Plasma - typer, egenskaper og parametere

Plasma er den fjerde aggregeringstilstanden av materie - en sterkt ionisert gass der elektroner, så vel som positivt og negativt ladede ioner, nesten fullstendig balanserer hverandres elektriske ladninger. Som et resultat, hvis vi prøver å beregne den totale ladningen i et hvilket som helst lite volum av plasma, vil det være null. Denne egenskapen skiller plasma fra elektron- og ionestråler. Denne egenskapen til plasma kalles kvasi-nøytralitet.

Følgelig (basert på definisjonen) karakteriseres plasmaet, avhengig av forholdet mellom antall ladede partikler i volumet og det totale antallet av dets bestanddeler, av graden av ionisering:

• svakt ionisert plasma (del av en prosentandel av volumet av ioniserte partikler);

• moderat ionisert plasma (noen få prosent av partikkelvolumet er ionisert);

• sterkt ionisert (nesten 100 % av partiklene i gassvolumet er ionisert).

Typer plasmaer - høy temperatur og gassutslipp

Plasma kan være høy temperatur og gassutslipp. Den første forekommer bare under forhold med høy temperatur, den andre - under fortynning til en gass.Som du vet, kan et stoff være i en av fire materietilstander: den første er fast, den andre er flytende og den tredje er gassformig. Og siden en høyt oppvarmet gass går over i den neste tilstanden - en plasmatilstand, er det derfor plasma som regnes som den fjerde aggregeringstilstanden av materie.

De bevegelige gasspartikler i plasmavolumet har elektrisk ladningderfor er alle forutsetninger til stede for at plasmaet skal lede en elektrisk strøm. Under normale forhold skjermer det stasjonære plasma et konstant eksternt elektrisk felt, siden det i dette tilfellet skjer en romlig separasjon av elektriske ladninger inne i volumet. Men siden de ladede partiklene i plasmaet er under betingelser med en viss, forskjellig fra absolutt null, temperatur, er det en minimumsavstand når kvasi-nøytraliteten brytes i en skala som er mindre enn den.

I et akselererende elektrisk felt har de ladede partiklene i gassutladningsplasmaet forskjellige gjennomsnittlige kinetiske energier. Det viser seg at temperaturen på elektrongassen er forskjellig fra temperaturen på ionegassen inne i plasmaet; derfor er ikke gassutladningsplasmaet i likevekt og kalles et ikke-likevektsplasma eller ikke-isotermisk plasma.

Ettersom antallet ladede partikler i et gassutladningsplasma avtar i løpet av deres rekombinasjon, dannes nye ladede partikler umiddelbart i prosessen med støtionisering av elektroner akselerert av et elektrisk felt. Men så snart det påførte elektriske feltet er slått av, forsvinner gassutladningsplasmaet umiddelbart.

Et høytemperaturplasma er et isotermisk eller likevektsplasma. I et slikt plasma suppleres reduksjonen i antall ladede partikler på grunn av deres rekombinasjon på grunn av termisk ionisering.Dette skjer ved en viss temperatur. Den gjennomsnittlige kinetiske energien til partiklene som utgjør plasmaet er lik her. Stjernene og solen er laget av høytemperaturplasma (ved temperaturer på titalls millioner grader).

For at et plasma skal begynne å eksistere, kreves en viss minimumstetthet av ladede partikler i volumet. Plasmafysikk bestemmer dette tallet fra ulikheten L >> D. Den lineære størrelsen L til de ladede partiklene er mye større enn Debye-screeningsradiusen D, som er avstanden som Coulomb-feltscreeningen av hver plasmaladning finner sted.

Plasmas egenskaper

Når vi snakker om de definerende egenskapene til plasma, bør det nevnes:

• høy grad av gass ionisering (maksimum — full ionisering);

• null total plasmaladning;

• høy elektrisk ledningsevne;

• skinne;

• sterk interaksjon med elektriske og magnetiske felt;

• høyfrekvente (omtrent 100 MHz) oscillasjoner av elektroner inne i plasmaet, som fører til vibrasjoner av hele volumet av plasmaet;

• kollektiv interaksjon av et stort antall ladede partikler (og ikke i par, som i en vanlig gass).

Kunnskap om egenskapene til de fysiske egenskapene til plasma gjør det mulig for forskere ikke bare å få informasjon om det interstellare rommet (bare hovedsakelig fylt med plasma), men gir også grunn til å stole på utsiktene for kontrollerte termonukleære fusjonsinstallasjoner (basert på høytemperaturplasma av deuterium og tritium).

Lavtemperaturplasma (under 100 000 K) brukes allerede i dag i rakettmotorer, gasslasere, termionomformere og MHD-generatorer som konverterer termisk energi til elektrisk energi.I plasmatroner oppnås lavtemperaturplasma for sveising av metaller og for kjemisk industri, hvor inerte gasshalogenider ikke kan oppnås med andre metoder.