Plasma — typer, egenskaper och parametrar

Plasma är det fjärde tillståndet av aggregation av materia - en starkt joniserad gas där elektroner, såväl som positivt och negativt laddade joner, nästan helt balanserar varandras elektriska laddningar. Som ett resultat, om vi försöker beräkna den totala laddningen i en liten volym plasma, blir den noll. Denna egenskap skiljer plasma från elektron- och jonstrålar. Denna egenskap hos plasma kallas kvasi-neutralitet.

Följaktligen (baserat på definitionen) karakteriseras plasman, beroende på förhållandet mellan antalet laddade partiklar i dess volym och det totala antalet av dess beståndsdelar, av graden av jonisering:

• svagt joniserad plasma (del av en procentandel av volymen joniserade partiklar);

• måttligt joniserad plasma (några procent av partikelvolymen är joniserad);

• starkt joniserad (nästan 100 % av partiklarna i gasvolymen är joniserade).

Typer av plasma — hög temperatur och gasutsläpp

Plasma kan vara hög temperatur och gasutsläpp. Den första inträffar endast under förhållanden med hög temperatur, den andra - under utspädning till en gas.Som ni vet kan ett ämne vara i ett av fyra materiatillstånd: det första är fast, det andra är flytande och det tredje är gasformigt. Och eftersom en starkt uppvärmd gas övergår till nästa tillstånd - ett plasmatillstånd, är det därför plasma som anses vara det fjärde tillståndet av aggregation av materia.

De rörliga gaspartiklarna i plasmavolymen har elektrisk laddningdärför finns alla förutsättningar för att plasman ska leda en elektrisk ström. Under normala förhållanden skyddar den stationära plasman ett konstant externt elektriskt fält, eftersom i detta fall en rumslig separation av elektriska laddningar sker inuti dess volym. Men eftersom de laddade partiklarna i plasman är under förhållanden av en viss, annorlunda än absolut noll, temperatur, finns det ett minimiavstånd när kvasi-neutraliteten kränks i en skala som är mindre än den.

I ett accelererande elektriskt fält har de laddade partiklarna i gasurladdningsplasman olika genomsnittliga kinetiska energier. Det visar sig att temperaturen på elektrongasen skiljer sig från temperaturen på jongasen inuti plasman; därför är gasurladdningsplasman inte i jämvikt och kallas en icke-jämviktsplasma eller icke-isotermisk plasma.

När antalet laddade partiklar i en gasurladdningsplasma minskar under loppet av deras rekombination, bildas nya laddade partiklar omedelbart i processen för stötjonisering av elektroner som accelereras av ett elektriskt fält. Men så snart det applicerade elektriska fältet stängs av försvinner gasurladdningsplasman omedelbart.

En högtemperaturplasma är en isotermisk eller jämviktsplasma. I ett sådant plasma kompletteras minskningen av antalet laddade partiklar på grund av deras rekombination på grund av termisk jonisering.Detta händer vid en viss temperatur. Den genomsnittliga kinetiska energin för partiklarna som utgör plasman är här lika. Stjärnorna och solen är gjorda av högtemperaturplasma (vid temperaturer tiotals miljoner grader).

För att ett plasma ska börja existera krävs en viss minsta densitet av laddade partiklar i dess volym. Plasmafysiken bestämmer detta antal från olikheten L >> D. Den linjära storleken L för de laddade partiklarna är mycket större än Debye-screeningsradien D, vilket är det avstånd på vilket Coulomb-fältscreeningen av varje plasmaladdning äger rum.

Plasmas egenskaper

På tal om plasmans definierande egenskaper bör det nämnas:

• hög grad av gasjonisering (maximalt — full jonisering);

• noll total plasmaladdning;

• hög elektrisk ledningsförmåga;

• glans;

• stark interaktion med elektriska och magnetiska fält;

• högfrekventa (ca 100 MHz) oscillationer av elektroner inuti plasmat, vilket leder till vibrationer av hela plasmavolymen;

• kollektiv interaktion av ett stort antal laddade partiklar (och inte i par, som i en vanlig gas).

Kunskap om egenskaperna hos plasmans fysikaliska egenskaper gör det möjligt för forskare att inte bara få information om interstellärt utrymme (bara fyllt huvudsakligen med plasma), utan ger också anledning att förlita sig på utsikterna för kontrollerade termonukleär fusionsinstallationer (baserade på högtemperaturplasma av deuterium och tritium).

Lågtemperaturplasma (under 100 000 K) används redan idag i raketmotorer, gaslasrar, termionomvandlare och MHD-generatorer som omvandlar termisk energi till elektrisk energi.I plasmatroner erhålls lågtemperaturplasma för svetsning av metaller och för den kemiska industrin, där inerta gashalider inte kan erhållas med andra metoder.