Plazma — veidi, īpašības un parametri

Plazma ir ceturtais vielas agregācijas stāvoklis — ļoti jonizēta gāze, kurā elektroni, kā arī pozitīvi un negatīvi lādēti joni gandrīz pilnībā līdzsvaro viens otra elektriskos lādiņus. Rezultātā, ja mēģināsim aprēķināt kopējo lādiņu jebkurā nelielā plazmas tilpumā, tā būs nulle. Šis raksturlielums atšķir plazmu no elektronu un jonu stariem. Šo plazmas īpašību sauc par kvazineiralitāti.

Attiecīgi (pamatojoties uz definīciju) plazmu atkarībā no lādēto daļiņu skaita attiecības tās tilpumā un tajā esošo daļiņu kopējo skaitu raksturo ar jonizācijas pakāpi:

• vāji jonizēta plazma (procentuālā daļa no jonizēto daļiņu tilpuma);

• vidēji jonizēta plazma (daži procenti no daļiņu tilpuma ir jonizēti);

• ļoti jonizēts (gandrīz 100% daļiņu gāzes tilpumā ir jonizētas).

Plazmas veidi - augsta temperatūra un gāzizlāde

Plazma var būt augsta temperatūra un gāzes izlāde. Pirmais notiek tikai augstas temperatūras apstākļos, otrais - atšķaidīšanas laikā gāzē.Kā zināms, viela var būt vienā no četriem matērijas stāvokļiem: pirmais ir ciets, otrais ir šķidrs un trešais ir gāzveida. Un tā kā ļoti uzkarsēta gāze pāriet nākamajā stāvoklī - plazmas stāvoklī, tad tieši plazma tiek uzskatīta par ceturto matērijas agregācijas stāvokli.

Kustīgās gāzes daļiņas plazmas tilpumā ir elektriskais lādiņštāpēc ir visi apstākļi, lai plazma vadītu elektrisko strāvu. Normālos apstākļos stacionārā plazma aizsargā pastāvīgu ārējo elektrisko lauku, jo šajā gadījumā tās tilpumā notiek elektrisko lādiņu telpiska atdalīšana. Bet, tā kā plazmas lādētās daļiņas atrodas noteiktas temperatūras apstākļos, kas atšķiras no absolūtās nulles, pastāv minimālais attālums, kad kvazineitritāte tiek pārkāpta mērogā, kas ir mazāks par to.

Paātrinošā elektriskajā laukā gāzizlādes plazmas lādētajām daļiņām ir atšķirīga vidējā kinētiskā enerģija. Izrādās, ka elektronu gāzes temperatūra atšķiras no jonu gāzes temperatūras plazmas iekšpusē; tāpēc gāzizlādes plazma neatrodas līdzsvarā un tiek saukta par nelīdzsvarotu vai neizotermisku plazmu.

Tā kā gāzizlādes plazmas lādēto daļiņu skaits to rekombinācijas gaitā samazinās, elektriskā lauka paātrināto elektronu triecienjonizācijas procesā nekavējoties veidojas jaunas lādētas daļiņas. Bet, tiklīdz pielietotais elektriskais lauks tiek izslēgts, gāzizlādes plazma nekavējoties pazūd.

Augstas temperatūras plazma ir izotermiska vai līdzsvara plazma. Šādā plazmā uzlādēto daļiņu skaita samazināšanās to rekombinācijas dēļ tiek papildināta termiskās jonizācijas dēļ.Tas notiek noteiktā temperatūrā. Plazmu veidojošo daļiņu vidējā kinētiskā enerģija šeit ir vienāda. Zvaigznes un Saule ir izgatavotas no augstas temperatūras plazmas (temperatūras desmitiem miljonu grādu).

Lai plazma sāktu pastāvēt, ir nepieciešams noteikts minimālais uzlādētu daļiņu blīvums tās tilpumā. Plazmas fizika nosaka šo skaitli no nevienādības L >> D. Lādēto daļiņu lineārais izmērs L ir daudz lielāks par Debija skrīninga rādiusu D, kas ir attālums, kurā notiek katras plazmas lādiņa Kulona lauka skrīnings.

Plazmas īpašības

Runājot par plazmas noteicošajām īpašībām, jāpiemin:

• augsta gāzes jonizācijas pakāpe (maksimums - pilna jonizācija);

• nulles kopējais plazmas lādiņš;

• augsta elektriskā vadītspēja;

• spīdēt;

• spēcīga mijiedarbība ar elektriskajiem un magnētiskajiem laukiem;

• augstfrekvences (apmēram 100 MHz) elektronu svārstības plazmas iekšpusē, kas izraisa visa plazmas tilpuma vibrācijas;

• milzīga skaita lādētu daļiņu kolektīva mijiedarbība (un nevis pa pāriem, kā parastajā gāzē).

Zināšanas par plazmas fizikālo īpašību īpašībām ļauj zinātniekiem ne tikai iegūt informāciju par starpzvaigžņu telpu (tikai piepildīta galvenokārt ar plazmu), bet arī dod pamatu paļauties uz kontrolētu kodolsintēzes iekārtu izredzēm (pamatojoties uz augstas temperatūras plazmu). deitērijs un tritijs).

Zemas temperatūras plazma (zem 100 000 K) jau šodien tiek izmantota raķešu dzinējos, gāzes lāzeros, termiskos pārveidotājos un MHD ģeneratoros, kas pārvērš siltumenerģiju elektroenerģijā.Plazmatronos zemas temperatūras plazmu iegūst metālu metināšanai un ķīmiskajai rūpniecībai, kur inerto gāzu halogenīdus nevar iegūt ar citām metodēm.