Ajad, mil seostasime plasmat millegi ebareaalse, arusaamatu, fantastilisega, on ammu möödas. Tänapäeval kasutatakse seda kontseptsiooni aktiivselt. Plasmat kasutatakse tööstuses. Seda kasutatakse kõige laialdasem alt valgustustehnikas. Näiteks võib tuua tänavaid valgustavad gaaslahenduslambid. Kuid see on olemas ka luminofoorlampides. See on ka elektrikeevituses. Keevituskaar on ju plasmapõleti tekitatud plasma. Võib tuua palju muid näiteid.
Plasmafüüsika on oluline teadusharu. Seetõttu tasub mõista sellega seotud põhimõisteid. Sellele on meie artikkel pühendatud.
Plasma määratlus ja tüübid
Mis on plasma? Määratlus füüsikas on üsna selge. Plasma olek on selline aine olek, kus viimases on märkimisväärne (osakeste koguarvuga võrdeline) arv laetud osakesi (kandjaid), mis võivad aine sees enam-vähem vab alt liikuda. Füüsikas võib eristada järgmisi peamisi plasmatüüpe. Kui kandjad kuuluvad sama tüüpi osakestesse (javastaslaenguga osakestel, mis neutraliseerivad süsteemi, puudub liikumisvabadus), nimetatakse seda ühekomponentseks. Vastasel juhul on see kahe- või mitmekomponendiline.
Plasma funktsioonid
Niisiis, oleme lühid alt kirjeldanud plasma mõistet. Füüsika on täppisteadus, seega on määratlused siin asendamatud. Räägime nüüd selle aine oleku põhijoontest.
Plasma omadused füüsikas on järgmised. Esiteks, selles olekus, niigi väikeste elektromagnetiliste jõudude toimel, tekib kandjate liikumine - vool, mis voolab sel viisil, kuni need jõud kaovad nende allikate varjamise tõttu. Seetõttu läheb plasma lõpuks olekusse, kus see on peaaegu neutraalne. Teisisõnu, selle ruumaladel, mis on suuremad kui mõni mikroskoopiline väärtus, on nulllaeng. Plasma teine omadus on seotud Coulombi ja Ampère'i jõudude kaugmaa olemusega. See seisneb selles, et selles olekus liikumisel on reeglina kollektiivne iseloom, mis hõlmab suurt hulka laetud osakesi. Need on plasma põhiomadused füüsikas. Kasulik oleks neid meeles pidada.
Mõlemad need omadused viivad tõsiasjani, et plasmafüüsika on ebatavaliselt rikkalik ja mitmekesine. Selle kõige silmatorkavam ilming on mitmesuguste ebastabiilsuste esinemise lihtsus. Need on tõsine takistus, mis takistab plasma praktilist kasutamist. Füüsika on teadus, mis pidev alt areneb. Seetõttu võib loota, et aja jooksul need takistusedelimineeritakse.
Plasma vedelikes
Pöördudes konkreetsete struktuurinäidete juurde, alustame kondenseerunud aine plasma alamsüsteemide käsitlemisest. Vedelikest tuleks eelkõige nimetada vedelaid metalle – näide, millele vastab plasma alamsüsteem – elektronkandjate ühekomponendiline plasma. Rangelt võttes peaks meid huvipakkuvasse kategooriasse kuuluma ka elektrolüütide vedelikud, milles on mõlema märgi kandjaid - ioone. Erinevatel põhjustel elektrolüüdid sellesse kategooriasse siiski ei kuulu. Üks neist on see, et elektrolüüdis ei ole valgust, liikuvaid kandjaid, näiteks elektrone. Seetõttu väljenduvad ül altoodud plasmaomadused palju nõrgem alt.
Plasma kristallides
Kristallides sisalduval plasmal on eriline nimi – tahkisplasma. Kuigi ioonkristallides on laenguid, on need liikumatud. Seetõttu pole plasmat. Metallides on need juhtivuselektronid, mis moodustavad ühekomponendilise plasma. Selle laengu kompenseerib liikumatute (täpsem alt, ei suuda pikki vahemaid liikuda) ioonide laeng.
Plasma pooljuhtides
Arvestades plasmafüüsika põhitõdesid, tuleb märkida, et pooljuhtides on olukord mitmekesisem. Iseloomustame seda lühid alt. Nendes ainetes võib tekkida ühekomponentne plasma, kui neisse viiakse asjakohased lisandid. Kui lisandid loovutavad kergesti elektrone (doonoreid), siis tekivad n-tüüpi kandjad - elektronid. Kui lisandid, vastupidi, võtavad kergesti elektrone (aktseptoreid) ära, tekivad p-tüüpi kandjad- augud (tühjad kohad elektronide jaotuses), mis käituvad nagu positiivse laenguga osakesed. Veelgi lihtsamal viisil tekib pooljuhtides elektronidest ja aukudest moodustunud kahekomponentne plasma. Näiteks ilmub see valguse pumpamise toimel, mis paiskab valentsriba elektronid juhtivusriba. Märgime, et teatud tingimustel võivad üksteise külge tõmbunud elektronid ja augud moodustada vesinikuaatomiga sarnase seotud oleku – eksitoni ja kui pumpamine on intensiivne ja eksitonite tihedus suur, siis need ühinevad ja moodustavad tilga. elektronaugu vedelikust. Mõnikord peetakse sellist olekut aine uueks olekuks.
Gaasi ionisatsioon
Eespool toodud näited viitasid plasma oleku erijuhtudele ja puhtal kujul plasmat nimetatakse ioniseeritud gaasiks. Selle ionisatsiooni võivad põhjustada paljud tegurid: elektriväli (gaaslahendus, äikesetorm), valgusvoog (fotoionisatsioon), kiired osakesed (radioaktiivsete allikate kiirgus, kosmilised kiired, mis avastati ionisatsiooniastet kõrgusega suurendades). Peamine tegur on aga gaasi kuumutamine (termiline ionisatsioon). Sel juhul põhjustab elektroni eraldumine aatomist kokkupõrke teise gaasiosakesega, millel on kõrge temperatuuri tõttu piisav kineetiline energia.
Kõrge ja madal temperatuur plasma
Madala temperatuuriga plasma füüsika on see, millega puutume kokku peaaegu iga päev. Sellise oleku näiteks on leegid,aine gaaslahenduses ja välgus, erinevat tüüpi külmaruumi plasma (planeetide ja tähtede ioon- ja magnetosfäärid), tööaine erinevates tehnilistes seadmetes (MHD generaatorid, plasmamootorid, põletid jne). Kõrgtemperatuurse plasma näideteks on tähtede aines nende evolutsiooni kõikides etappides, välja arvatud varases lapsepõlves ja vanaduses, tööaine kontrollitavates termotuumasünteesiseadmetes (tokamakid, laserseadmed, kiirseadmed jne).
Aine neljas olek
Poolteist sajandit tagasi uskusid paljud füüsikud ja keemikud, et aine koosneb ainult molekulidest ja aatomitest. Neid kombineeritakse kombinatsioonidena kas täiesti korratu või enam-vähem järjestatud. Usuti, et seal on kolm faasi - gaasiline, vedel ja tahke. Ained võtavad need vastu välistingimuste mõjul.
Praegu võime aga öelda, et ainel on 4 olekut. Just plasmat võib pidada uueks, neljandaks. Selle erinevus kondenseerunud olekust (tahke ja vedel) seisneb selles, et sarnaselt gaasile ei ole sellel mitte ainult nihkeelastsus, vaid ka fikseeritud ruumala. Teisest küljest on plasmal kondenseerunud olekuga ühisosa lühiajalise järjestuse olemasolu, st antud plasmalaenguga külgnevate osakeste positsioonide ja koostise korrelatsioon. Sel juhul tekivad sellise korrelatsiooni mitte molekulidevahelised, vaid Coulombi jõud: antud laeng tõrjub endaga samanimelisi laenguid ja tõmbab ligi vastandlikke.
Meil on lühike ülevaade plasmafüüsikast. See teema on üsna mahukas, nii et võime vaid öelda, et oleme selle põhitõed paljastanud. Plasma füüsika väärib kindlasti täiendavat kaalumist.
