Plazma – tipai, savybės ir parametrai

Plazma yra ketvirtoji medžiagos agregacijos būsena - labai jonizuotos dujos, kuriose elektronai, taip pat teigiamai ir neigiamai įkrauti jonai, beveik visiškai subalansuoja vienas kito elektros krūvius. Dėl to, jei bandysime apskaičiuoti bendrą krūvį bet kuriame mažame plazmos tūryje, jis bus lygus nuliui. Ši savybė skiria plazmą nuo elektronų ir jonų pluoštų. Ši plazmos savybė vadinama kvazineutralumu.

Atitinkamai (remiantis apibrėžimu) plazma apibūdinama jonizacijos laipsniu, priklausomai nuo įkrautų dalelių skaičiaus jos tūryje ir bendro ją sudarančių dalelių skaičiaus:

• silpnai jonizuota plazma (jonizuotų dalelių tūrio procentinė dalis);

• vidutiniškai jonizuota plazma (jonizuojasi keli procentai dalelių tūrio);

• labai jonizuotas (beveik 100 % dujų tūrio dalelių yra jonizuotos).

Plazmos tipai - aukšta temperatūra ir dujų išlydis

Plazma gali būti aukštos temperatūros ir dujų išlydžio. Pirmasis atsiranda tik esant aukštai temperatūrai, antrasis - skiedžiant į dujas.Kaip žinote, medžiaga gali būti vienoje iš keturių materijos būsenų: pirmoji yra kieta, antroji yra skysta, o trečioji yra dujinė. Ir kadangi labai įkaitintos dujos pereina į kitą būseną – plazmos būseną, todėl būtent plazma laikoma ketvirtąja materijos agregacijos būsena.

Plazmos tūryje judančios dujų dalelės turi elektros krūvistodėl yra visos sąlygos plazmai pravesti elektros srovę. Normaliomis sąlygomis stacionari plazma apsaugo nuolatinį išorinį elektrinį lauką, nes tokiu atveju jos tūryje atsiranda erdvinis elektros krūvių atsiskyrimas. Bet kadangi įkrautos plazmos dalelės yra tam tikros, nuo absoliutaus nulio skirtingos temperatūros sąlygomis, yra minimalus atstumas, kai kvazineutralumas pažeidžiamas mažesniu už jį masteliu.

Greitėjančiame elektriniame lauke įkrautos dujų išlydžio plazmos dalelės turi skirtingą vidutinę kinetinę energiją. Pasirodo, elektronų dujų temperatūra skiriasi nuo jonų dujų temperatūros plazmos viduje; todėl dujų išlydžio plazma nėra pusiausvyros ir vadinama nepusiausvyra arba neizotermine plazma.

Dujų išlydžio plazmoje įkrautų dalelių skaičiui mažėjant jų rekombinacijos metu, elektrinio lauko pagreitintų elektronų smūginės jonizacijos procese iš karto susidaro naujos įkrautos dalelės. Tačiau kai tik taikomas elektrinis laukas išjungiamas, dujų išlydžio plazma iškart išnyksta.

Aukštos temperatūros plazma yra izoterminė arba pusiausvyros plazma. Tokioje plazmoje įkrautų dalelių skaičiaus sumažėjimas dėl jų rekombinacijos yra papildomas dėl terminės jonizacijos.Tai atsitinka esant tam tikrai temperatūrai. Vidutinė plazmą sudarančių dalelių kinetinė energija čia yra lygi. Žvaigždės ir Saulė yra sudarytos iš aukštos temperatūros plazmos (dešimčių milijonų laipsnių temperatūroje).

Kad plazma pradėtų egzistuoti, reikalingas tam tikras minimalus įkrautų dalelių tankis jos tūryje. Plazmos fizika nustato šį skaičių pagal nelygybę L >> D. Įkrautų dalelių tiesinis dydis L yra daug didesnis nei Debye atrankos spindulys D, kuris yra atstumas, kuriuo vyksta kiekvieno plazmos krūvio Kulono lauko atranka.

Plazmos savybės

Kalbant apie esmines plazmos savybes, reikėtų paminėti:

• didelis dujų jonizacijos laipsnis (maksimalus - pilna jonizacija);

• nulinis viso plazmos krūvis;

• didelis elektros laidumas;

• šviesti;

• stipri sąveika su elektriniais ir magnetiniais laukais;

• aukšto dažnio (apie 100 MHz) elektronų svyravimai plazmos viduje, sukeliantys viso plazmos tūrio virpesius;

• kolektyvinė daugybės įkrautų dalelių sąveika (o ne poromis, kaip įprastose dujose).

Žinios apie fizinių plazmos savybių ypatybes leidžia mokslininkams ne tik gauti informacijos apie tarpžvaigždinę erdvę (tiesiog užpildytą daugiausia plazma), bet ir leidžia pasikliauti valdomų termobranduolinės sintezės įrenginių (pagrįstų aukštos temperatūros plazmos) perspektyvomis. deuteris ir tritis).

Žemos temperatūros plazma (žemesnė nei 100 000 K) jau šiandien naudojama raketų varikliuose, dujų lazeriuose, termokonverteriuose ir MHD generatoriuose, kurie šiluminę energiją paverčia elektros energija.Plazmatronuose žemos temperatūros plazma gaunama metalų suvirinimui ir chemijos pramonei, kur inertinių dujų halogenidų negalima gauti kitais būdais.