Plasma - tipuri, proprietăți și parametri

Plasma este a patra stare de agregare a materiei - un gaz puternic ionizat în care electronii, precum și ionii încărcați pozitiv și negativ, echilibrează aproape complet sarcinile electrice ale celuilalt. Ca rezultat, dacă încercăm să calculăm încărcătura totală în orice volum mic de plasmă, aceasta va fi zero. Această caracteristică distinge plasma de fasciculele de electroni și ioni. Această proprietate a plasmei se numește cvasi-neutralitate.

În consecință (pe baza definiției), plasma este caracterizată, în funcție de raportul dintre numărul de particule încărcate din volumul său și numărul total al particulelor sale constitutive, prin gradul de ionizare:

• plasmă slab ionizată (parte dintr-un procent din volumul particulelor ionizate);

• plasmă moderat ionizată (câteva procente din volumul particulelor este ionizată);

• puternic ionizat (aproape 100% din particulele din volumul de gaz sunt ionizate).

Tipuri de plasme - temperatură ridicată și descărcare de gaze

Plasma poate fi la temperatură ridicată și descărcare de gaz. Primul are loc numai în condiții de temperatură ridicată, al doilea - în timpul diluției într-un gaz.După cum știți, o substanță poate fi într-una din cele patru stări ale materiei: prima este solidă, a doua este lichidă și a treia este gazoasă. Și deoarece un gaz foarte încălzit trece în următoarea stare - o stare a plasmei, prin urmare, plasma este considerată a patra stare de agregare a materiei.

Particulele de gaz în mișcare din volumul plasmei au incarcare electricaprin urmare, toate condițiile sunt acolo pentru ca plasma să conducă un curent electric. În condiții normale, plasma staționară protejează un câmp electric extern constant, deoarece în acest caz are loc o separare spațială a sarcinilor electrice în interiorul volumului său. Dar, deoarece particulele încărcate ale plasmei se află în condiții de o anumită temperatură, diferită de zero absolut, există o distanță minimă atunci când cvasi-neutralitatea este încălcată la o scară mai mică decât aceasta.

Într-un câmp electric accelerat, particulele încărcate ale plasmei cu descărcare în gaze au energii cinetice medii diferite. Se dovedește că temperatura gazului de electroni diferă de temperatura gazului ionic din interiorul plasmei; prin urmare, plasma cu descărcare în gaz nu este în echilibru și se numește plasmă neechilibrată sau neizotermă.

Pe măsură ce numărul de particule încărcate dintr-o plasmă cu descărcare în gaz scade în cursul recombinării lor, noi particule încărcate se formează imediat în procesul de ionizare prin impact de către electroni accelerați de un câmp electric. Dar de îndată ce câmpul electric aplicat este oprit, plasma cu descărcare în gaz dispare imediat.

O plasmă de temperatură înaltă este o plasmă izotermă sau de echilibru. Într-o astfel de plasmă, reducerea numărului de particule încărcate datorită recombinării lor este suplimentată datorită ionizării termice.Acest lucru se întâmplă la o anumită temperatură. Energia cinetică medie a particulelor care alcătuiesc plasma este egală aici. Stelele și Soarele sunt formate din plasmă la temperatură ridicată (la temperaturi de zeci de milioane de grade).

Pentru ca o plasmă să înceapă să existe, este necesară o anumită densitate minimă de particule încărcate în volumul ei. Fizica plasmei determină acest număr din inegalitatea L >> D. Mărimea liniară L a particulelor încărcate este mult mai mare decât raza de screening Debye D, care este distanța la care are loc screening-ul câmpului Coulomb al fiecărei sarcini de plasmă.

Proprietățile plasmei

Vorbind despre proprietățile definitorii ale plasmei, trebuie menționat:

• grad ridicat de ionizare a gazului (maxim — ionizare completă);

• sarcina totală a plasmei zero;

• conductivitate electrică ridicată;

• strălucire;

• interacțiune puternică cu câmpurile electrice și magnetice;

• oscilații de înaltă frecvență (aproximativ 100 MHz) ale electronilor în interiorul plasmei, ducând la vibrații ale întregului volum al plasmei;

• interacțiunea colectivă a unui număr mare de particule încărcate (și nu în perechi, ca într-un gaz obișnuit).

Cunoașterea caracteristicilor proprietăților fizice ale plasmei le permite oamenilor de știință nu numai să obțină informații despre spațiul interstelar (doar umplut în principal cu plasmă), dar oferă și motive să se bazeze pe perspectivele instalațiilor de fuziune termonucleară controlată (bazate pe plasmă la temperatură înaltă a plasmei). deuteriu si tritiu).

Plasma la temperatură joasă (sub 100.000 K) este deja folosită astăzi în motoarele de rachete, laserele cu gaz, convertoarele termoionice și generatoarele MHD care convertesc energia termică în energie electrică.În plasmatrons, plasma la temperatură joasă se obține pentru sudarea metalelor și pentru industria chimică, unde halogenurile de gaz inert nu pot fi obținute prin alte metode.