Plazma — türleri, özellikleri ve parametreleri

Plazma, maddenin kümelenmesinin dördüncü halidir - elektronların yanı sıra pozitif ve negatif yüklü iyonların birbirlerinin elektrik yüklerini neredeyse tamamen dengelediği oldukça iyonize bir gaz. Sonuç olarak, herhangi bir küçük hacimdeki plazmadaki toplam yükü hesaplamaya çalışırsak, sıfır olacaktır. Bu özellik plazmayı elektron ve iyon demetlerinden ayırır. Plazmanın bu özelliğine yarı-nötrlük denir.

Buna göre (tanıma göre), plazma, hacmindeki yüklü parçacıkların sayısının, onu oluşturan parçacıkların toplam sayısına oranına bağlı olarak, iyonlaşma derecesine göre karakterize edilir:

• zayıf iyonize plazma (iyonize parçacıkların hacminin bir yüzdesinin parçası);

• orta derecede iyonize plazma (partikül hacminin birkaç yüzdesi iyonizedir);

• yüksek oranda iyonize (gaz hacmindeki parçacıkların neredeyse %100'ü iyonizedir).

Plazma türleri — yüksek sıcaklık ve gaz deşarjı

Plazma yüksek sıcaklık ve gaz deşarjı olabilir. İlki yalnızca yüksek sıcaklık koşullarında, ikincisi ise gaz halinde seyreltme sırasında gerçekleşir.Bildiğiniz gibi, bir madde maddenin dört halinden birinde olabilir: birincisi katı, ikincisi sıvı ve üçüncüsü gaz halindedir. Ve yüksek derecede ısıtılmış bir gaz bir sonraki duruma - bir plazma durumuna - geçtiğinden, bu nedenle, maddenin toplanmasının dördüncü durumu olarak kabul edilen plazmadır.

Plazma hacmindeki hareketli gaz parçacıkları elektrik şarjıbu nedenle, plazmanın bir elektrik akımı iletmesi için tüm koşullar mevcuttur. Normal koşullar altında, durağan plazma sabit bir dış elektrik alanını korur, çünkü bu durumda hacmi içinde elektrik yüklerinin uzamsal bir ayrımı meydana gelir. Ancak plazmanın yüklü parçacıkları, mutlak sıfırdan farklı belirli bir sıcaklık koşulları altında olduğundan, yarı-nötrlük ondan daha küçük bir ölçekte ihlal edildiğinde minimum bir mesafe vardır.

Hızlanan bir elektrik alanında, gaz deşarjlı plazmanın yüklü parçacıkları farklı ortalama kinetik enerjilere sahiptir. Elektron gazının sıcaklığının plazma içindeki iyon gazının sıcaklığından farklı olduğu ortaya çıktı; bu nedenle, gaz deşarjlı plazma dengede değildir ve dengede olmayan veya izotermal olmayan plazma olarak adlandırılır.

Bir gaz deşarj plazmasındaki yüklü parçacıkların sayısı rekombinasyonları sırasında azaldıkça, bir elektrik alanı tarafından hızlandırılan elektronlar tarafından çarpma iyonizasyonu sürecinde hemen yeni yüklü parçacıklar oluşur. Ancak uygulanan elektrik alanı kapatılır kapatılmaz, gaz deşarj plazması hemen kaybolur.

Yüksek sıcaklık plazması izotermal veya denge plazmasıdır. Böyle bir plazmada, rekombinasyon nedeniyle yüklü parçacıkların sayısındaki azalma, termal iyonlaşma nedeniyle tamamlanır.Bu belirli bir sıcaklıkta gerçekleşir. Plazmayı oluşturan parçacıkların ortalama kinetik enerjileri burada eşittir. Yıldızlar ve Güneş, yüksek sıcaklıktaki plazmadan yapılmıştır (on milyonlarca derece sıcaklıkta).

Bir plazmanın var olmaya başlaması için, hacminde belirli bir minimum yüklü parçacık yoğunluğu gereklidir. Plazma fiziği bu sayıyı L >> D eşitsizliğinden belirler. Yüklü parçacıkların doğrusal boyutu L, her bir plazma yükünün Coulomb alan taramasının gerçekleştiği mesafe olan Debye tarama yarıçapından D çok daha büyüktür.

plazmanın özellikleri

Plazmanın tanımlayıcı özelliklerinden bahsetmişken, şunlardan bahsetmek gerekir:

• yüksek derecede gaz iyonlaşması (maksimum - tam iyonlaşma);

• sıfır toplam plazma yükü;

• yüksek elektriksel iletkenlik;

• parlamak;

• elektrik ve manyetik alanlarla güçlü etkileşim;

• plazma içindeki elektronların yüksek frekanslı (yaklaşık 100 MHz) salınımları, plazmanın tüm hacminin titreşimlerine yol açar;

• çok sayıda yüklü parçacığın toplu etkileşimi (sıradan bir gazda olduğu gibi çiftler halinde değil).

Plazmanın fiziksel özelliklerinin özelliklerinin bilinmesi, bilim adamlarının yalnızca yıldızlararası boşluk (esas olarak plazma ile doldurulmuş) hakkında bilgi edinmelerine izin vermekle kalmaz, aynı zamanda kontrollü termonükleer füzyon tesisleri (yüksek sıcaklık plazmasına dayalı) beklentilerine güvenmek için sebep verir. döteryum ve trityum).

Düşük sıcaklıklı plazma (100.000 K'nin altında) bugün hâlihazırda termal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren roket motorlarında, gaz lazerlerinde, termiyonik dönüştürücülerde ve MHD jeneratörlerinde kullanılmaktadır.Plazmatronlarda, metallerin kaynağı için ve inert gaz halojenürlerin diğer yöntemlerle elde edilemediği kimya endüstrisi için düşük sıcaklıkta plazma elde edilir.