Plasma — tüübid, omadused ja parameetrid

Plasma on aine neljas agregatsiooni olek – tugevalt ioniseeritud gaas, milles elektronid, aga ka positiivselt ja negatiivselt laetud ioonid, peaaegu täielikult tasakaalustavad üksteise elektrilaenguid. Selle tulemusel, kui proovime arvutada kogulaengu mis tahes väikeses plasmamahus, on see null. See omadus eristab plasmat elektron- ja ioonkiirtest. Seda plasma omadust nimetatakse kvaasineutraalsuseks.

Vastavalt sellele (määratlusele tuginedes) iseloomustatakse plasmat, sõltuvalt selle mahus olevate laetud osakeste arvu ja selle koostises olevate osakeste koguarvu suhtest, ionisatsiooniastmega:

• nõrgalt ioniseeritud plasma (osa protsentides ioniseeritud osakeste mahust);

• mõõdukalt ioniseeritud plasma (paar protsenti osakeste mahust on ioniseeritud);

• tugevalt ioniseeritud (peaaegu 100% gaasimahus olevatest osakestest on ioniseeritud).

Plasma tüübid - kõrge temperatuur ja gaasilahendus

Plasma võib olla kõrge temperatuuriga ja gaasilahendus. Esimene toimub ainult kõrge temperatuuri tingimustes, teine ​​- gaasiks lahjendamisel.Nagu teate, võib aine olla ühes neljast aine olekust: esimene on tahke, teine ​​on vedel ja kolmas on gaasiline. Ja kuna kõrgelt kuumutatud gaas läheb üle järgmisse olekusse - plasma olekusse, peetakse seda ainet neljandaks aine agregatsiooni olekuks.

Plasma mahus liikuvatel gaasiosakestel on elektrilaengseetõttu on plasma elektrivoolu juhtimiseks kõik tingimused olemas. Normaalsetes tingimustes varjab statsionaarne plasma konstantse välise elektrivälja, kuna sel juhul toimub elektrilaengute ruumiline eraldumine selle ruumala sees. Kuid kuna plasma laetud osakesed on teatud absoluutsest nullist erineva temperatuuri tingimustes, on kvaasineutraalsuse rikkumisel sellest väiksemal skaalal minimaalne vahemaa.

Kiirenevas elektriväljas on gaaslahendusplasma laetud osakestel erinev keskmine kineetiline energia. Selgub, et elektrongaasi temperatuur erineb plasma sees oleva ioongaasi temperatuurist; seetõttu ei ole gaaslahendusplasma tasakaalus ja seda nimetatakse mittetasakaaluliseks või mitteisotermiliseks plasmaks.

Kuna gaaslahendusplasma laetud osakeste arv nende rekombinatsiooni käigus väheneb, tekivad elektrivälja poolt kiirendatud elektronide toimel löökionisatsiooni käigus koheselt uued laetud osakesed. Kuid niipea, kui rakendatud elektriväli välja lülitatakse, kaob gaaslahendusplasma kohe.

Kõrge temperatuuriga plasma on isotermiline või tasakaaluline plasma. Sellises plasmas lisandub nende rekombinatsioonist tingitud laetud osakeste arvu vähenemine termilise ionisatsiooni tõttu.See juhtub teatud temperatuuril. Plasma moodustavate osakeste keskmine kineetiline energia on siin võrdne. Tähed ja Päike on valmistatud kõrge temperatuuriga plasmast (temperatuuril kümneid miljoneid kraadi).

Plasma eksisteerimiseks on vaja teatud minimaalset laetud osakeste tihedust selle mahus. Plasma füüsika määrab selle arvu võrratusest L >> D. Laetud osakeste lineaarne suurus L on palju suurem kui Debye'i sõelumisraadius D, mis on vahemaa, mille kaugusel iga plasmalaengu Coulombi välja sõelumine toimub.

Plasma omadused

Plasma määravatest omadustest rääkides tuleks mainida:

• kõrge gaasiionisatsiooni aste (maksimaalne - täielik ionisatsioon);

• null kogu plasmalaeng;

• kõrge elektrijuhtivus;

• sära;

• tugev koostoime elektri- ja magnetväljadega;

• plasma sees olevate elektronide kõrgsageduslikud (umbes 100 MHz) võnkumised, mis põhjustavad kogu plasmamahu vibratsiooni;

• tohutu hulga laetud osakeste kollektiivne interaktsioon (ja mitte paarikaupa, nagu tavalises gaasis).

Plasma füüsikaliste omaduste omaduste tundmine võimaldab teadlastel mitte ainult saada teavet tähtedevahelise ruumi kohta (just peamiselt plasmaga täidetud), vaid annab ka põhjust tugineda juhitavate termotuumasünteesiseadmete väljavaadetele (põhineb kõrgtemperatuursel plasmal). deuteerium ja triitium).

Madala temperatuuriga plasmat (alla 100 000 K) kasutatakse juba täna rakettmootorites, gaasilaserites, termomuundurites ja MHD generaatorites, mis muundavad soojusenergiat elektrienergiaks.Plasmatronides saadakse madala temperatuuriga plasmat metallide keevitamiseks ja keemiatööstuse jaoks, kus inertgaasi halogeniide ei ole võimalik saada muude meetoditega.