Plasma — typer, egenskaber og parametre

Plasma er den fjerde tilstand af aggregering af stof - en stærkt ioniseret gas, hvor elektroner, såvel som positivt og negativt ladede ioner, næsten fuldstændig balancerer hinandens elektriske ladninger. Som et resultat, hvis vi forsøger at beregne den samlede ladning i et hvilket som helst lille volumen af ​​plasma, vil det være nul. Denne egenskab adskiller plasma fra elektron- og ionstråler. Denne egenskab ved plasma kaldes kvasi-neutralitet.

I overensstemmelse hermed (baseret på definitionen) karakteriseres plasmaet, afhængigt af forholdet mellem antallet af ladede partikler i dets volumen og det samlede antal af dets bestanddele, ved graden af ​​ionisering:

• svagt ioniseret plasma (en del af en procentdel af volumenet af ioniserede partikler);

• moderat ioniseret plasma (nogle få procent af partikelvolumenet er ioniseret);

• stærkt ioniseret (næsten 100 % af partiklerne i gasvolumenet er ioniseret).

Typer af plasmaer — høj temperatur og gasudledning

Plasma kan være høj temperatur og gasudledning. Den første forekommer kun under forhold med høj temperatur, den anden - under fortynding til en gas.Som du ved, kan et stof være i en af ​​fire stoftilstande: den første er fast, den anden er flydende, og den tredje er gasformig. Og da en stærkt opvarmet gas går over i den næste tilstand - en plasmatilstand, er det derfor plasma, der betragtes som den fjerde tilstand af aggregering af stof.

De bevægelige gaspartikler i plasmavolumenet har elektrisk ladningderfor er alle betingelser til stede for, at plasmaet kan lede en elektrisk strøm. Under normale forhold afskærmer det stationære plasma et konstant eksternt elektrisk felt, da der i dette tilfælde sker en rumlig adskillelse af elektriske ladninger inde i dets volumen. Men da de ladede partikler i plasmaet er under betingelser af en bestemt, forskellig fra det absolutte nulpunkt, temperatur, er der en minimumsafstand, når kvasi-neutraliteten krænkes på en skala, der er mindre end den.

I et accelererende elektrisk felt har de ladede partikler i gasudladningsplasmaet forskellige gennemsnitlige kinetiske energier. Det viser sig, at elektrongassens temperatur adskiller sig fra iongassens temperatur inde i plasmaet; derfor er gasudladningsplasmaet ikke i ligevægt og kaldes et ikke-ligevægts- eller ikke-isotermisk plasma.

Efterhånden som antallet af ladede partikler i et gasudladningsplasma falder i løbet af deres rekombination, dannes nye ladede partikler straks i processen med stødionisering af elektroner accelereret af et elektrisk felt. Men så snart det påførte elektriske felt er slukket, forsvinder gasudladningsplasmaet straks.

Et højtemperaturplasma er et isotermisk eller ligevægtsplasma. I et sådant plasma suppleres reduktionen i antallet af ladede partikler på grund af deres rekombination på grund af termisk ionisering.Dette sker ved en bestemt temperatur. Den gennemsnitlige kinetiske energi af de partikler, der udgør plasmaet, er lige her. Stjernerne og Solen er lavet af højtemperaturplasma (ved temperaturer titusinder af grader).

For at et plasma kan begynde at eksistere, kræves en vis minimumsdensitet af ladede partikler i dets volumen. Plasmafysikken bestemmer dette tal ud fra uligheden L >> D. Den lineære størrelse L af de ladede partikler er meget større end Debye-screeningsradius D, som er den afstand, hvormed Coulomb-feltscreeningen af ​​hver plasmaladning finder sted.

Plasmas egenskaber

Når vi taler om plasmas definerende egenskaber, skal det nævnes:

• høj grad af gasionisering (maksimum — fuld ionisering);

• nul total plasmaladning;

• høj elektrisk ledningsevne;

• skinne;

• stærk interaktion med elektriske og magnetiske felter;

• højfrekvente (ca. 100 MHz) oscillationer af elektroner inde i plasmaet, hvilket fører til vibrationer af hele plasmaets volumen;

• kollektiv vekselvirkning af et stort antal ladede partikler (og ikke i par, som i en almindelig gas).

Viden om egenskaberne ved plasmas fysiske egenskaber gør det ikke kun muligt for forskere at opnå information om det interstellare rum (bare hovedsagelig fyldt med plasma), men giver også grund til at stole på udsigterne for kontrollerede termonuklear fusionsinstallationer (baseret på højtemperaturplasma af deuterium og tritium).

Lavtemperaturplasma (under 100.000 K) bruges allerede i dag i raketmotorer, gaslasere, termionomformere og MHD-generatorer, der omdanner termisk energi til elektrisk energi.I plasmatroner opnås lavtemperaturplasma til svejsning af metaller og til den kemiske industri, hvor inerte gashalogenider ikke kan opnås ved andre metoder.