Плазма — врсте, својства и параметри

Плазма је четврто стање агрегације материје — високо јонизовани гас у коме електрони, као и позитивно и негативно наелектрисани јони, скоро потпуно уравнотежују електрична наелектрисања. Као резултат тога, ако покушамо да израчунамо укупни набој у било којој малој запремини плазме, он ће бити нула. Ова карактеристика разликује плазму од снопа електрона и јона. Ово својство плазме назива се квазинеутралност.

Сходно томе (на основу дефиниције), плазма се, у зависности од односа броја наелектрисаних честица у њеној запремини и укупног броја њених саставних честица, карактерише степеном јонизације:

• слабо јонизована плазма (део процента запремине јонизованих честица);

• умерено јонизована плазма (јонизовано је неколико процената запремине честица);

• високо јонизовано (скоро 100% честица у запремини гаса је јонизовано).

Врсте плазме — висока температура и гасно пражњење

Плазма може бити високе температуре и гасног пражњења. Први се јавља само у условима високе температуре, други - током разблаживања у гас.Као што знате, супстанца може бити у једном од четири стања материје: прво је чврсто, друго је течно, а треће је гасовито. А пошто јако загрејан гас прелази у следеће стање — стање плазме, плазма се сматра четвртим агрегационим стањем материје.

Покретне честице гаса у запремини плазме имају наелектрисањедакле, постоје сви услови да плазма спроведе електричну струју. У нормалним условима, стационарна плазма штити константно спољашње електрично поље, пошто у овом случају долази до просторног раздвајања електричних наелектрисања унутар њене запремине. Али пошто су наелектрисане честице плазме под условима одређене, различите од апсолутне нуле, температуре, постоји минимална удаљеност када је квазинеутралност нарушена на скали мањој од ње.

У убрзаном електричном пољу, наелектрисане честице плазме са пражњењем у гасу имају различите просечне кинетичке енергије. Испоставило се да се температура електронског гаса разликује од температуре јонског гаса унутар плазме; према томе, плазма у гасном пражњењу није у равнотежи и назива се неравнотежна или не-изотермна плазма.

Како се број наелектрисаних честица плазме гасног пражњења смањује у току њихове рекомбинације, нове наелектрисане честице се одмах формирају у процесу ударне јонизације електронима убрзаним електричним пољем. Али чим се примењено електрично поље искључи, плазма гасног пражњења одмах нестаје.

Плазма високе температуре је изотермна или равнотежна плазма. У таквој плазми смањење броја наелектрисаних честица услед њихове рекомбинације је допуњено услед термичке јонизације.Ово се дешава на одређеној температури. Просечне кинетичке енергије честица које чине плазму су овде једнаке. Звезде и Сунце су направљени од високотемпературне плазме (на температурама од десетина милиона степени).

Да би плазма почела да постоји, потребна је одређена минимална густина наелектрисаних честица у њеној запремини. Физика плазме одређује овај број из неједнакости Л >> Д. Линеарна величина Л наелектрисаних честица је много већа од Дебајевог радијуса скрининга Д, што је растојање на којем се одвија екранизација Кулоновог поља сваког наелектрисања плазме.

Особине плазме

Говорећи о одређујућим својствима плазме, треба напоменути:

• висок степен јонизације гаса (максимални — пуна јонизација);

• нулто укупно пуњење плазме;

• висока електрична проводљивост;

• сјај;

• јака интеракција са електричним и магнетним пољима;

• високофреквентне (око 100 МХз) осцилације електрона унутар плазме, које доводе до вибрација целе запремине плазме;

• колективна интеракција огромног броја наелектрисаних честица (а не у паровима, као у обичном гасу).

Познавање карактеристика физичких својстава плазме омогућава научницима не само да добију информације о међузвезданом простору (само испуњеном углавном плазмом), већ такође даје разлог да се ослоне на изгледе за контролисане термонуклеарне фузионе инсталације (засноване на високотемпературној плазми деутеријум и трицијум).

Плазма ниске температуре (испод 100.000 К) се већ данас користи у ракетним моторима, гасним ласерима, термионским претварачима и МХД генераторима који претварају топлотну енергију у електричну.У плазматронима се добија плазма ниске температуре за заваривање метала и за хемијску индустрију, где се другим методама не могу добити халогениди инертног гаса.