The present review, written at the occasion of the 2014 EPS Innovation award, will give a short overview of the research and development of industrial plasmas within the last 30 years and will also provide a first glimpse into future developments of this important topic of plasma physics and plasma chemistry. In the present contribution, some of the industrial plasmas studied at the CRPP/EPFL at Lausanne are highlighted and their influence on modern plasma physics and also discharge physics is discussed. One of the most important problems is the treatment of large surfaces, such as that used in solar cells, but also in more daily applications, such as the packaging industry. In this contribution, the advantages and disadvantages of some of the most prominent plasmas such as capacitively- and inductively-coupled plasmas are discussed. Electromagnetic problems due to the related radio frequency and its consequences on the plasma reactor performance, and also dust formation due to chemical reactions in plasma, are highlighted. Arcing and parasitic discharges occurring in plasma reactors can lead to plasma reactor damages. Some specific problems, such as the gas supply of a large area reactor, are discussed in more detail. Other topics of interest have been dc discharges such as those used in plasma spraying where thermal plasmas are applied for advanced material processing. Modern plasma diagnostics make it possible to investigate sparks in electrical discharge machining, which surprisingly show properties of weakly-coupled plasmas. Nanosecond dielectric barrier discharge plasmas have been applied to more speculative topics such as applications in aerodynamics and will surely be important in the future for ignition and combustion.Most of the commonly-used plasma sources have been shown to be limited in their performance. Therefore new, more effective plasma sources are urgently required. With the recent development of novel resonant network antennas for new advanced large area or large volume plasma sources, an important step towards high performance plasmas and new fast processes is made.
本総説は、2014年EPSイノベーション賞の受賞に際して執筆されたものであり、過去30年間における産業用プラズマの研究開発の概要を示し、プラズマ物理学およびプラズマ化学のこの重要課題における今後の発展への最初の展望も提供するものである。本稿では、ローザンヌのCRPP/EPFLで研究された産業用プラズマの一部を取り上げ、それらが現代のプラズマ物理学および放電物理学に与えた影響について論じる。最も重要な課題の一つは、太陽電池に使用されるような大面積表面の処理であり、また包装産業などのより日常的な応用も対象となる。本稿では、容量結合プラズマや誘導結合プラズマなどの最も顕著なプラズマの利点と欠点について論じる。関連する高周波による電磁気的問題と、それがプラズマリアクター性能に及ぼす影響、ならびにプラズマ中の化学反応によるダスト生成についても強調する。プラズマリアクターで発生するアーキングおよび寄生放電は、プラズマリアクターの損傷につながる可能性がある。大面積リアクターのガス供給などの特定の問題についても、より詳細に論じる。その他の関心対象としては、高度な材料処理のために熱プラズマが適用されるプラズマ溶射で使用されるような直流放電がある。現代のプラズマ診断法により、放電加工におけるスパークを調査することが可能となり、驚くべきことにそれらが弱結合プラズマの特性を示すことが明らかになった。ナノ秒誘電体バリア放電は、空気力学における応用などのより投機的なテーマに適用されており、将来、点火および燃焼において重要になることは間違いない。一般的に使用されるプラズマ源の多くは、その性能に限界があることが示されている。したがって、より効果的な新しいプラズマ源が緊急に必要とされている。新規の共振ネットワークアンテナによる先進的な大面積・大容量プラズマ源の最近の開発により、高性能プラズマと新しい高速プロセスへの重要な一歩が踏み出された。