimlerini bulmutur. 1929 ylnda ise Irving Langmuir

bu titreimlerin bulunduu blge iin ilk kez Plazma terimini kullanmtr.

Maddenin kendine has zellikleri bulundan kat, sv, gaz ve plazma hali olmak zere

drt hali vardr. Bu haller kendi arasndaki esas fark sahip olduklar enerjidir. Yani

maddenin herhangi bir konumundaki (hal) enerjisini deitirmek suretiyle maddeyi

dier bir konuma geirmek mmkndr. rnein, kat haldeki bir maddeye belirli, o

maddeye zel bir enerji vermek suretiyle sv, sv hale de belirli bir enerji verilerek

gaz ve gaz halede de belirli bir enerji verilerek plazma haline gemek mmkndr.

Bu ilemin tersi yaplarak, yani verilen bu enerjileri geri alarak tekrar plazma

halinden gaz, sv ve kat hale gemek mmkndr.

9

ekil 1. Maddenin drt hali

O halde bu hallerden en kk enerji konumunda olan kat ve en byk enerji

konumunda olan da plazma halidir. Plazma doada gne ve baz yldzlar iinde,

yldrmda ve elektrik boalmalarnda grlmektedir.

Plazma, ierisinde iyon, elektron, uyarlm atom, foton ve ntral atom veya molekl

ieren bir karmdr. yonlar iyi bir enerji taycdrlar. Is ve elektrik enerjisini

iletirler. yonlama prosesi de gaz molekllerini oluturan atomlarn ayrmasyla

olumaktadr. Ntral bir atoma, o elemente zel bir iyonizasyon enerjisinden (

daha byk bir enerji verildii zaman, bu atom en az bir elektronunu (negatif yk)

kaybeder ve iyon haline geer, yani iyonize olur. Tabiatta ve teknikte iyonizasyon

eitli yollarla gerekleir. Bunlar:

1- Termik iyonizasyon

2- In iyonizasyonu

3- Elektrik boalmas ile iyonizasyon

4- arpma iyonizasyonudur.

Gaz halindeki maddeye enerji verilerek iyonlama balatlabilir ve elektronlar

atomlardan kopmak iin yeterli enerji elde etmi olur. Atomun bir elektronu eksik

olacak ve net bir pozitif yke sahip olacaktr. Bylelikle iyonumuz oluur. Yeterince

enerji verilmi gaz iinde iyonlama defalarca tekrarlanr ve serbest elektron ve iyon

bulutlar olumaya balar. Fakat baz atomlar ntr kalmaya devam eder. Gazn

10

iindeki rastgele istikamette hareket eden ykl paracklar ile oluan bu proses

plazmadr.

2.1.2. Plazma Elde Etme Yntemleri

Bir atoma iyonizasyon enerjisinden daha byk bir enerji verilirse atom iyonize olur.

Bu ilem eer bir gaz ktlesi iin gerekletirilirse plazma elde edilir. Plazma iin

gerekli olan enerjiyi gaz ktlesinde mekanik, s, n ve elektrik enerjisi eklinde

vermek mmkndr. Buna gre pratikte plazmann elde edili ekillerini u ekilde

snflandrabiliriz.

a) Is enerjisi vererek plazma elde etme

Plazma frn

Q-Makinesi

Kimyasal reaksiyon ssyla plazma eldesi

b) Mekanik yollarla plazma elde etme

Balistik kompresr

Mekanik impuls dalgas tp

Elektromanyetik impuls dalgas tp

Manyetik kompresyon ile plazma eldesi

c) In yntemi ile plazma elde etme

Elektron n ile plazma eldesi

Lazer n ile plazma eldesi

d) Elektrik boalmas ile plazma elde etme

Glovv-dearj (Glimm-boalmas) ile plazma eldesi

Elektrik ark ile plazma eldesi

Korona boalmas ile plazma eldesi

Elektrik atlamas ile plazma eldesi

Ancak bu yntemlerden pratikte en ok kullanlan ve en nemli olan elektrik

enerjisi ile plazma retilmesidir. Bu yntemde gaz ktlesine enerji elektrik boalmas

aracl ile verilir. Plazmatronlarda da bu yntem, anot ve katotlar arasndaki gazn

iyonlatrlmas esnasnda uygulanmaktadr.

11

ekil 2. Osmangazi niversitesi Plazma Fizii laboratuarnda retilen baz plazmalar

Elektrik Boalmas Mekanizmas

Bir elektrik gerilim kayna gaz iinde bulunan iki iletken plaka arasna balanrsa,

belirli artlar gerekletirildii takdirde, tatbik edilen gerilim plakalar arasndaki

gazn delinme geriliminin zerinde ise, bu iki plaka arasnda bir elektrik boalmas

olur ve bu iki iletken plaka arasnda bir elektrik akm ak oluur. Burada akan

akmn byklne gre ortaya kan elektrik boalmas sistemleri

snflandrlmtr. Eer bu akmn iddeti 10 (A) amperden byk ise elde edilen

sistem elektrik ark adn alr.

Normal halde gazlar yaltkandr. Ancak gaz iyonize edilirse (plazma) iletken olur.

Elektrik arknda da iki kutup arasndaki gaz iyonize olduktan sonra akm akar ve ark

ortaya kar. Bir atomun iyonize olmas demek, ekirdeinin etrafndaki

elektronlardan en az birini kaybedip pozitif ykl hale gelmesi demektir. Bunun iin

atoma o atomun iyonizasyon enerjisinden daha byk bir enerjiyi vermek gerekir.

12

ekil 3. Elektrik ark mekanizmasnn ematik gsterilii

Elektrik arknda, ark mekanizmasn balatan ilk nveyi oluturan akm tayc

elektronlar, anot ile katot arasnda tatbik edilen elektrii gerilim dolaysyla katot

nnde oluan elektrik alan sayesinde katottan kar. Bu elektronlarn daha sonra

anot istikametindeki hareketi nedeniyle sahip olduklar kinetik enerjileri dier

atomlara arptklarnda o atomlara verip, onlardan elektron karmalar, yani onlar

iyonize etmeleri ile ark ierisindeki elektron ve iyon miktar artmaktadr. Daha sonra

katodun snmas ile de s enerjisi ile emisyon ie girmektedir. Bu arada atomlarn da

kat ktlelerden, ktleye olan ba enerjilerinin zerinde enerji almalar nedeniyle

kopuk ark ierisine karmas olay olmaktadr.

13

2.1.3. Plazmann Snflandrlmas

Plazmalar retim yntemlerine gre snflandrlabildii gibi, plazmas elde edilen

gazn basncna parack younluuna, iyonlama derecelerine gre de

snflandrlabilir. Genel olarak bakldnda en kapsaml snflandrma, plazma

iindeki paracklarn scaklna gre ve plazmann basncna gre yaplan

snflandrmalardr.

Scakla Gre Plazmalar

Toplam termodinamik dengede olan plazmalar (TTD)

Lokal termodinamik dengede olan plazmalar (LTD)

Lokal termodinamik dengede olmayan plazmalar (Non-LTD)

Basnca Gre Plazmalar

Dk basn plazmalar

Orta basn plazmalar

Yksek basn plazmalar

2.1.4. Gazlarla Plazma Arasndaki Farklar

lk bakta plazma, maddenin gaz haline yakn gzkmektedir. Bu nedenle plazma

halini, gaz halinden ayran temel zellikler aada sralanmtr:

Gazlar elektrii iletmezler. Plazma ise elektriksel ntralitesine ramen, iyi bir

elektriksel iletkendir. Bazen bakr veya gmten bile daha iyi iletkendirler.

Gazlar ntral paracklardan oluur. Bu nedenle elektrik ve manyetik

alanlarla etkilemez. Plazma ise elektriksel ntralitesine ramen elektrik ve

manyetik alanlarla etkileir.

Plazma iindeki herhangi bir dzensizliin yaylmas elektromanyetik dalga

hznda gerekleirken, bu yaylm gaz iinde ses hznda gerekleir.

Plazma halinde kimyasal reaksiyonlar, gaz halinden daha byk hzlarda

gerekleir.

14

Plazma iinde ykl paracklar arasnda Coulomb ekim kuvvetleri ok uzak

mesafelerde bile etkilidir. Bu nedenle plazma iindeki her parack

civarndaki tm paracklarla srekli etkileim halindedir. Gaz halinde

paracklar arasndaki Coulomb etkileimi ancak iki parack yarap

toplam uzaklnda gerekleir. Bu uzaklklar dnda parack etkilemesi

yok saylr.

Gazlarn bo olan her eyi doldurma zelliine karlk, plazmalarda bir

toplama eilimi vardr.

Plazma elektromanyetik dalgalarda etkiletii gibi, kendiside elektromanyetik

alan oluturur.

2.1.5. Plazmann Oluumu

Evrenin %98ini oluturan plazma dnyamzda sadece atmosferin iyonosfer

katmannda olumaktadr. Yeryznde ise maddelerin dk scaklk ve yksek

younlukta olmasndan kaynakl plazma haline ok az rastlanmaktadr. Deniz

seviyesinde atmosfer basnc altnda su ye stldnda sv halden gaz haline

geer. Su buharn atmosferik basn altnda plazma haline geirebilmek iin

nin zerine stmak gerekir.

Plazma; maddeye s enerjisi gibi elektrik, k, nkleer veya kimyasal enerji

verilerek de retilebilir. Plazma iin iyonlam gaz tanm yaplsa da tamamen doru

deildir. Plazmann en nemli zellii ykl paracklardan olumasna ramen

sanki yksz gibi davranmasdr. Bununla birlikte bir sistemin plazma olabilmesi iin

birim hacimde kritik deerde ykl parack olmas gerekir.

Havann plazmaya dntrlme prosesi

Plazma, iyonlam gaz topluluudur ve istenilen her trl maddenin plazmaya

dntrlmesi ya da bir baka deyile plazmaya dntrlmesi mmkndr.

Plazma dk, orta ve yksek scakl olmaktadr. Dk scakl plazma kullanlarak

oksijenin ve havann iyonlama sreci bilinmektedir.

15

Denklemden grld gibi havann plazma haline dntrlmesi srecinde

oksijenden negatif iyonlar olumakta ve ykl hisseciklerin miktar deimemektedir.

2.1.6. Plazmann Kullanm Alanlar

Plazmann askeri ve sivil olmak zere birok kullanm alanlar mevcuttur.

Sralayacak olursak;

letiim teknolojisinde,

Kaplama ve dekorasyon teknolojilerinde,

Sterilizasyon ve su artmnda,

Tehlikeli ve zehirli atk artmnda,

Gne enerjisi ve optik sanayinde,

Uzay aralarnda,

Yakt dntrc ve dier alanlarda,

Yakt pillerinde,

Plazma ile elektrolizde,

Radar fzyon aratrmalarnda,

Uzun mrl namlu yapmnda,

Askeri uaklarda ses azaltc olarak,

naat teknolojilerinde,

Otomobil ve uak endstrisinde

ve tekstil sektrnde kullanlmaktadr.

16

2.2. Plazmatron

Maddenin drdnc hali olarak bilinen plazma, pratikte plazmatron denilen ve

gayesine gre yaplar deien, ancak hepsinde bir katot ve bir anot memesi arasna

tatbik edilen bir elektrik gerilim kaynann katot-anot arasnda oluturduu bir

elektrik boalmas yardmyla bir gazn iyonize edilmesiyle oluturulan bir

karmdr. Bu karm ierinde baka dier partikller yannda fonksiyoner olarak

bulunan elektron, iyon ve fotonlar mevcuttur. Plazmatron ierisinde oluan plazma

epeevre bir soutucu (genellikle gaz) ile soutulup, termik olarak sktrlarak,

kesiti kltlr, enerji younluu ve scakl arttrlr. Ayrca katot-anot arasna

tatbik edilen gerilimin oluturduu elektrik alan ile plazma iindeki enerji tayc

ykl paracklar (iyon ve elektronlar) ynlendirilip, hzlandrlarak, kinetik

enerjileri arttrlmaktadr. Baz durumlarda da buna ek olarak manyetik alan kuvveti

ile ynlendirme ve hzlandrma gerekletirilmektedir. Bu ekilde ynlendirilip

hzlandrlan ykl paracklar (elektron ve iyonlar) i paras zerine gnderilip,

endstride eitli ilemler (kaynak, kesme, sl ilem, ergitme, iyon implantasyonu

vs.) gerekletirilmektedir. ekil-4de plazma kayna prensip emas grlmektedir.

ekil 4. Plazma Kayna Prensibi

17

2.2.1. Plazmatronun Yaps

ekil 5. Tam teekkll bir plazmatron prensip emas

G: Jeneratr

L: Tka (ok) Bobini

R: Omik Diren

HF: Yksek Frekans Jeneratr

C: Kondansatr Bataryas

Plazmann elde edildii plazmatronlar ana elemandan oluur:

a) Anot: Genellikle bakrdan yaplr ve su soutmaldr. Anodun soutulmas,

plazmann anodu eritip deformasyonunu nledii gibi, souyan anot iinden

geen plazmay termik olarak sktrp, plazmann enerji younluunu

(scakln) ve stabilitesini arttrr.

b) Katot: Erimeyen elektrotlu plazmatronlarda katot genellikle toryumlu veya

zirkonyumlu volframdan yaplr. Volframdan yapl, volframn ergime

derecesinin (3380 ) yksek oluu nedeniyle katodun az erimesindendir.

18

Buna ek olarak toryumlu ve zirkonyumlu volframn elektron emisyonu daha

kolaydr. Bu sayede daha az enerji sarfiyat ile elektrottan daha fazla elektron

karlabilir, dolaysyla elektrot deforme olmadan daha byk akmlarla

yklenebilir. ekil-6da volfram (tungsten) elektrotlar ve kullanma yerleri

tablosu verilmitir, kk gl plazmatronlarda plazma gaznn katodu

soutmas yeterli olduu halde, byk glerde katodun ayrca su ile

soutulmas, gerek katodun mrnn uzamas, gerekse katot malzemesinin i

parasna karmamas asndan gereklidir.

ekil 6. Tungsten Elektrotlar ve Kullanm Yerleri

Elektrotlarn (Anot ve Katot) erimesini istemediimiz hallerden bazlarnda,

elektrotlarn soutulmalarna ek olarak manyetik ark saptrma sistemleri kullanlr.

Elektrik ark baz hallerde elektrottan snrl bir alandan (bir noktadan) kar. Bu

noktadaki lokal snma elektrotun o noktada erimesine neden olur. Bunu nlemek

iin, bir bobin yardmyla elde edilen bir manyetik alan, arkn elektrota yakn

ksmndaki parasna etki ettirilir, arkn o blgesi elektrot iinde dndrlp,

19

dolaysyla arkn elektrottan kt nokta elektrot iinde dner. Bu sayede arkn

elektrottan kt nokta elektrot iinde devaml deiir, hareketli olur.

c) Cidar: Anot ile katodu elektrik olarak izoleli bir ekilde birletiren boru

eklinde bir paradr. Bu ayn zamanda ierisinde yanan ark d ortamdan

ayrp, bu arkn kapal bir ortamda stabilize olmu bir ark olarak olumasn

salar. Cidar baz hallerde (zellikle yksek glerde) bir soutucu (gaz,

hava, su gibi) ile soutulup, hem ark ss ile cidarn ergiyip deforme olmas

nlenir, hem de arkn termik olarak sktrlp cidardan uzak kalmas ve

stabilize edilmesi salanr.

Bunlar plazmatronun ana elemanlar olup, bunlarla birlikte plazmatronun yapsnda

bulunan dier yardmc elemanlar unlardr:

(G) Jeneratr: Plazmatrona gerekli enerjiyi temin eder.

(HF) Yksek Frekans Jeneratr: Tutumann olumasn salar. Yksek frekansa

sahip ve yksek gerilimde bir akm verir. Frekansn ve gerilmenin ykselmesi

elektriin boalma kabiliyetini arttrr. Bylelikle balangta yaltkan olan gaz, katot

ve anot arasnda bir elektrik boalmas ile delinerek tututurulur ve devreye bal

olan esas jeneratr akm vermeye balar. Esas akm ile birlikte HF Jeneratr

genellikle devreden kar. Nadiren, Alminyum kaynanda Alminyum oksit

tabakasn delebilmek iin kaynak esnasnda srekli devrede kalr.

(L) Tka (ok) Bobini: Bobinlerin genel olarak iki grevi vardr. Bunlardan

birincisi, ani akm deimelerine kar koyarak, akm sabit tutmaya almaktr.

Bobinler, eer akm normal deerin zerine karsa enerjiyi depolayarak akm

azaltrken, akm normal deerin altndaysa depo ettikleri enerjiyi kullanarak akm

dengede tutarlar. Bylelikle akm nominal bir deerde sabit tutulur. kinci grevleri

ise, arkn ilk atelenmesi esnasnda akan yksek frekansl akmn jeneratr zerinden

akmasn nleyip, plazmatronun anodu ve katodu arasndan gemesini salar ve ark

tututurmaktr.

20

(C) Kondansatr Bataryas: zellikle kaynak ilemleri sabit akm ve gerilim ister.

Plazmatronlarda bulunan kondansatrlerin grevi ani gerilim deiimlerine kar,

gerilimi sabit tutmaktr. Gerilim nominal deerleri atnda enerji depolayarak

gerilimi kltmeye, nominal deerin altnda kaldnda ise depo ettikleri enerjiyi

devreye vererek gerilimi ykseltmeye yararlar.

(R) Omik Direnci: Ayarlanabilir bir direntir. Deeri bytldnde akmnda daha

byk ksm i paras zerinden giden yoldan gider. Zira elektrik akm direnci

kk olan yolu (ksa yolu) seer.

Genellikle plazmatronu oluturan ana ve yardmc elemanlar bunlardr. Ancak baz

zel durumlarda bu elemanlardan bazlar (G ve HF hari) bulunmayabilir.

ekil 7. Uzun mrl DC plazmatron (350 kW)

21

2.2.2. Plazmatron eitleri

2.2.2.1. Ark ekillerine Gre Plazmatronlar

i. Direk Arkl Plazmatronlar

Elektrik ark katotla i paras arasnda yanma prosesi gerekletiren, yani ark

akmnn tamam ya da byk bir ksm i paras zerinden akan plazmatronlara,

direk arkl plazmatronlar denir. Kesme ilemlerinde kullanlan plazmatronlarda,

tozalt kaynanda, kaln saclarn birbirlerine kaynaklanmasnda direk arkl

plazmatronlardan faydalanlr. Direk arkl plazmatronlar, dolayl arka sahip olan

plazmatronlardan 2,5 kat daha fazla enerji iletir. Bunun sebebi dolayl arkta anotta

ortaya kartlan enerji, anot soutma suyuyla kayba urarken, direk arkl

plazmatronlarda anodun ilenen para olmas sebebiyle, burada harcanan enerji i

parasnn ilemesinde kullanlr. Kesme ve kaln saclarn kayna gibi yksek enerji

gerektiren ilemlerde direk arkl plazmatronlarn kullanlmasnn sebebi budur.

ii. Dolayl Arkl Plazmatronlar

Eer elektrik ark anotla katot arasnda yanyorsa, yani akm devresini anot zerinden

tamamlayarak i parasna akmyorsa, bu plazmatron dolayl arkl plazmatron olarak

adlandrlr. nce saclarn kaynaklanmasnda, pskrtme ile yzey kaplama

proseslerinde ve sl ilemlerde dolayl arkl plazmatronlar kullanlr. Direk arkl

plazmatronlarda nce dolayl ark yaklr ki bunda R ayarl direncinin deeri byk ve

arkta akan akm kktr, daha sonra dolayl arkn uzantsnn i parasna ulatrd

iletken ortam sayesinde direk arka geilir. Bu haldeki dolayl arka pilot ark ad

verilir. Pilot ark, direk artk atelemeye yarad iin i esansnda direk arkn snmesi

halinde dolayl ark hemen ateleme yaparak direk ark stabilize eder.

22

ekil 8. Ark cinsine gre plazmatron prensip emalar

Direk arkl plazmatron: a) Ksa ark, b)Uzun ark

Dolayl arkl plazmatron: c) Ksa ark, d) Uzun ark

2.2.2.2. Elektrik Akm Cinsine Gre Plazmatronlar

i. Doru Akm ve Dk Frekansl Plazmatronlar

a. Doru akm fleci

b. Doru ve Alternatif akm fleci

c. fazl akm fleci

d. Doru ve alternatif akm kombineli plazma fleci

e. Doru ve fazl akm kombineli plazma fleci

23

ekil 9. Dk frekansl plazmatron prensip emalar

a) Doru akm fleci,

b) Doru veya alternatif akm fleci,

c,d) fazl akm fleci,

e) Doru ve alternatif akm kombineli plazma fleci,

f) Doru ve fazl akm kombineli plazma fleci

24

ii. Yksek Frekansl Plazmatronlar

a. ndktif Plazmatron

b. Transformatr Plazmatron

c. Kapasitif Plazmatron

d. Meale Boalmal Plazmatron

e. Mikrodalga Plazmatron

ekil 10. Yksek frekansl plazmatronlar

a) ndktif plazmatron

b) Transformatr plazmatron

c) Kapasitif plazmatron

d) Meale boalmal plazmatron

e) Mikrodalga plazmatron

25

2.2.2.3. Kullanlan Elektrotlara Gre Plazmatronlar

a) ubuk ve boru elektrotlu plazmatronlar

b) Ara diskli, ubuk ve boru elektrotlu plazmatronlar

c) Boru elektrotlu tek ynl plazmatronlar

d) Boru elektrotlu ift ynl plazmatronlar

e) ubuk ve farkl apl boru elektrotlu plazmatronlar

f) Biri farkl apl boru elektrotlu plazmatronlar

g) Koaksiyal ubuk ve boru elektrotlu plazmatronlar

h) Yldz formlu elektrot dzenekli plazmatronlar

i) Tandem ekilli elektrot dzenekli ve radyal plazma nl plazmatronlar

j) ubuk ve dner elektrotlu plazmatronlar

26

ekil 11. Elektrot trlerine gre plazmatronlar

a) ubuk ve boru elektrotlu

b) Ara diskli, ubuk ve boru elektrotlu

c) Boru elektrotlu tek ynl

d) Boru elektrotlu iki ynl

e) ubuk ve farkl apl boru elektrotlu

f) Biri farkl apl boru elektrotlu

g) Koaksiyal ubuk ve boru elektrotlu

h) Yldz formlu elektrot dzenekli

i) Tandem ekilli elektrot dzenekli ve radyal plazma nl

j) ubuk ve dner elektrotlu

27

2.2.2.4. alma ekillerine Gre Plazmatronlar

a) Aksiyal gaz beslemeli plazmatronlar

b) Tangensiyal gaz beslemeli plazmatronlar

c) Ntrod aralarndan gaz beslemeli ve gaz tabakas soutmal plazmatronlar

d) Gzenekli cidarlardan gaz beslemeli plazmatronlar

e) Dner gaz tabakal stabilizasyonlu plazmatronlar

f) ubuk elektrotu gazla korumal plazmatronlar

g) ubuk elektrotu ve memesi koruma gazl direk plazmatronlar

h) paras korunu gazl direk plazmatronlar

ekil 12. alma ekillerine gre plazmatronlar

a) Aksiyal gaz beslemeli

b) Tangensiyal gaz beslemeli

c) Ntrod aralarndan gaz beslemeli ve gaz tabakas soutmal

d) Gzenekli cidarlardan gaz beslemeli

e) Dner gaz tabakal stabilizasyonu f) ubuk elektrotu gazla korumal

g) ubuk elektrotu ve memesi koruma gazl direk

h) paras korunu gazl direk

28

2.2.3. Plazmatronlarn Tututurulmas

Plazmatronlarn tututurulmas genelde iki yntemle yaplr. Birinci yntem ksa

devre ile tututurma yntemidir. Bunda anot ile katot birbirine temas ettirilip,

tutuma meydana geldikten sonra anot-katot aras alr ve plazma ortaya kar.

kinci yntem ise yksek frekans ve yksek gerilimli tututurmadr. Bu yntemde ise

anot ile katot birbirine belirli bir mesafede iken yksek frekansl ve yksek gerilimli

elektrik atlamas sayesinde tutuma salanr.

2.2.4. Plazmatronun Konstrksiyonu

Plazmatron konstrksiyonu, katot, anot ve cidar eksenleri birbiriyle akacak ekil

yaplmas gerekir. Ayrca izolasyonlarn ve cidarn direk olarak plazma ile temasnn

nlenmesi gerekir. Plazmaya verilen gaz ve dier ek malzemeler plazma eksenine

gre simetrik bir ekilde verilmelidir.

Plazmatronlarn konstrksiyonunu tayin eden bir dier etken de yan arktr.

Yan Ark: Plazmatronlarda arkn belirli bir uzunluundan sonra, elektrik akmnn

direnci kk olan yolu tercih etmesi nedeniyle, elektrik akmnn bir ksm flecin

gvdesinden (cidar) akmaya balar ve yan ark denen ark meydana getirir.

Dolaysyla esas ark ksmen veya tamamen ortadan kalkm olur. Bu durum

plazmatronun boyunu snrlandrr. Yan arkn oluumu plazmann verili ekil ve

debisine, ark akmnn iddetine, cidarn apna ve cidarn soutma ekline baldr.

ekil-13de cidar iletken bir malzemeden yaplm bir flete yan ark ve tm arkn

edeer elektrik devresi verilmitir.

29

ekil 13. a) Yan arkl uzun plazmatron, b) Edeer elektrik devresi

Katodik gerilim dm

: Plazma blgesi gerilim dm

Anodik gerilim dm

Yan ark plazma blgesi gerilim dmleri

Ar-Cu aras katodik gerilim dm

Cu-Ar aras anodik gerilim dm

: Anot-Katot aras uzaklk

Yan arkn olumas iin esas arkn plazma blgesi gerilim dmnn ( , yan ark

yolundaki toplam gerilim dmnden byk olmas gerekir. Yani edeer devreye

gre;

olmaldr.

Plazmatronun boyunu bytebilmek iin, cidar ya yaltkan bir malzemeden (Kuvarz

cam gibi) veya cidar, birbirine gre elektrik olarak yaltlm ekilde, su soutmal

halkalarn arka arkaya gaz szdrmaz bir ekilde, su soutmal halkalarn arka arkaya

gaz szdrmaz bir ekilde dizilmesi ile oluur. (Kaskad fle)

30

Yan ark, cidar zerinden olutuu gibi direk arkla alan plazmatronlarda anot

memesinde de oluur ve anot memesinin boyunu snrlar, dolays ile eklini tayin

eder. Zira buradaki yan ark oluumu da akm iddetine, memenin uzunluk ve apna,

i parasnn anoda uzaklna baldr. ekil ekil-14de anot memesinde oluan yan

ark prensip olarak grlmektedir. Buna gre yan ark oluma art;

olur.

ekil 14. Bir direk arkla anot memesi zerinden oluan yan arkn prensip emas

31

3. SONU VE NERLER

Hazrlam olduum bitirme projesinde amacm, ncelikle maddenin 4. hali olan

plazmay tanmlamak, zelliklerini belirlemek ve gnmzde laboratuarlardaki ve

sanayideki kullanm alanlarn aklamaktr. Ayrca sanayide birok alanda kullanlan

plazmay retmek iin kullanlan plazmatronun yapsn inceleyerek, farkl proseslere

gre kullanlan eitlerini gstermek ve alma mekanizmasn aklamak iin

aratrmalar yaptm.

Gnmzde, teknolojide ileri olan lkeler plazmadan sanayide ok geni bir alanda

yararlanmaktadrlar. Ancak lkemizde plazmaya yeterli nem verilmediinden

kaynakl kullanm alanlar olduka snrldr.

Plazmatronlar sayesinde, iyonize edilen gazn kullanmyla gnmzde hemen

hemen her alanda plazmann getirdii avantajlar kullanmaya imkn salanmtr.

Plazma kendine has zellikleri olan, maddenin yksek enerji konumlu halidir.

Plazmann bu enerji konumundan faydalanlarak ok daha ucuz ve verimli zmler

retilebilmekte, dier klasik yntemlerle mmkn olmayan ilemler

yaplabilmektedir. Bu sebeple plazmatronlar kullanld alanlarn hepsinde gerek

ekonomik gerek teknolojik olarak rakipsizdir.

32

KAYNAKLAR

Akan T., Maddenin 4. Hali ve zellikleri, Osmangazi niversitesi, Fen-Edebiyat

Fakltesi, Fizik Blm, Eskiehir.

Karadeniz, S., Plazma Teknii , Makine Mhendisleri Odas, No: 137, Ankara,

1990

Messerle, V.E., Long Life DC Arc Plasmatron with Nanocarbon Coating of

Electrodes. NTO Plasmotekhnika Ltd., Almaty, Kazakhstan

Piskunkov A.F., Riaby V.A., SVOTINA V.V., High-Durability DC Arc

Plasmatron State Research Institute of Applied Mechanics and Electrodynamics,

Moscow, Russia