На рис. 1 представлен внешний вид апокампа в искровом разряде на воздухе при нормальных условиях в промежутке d = 1 см при подаче на него высоковольтных импульсов амплитудой ~ 10 кВ на частоте f = 50 кГц.

Цель настоящей работы – получить первые данные о влиянии образующейся плазменной струи на микроорганизмы. Для исследования были использованы штаммы Staphylococcus aureus (209Р) и Escherichia coli (501). Взвесь суточных культур в концентрации 10⁶ КОЕ/мл перед началом эксперимента засевали на чашки Петри с мясо-пептонным агаром.

Рисунок 1. Внешний вид апокампа: внизу два острийных электрода, между которыми зажигается плазменный канал. На месте изгиба канала образуется плазменный выброс – апокамп. Регистрация фотокамерой Сanon PowerShot SX60 HS в режиме серийной покадровой съёмки с частотой 6.4 кадра/c.

Эксперимент состоял из следующих этапов: 1) апокамп формировали и стабилизировали в пространстве  вертикально, плазменный канал экранировали (чтобы отсечь его влияние), а апокамп выпускали через отверстие диаметром ~ 2 мм; 2) на расстоянии d = 2,5 см от основания плазменной струи размещали перевёрнутую чашку Петри с посевом микроорганизма; 3) воздействовали апокампом на микроорганизмы, а длительность воздействия изменяли для разных опытов (от 40 с до 2 мин).

Температура струи в месте контакта с чашкой Петри не превышала 40°С, чтобы исключить термический фактор инактивации.

На рисунке 2 представлены результаты воздействия апокампа на микроорганизмы. Видно, что при одинаковых экспозициях инактивация E. сoli происходит эффективнее, чем S. аureus. Наибольшую чувствительность к действию апокампа проявляла E. сoli при экспозиции 2 мин. Отчётливо видно полное подавление роста культуры в месте действия апокампа. Также следует отметить, что с увеличением длительности воздействия стерильная площадь тоже увеличивается. Во время работы установки ощущался отчётливый запах, характерный для окислов азота (N_xO_y).

Рисунок 2. Внешний вид микроорганизма после воздействия апокампическим разрядом: А) S. аureus; Б) и В) E. сoli.

Таким образом, в ходе исследования было выявлено, что открытое явление – апокампический разряд оказывает инактивирующее воздействие на микроорганизмы (S. аureus и E. сoli). Показано, что наибольшая инактивация достигается в случае воздействия на культуру при 90 с и 2 мин. Наибольшую чувствительность к действию апокампа проявляет микроорганизм E. сoli. Результаты полученных и будущих исследований могут стать обоснованием для использования апокампа с целью стерилизации и дезинфекции.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект №14-29-00052).

Коррозионные поражения ухудшают внешний вид, эксплуатационные характеристики и могут являться причиной разрушения стальных конструкций и сооружений. Особое значение имеют коррозионные поражения, возникающие на окрашенных стальных изделиях, так как в этом случае коррозия основного металла продолжается под лакокрасочным покрытием и может привести к существенному нарушению механических свойств металла, прежде чем она будет обнаружена.

По причине позднего обнаружения коррозии стали после отделении окрасочного слоя обнаруживаются существенные коррозионные поражения с большим количеством продуктов коррозии (ржавчины). В этом случае восстановление лакокрасочного покрытия (ЛКП) на стальном изделии сопряжено не только с удалением старого лакокрасочного покрытия, но и с удалением продуктов коррозии абразивной (сухой или влажной) струйной, газопламенной, водяной струйной очисткой или очисткой механизированным инструментом. На крупногабаритных изделиях такая очистка является весьма трудоемкой операцией, сопровождающейся с распылением большого количества ржавчины. При этом увеличение шероховатости поверхности приводит к уменьшению коррозионной стойкости изделия.

Одни из перспективных способов очистки поверхности материала от ржавчины, а так же подготовки ее к дальнейшим видам обработки (покраске, сварки) или к эксплуатации с повышенным ресурсам является лазерно – плазменная обработка.

Основные свойства лазерного излучения применительно к очистке и обработки поверхности.

Многогранность лазерного излучения проявляется в самых различных областях  обработки материалов – разносторонность, гибкость, локальности обработки в пространстве и во времени, производительности. прецизионности. селективности, корпоративности [2, 3].

Универсальность лазерного излучения проявляется в применении его в различных областях для производства различных технологических процессов, связанных с резкой, сваркой, термообработкой, легированием, прошивкой отверстий, токарной, фрезерной обработки и т. д.

Локальность обработки заключается в сосредоточении энергии лазерного излучения большой мощности в объеме от нескольких десятков до нескольких сот микрон и во времени несколько десятков пикосекунд. Данный показатель позволяет обрабатывать лишь заданные участки детали с минимальным термическим действием на другие области обрабатываемого материала.

Прецизионность перемещения пучка лазера в пространстве обеспечивается автоматизацией системам управления и механизмами перемещения, обеспечивая точность позиционирования от микрона до сотен микрон. Такие высокие показатели точности позволяют изготовить детали с минимальными отклонениями в размерах.

Производительность лазерной обработки обеспечивается ее высокой скоростью – скорость резки, сварки, термообработки. Данные показатели позволяют судить о лазерном пучке, как о высокопроизводительном обрабатывающем инструменте.

Лазерный пучок не может иметь повреждений, в отличие, например, от различных сверел или резцов, применяющихся при механической обработке. Длительное применение дает пучку лазера экономическую выгоду, и дает высокую воспроизводимость технологических процессов.

Преимуществом лазерного пучка  является также то. что на него не влияют большие разницы температур, электромагнитные поля, что делает пучок лазера устойчивым ко многим внешним физическим воздействиям.

Общее описание процесса

Физические процессы, происходящие при лазерной очистке поверхности, отличаются большим разнообразием и зависят от плотности мощности лазерного излучения на поверхности.

Рисунок 1. Принцип действия лазерной очистки

Способ  лазерной очистки лежит в процессе нагрева, испарения и абляции материала с образованием плазмы, а также быстрого теплового расширения и возникновения ударных волн. Сияние плазмы и звуковой сигнал в воздухе могут быть использованы для контроля режимов и степени очистки.

Основные механизмы лазерной очистки подразделяются на испарительные, ударно – механические, сухие и влажные. Каждый из этих механизмов имеет свое применение в различных областях: от промышленности (очистка металлопроката, труб, крупногабаритных сварных конструкций, лопаток турбин, поверхности резьбы и т.д.) до очистки памятников культурно – исторического наследия [5].

Заключение

В заключении сформулируем еще раз основные преимущества лазерной очистки поверхности:

• отсутствие прямого физического контакта с очищаемой поверхностью;
• возможность очистки необходимой поверхности на дальних дистанциях (до полутора метров).
• точный контроль очищения заданной поверхности;
• очистка  поверхности необходимого материала сложной геометрической формы в труднодоступных местах;
• низкие временные затраты процесса;
• не оказывает сильного термического действия на материал;
• отсутствие износа лазерного пучка как технологического инструмента.

Основой решения этой задачи являются исследования электрических разрядов с испаряемым в вакууме электродом. Все известные разряды с испаряемым в вакууме электродом делятся на самостоятельные и несамостоятельные. В зависимости от вида электрического разряда с испаряемым в вакууме электродом, существуют следующие разновидности вакуумно-плазменной технологии обработки поверхностей деталей машин и механизмов: катодное, магнетронное, высокочастотное и в несамостоятельном газовом разряде. Развитие вакуумно-плазменной технологии обработки поверхностей деталей машин механизмов, микроэлектроники, электрометаллургии, плазмохимии, и других новейших направлений научно-технического прогресса способствовало созданию устройств для получения плазмы твердых тел. Примером промышленного применения вакуумно-плазменных технологий для повышения эксплутационных свойств деталей машин и механизмов, являются:

1. Высокопроизводительная опытно-промышленная вакуумно – плазменная установка для осаждения износостойких алмазоподобных пленок (АПП).

2. Роботизированный комплекс (РТК) предназначен для нанесения покрытий (теплозащитных, износостойких, высокотемпературных, жаростойких, эрозионностойких). Применение вакуумно-плазменных технологий обработки поверхностей деталей машин и механизмов позволило использовать для специальных целей в машиностроении и химической промышленности обычные конструкционные стали и чугуны.

Вакуумно – плазменные технологии обработки деталей машин и механизмов способствует:

1. повышению износостойкости изделий машиностроения и увеличение сроков службы деталей механизмов, работающих в сложных условиях (сопла реактивных двигателей, лопатки турбин, кристаллизаторы, коленчатые валы);

2. уменьшению в несколько раз коррозионных потерь;

3. созданию новых композиционных материалов;

4. получению веществ, не существующих в окружающей природе;

5. разработке новых элементов памяти вычислительных машин, СВЧ-устройств, полупроводниковых приборов интегральных схем.

Изучение физических свойств плазмы позволяет, с одной стороны, решать многие проблемы астрофизики, поскольку в космическом пространстве плаза – наиболее распространенное состояние вещества, а с другой – открывает принципиальные возможности осуществления управляемого термоядерного синтеза.