Ajo që quhet plazma. Nga se përbëhet plazma e gjakut dhe pse është e nevojshme në mjekësi?

një gaz i jonizuar pjesërisht ose plotësisht i formuar nga atomet (ose molekulat) neutrale dhe grimcat e ngarkuara (jonet dhe elektronet). Karakteristika më e rëndësishme e plazmës është kuazineutraliteti i saj, që do të thotë se dendësia e vëllimit të grimcave të ngarkuara pozitive dhe negative nga të cilat ajo formohet janë pothuajse të njëjta. Një gaz shndërrohet në gjendje plazmatike nëse disa nga atomet (molekulat) përbërëse të tij për ndonjë arsye kanë humbur një ose më shumë elektrone, d.m.th. shndërrohen në jone pozitive. Në disa raste, jonet negative mund të shfaqen edhe në plazmë si rezultat i "lidhjes" së elektroneve me atomet neutrale. Nëse nuk ka mbetur grimca neutrale në gaz, thuhet se plazma është plotësisht e jonizuar.

Nuk ka kufi të mprehtë midis gazit dhe plazmës. Çdo substancë që fillimisht është në gjendje të ngurtë fillon të shkrihet me rritjen e temperaturës dhe me ngrohjen e mëtejshme avullon, d.m.th. shndërrohet në gaz. Nëse është një gaz molekular (për shembull, hidrogjen ose azot), atëherë me një rritje të mëvonshme të temperaturës molekulat e gazit shpërbëhen në atome individuale (shpërbërja). Në një temperaturë edhe më të lartë, gazi jonizohet, në të shfaqen jone pozitive dhe elektrone të lira. Elektronet dhe jonet që lëvizin lirshëm mund të mbajnë rrymë elektrike, kështu që një përkufizim i plazmës është se plazma është një gaz përçues. Ngrohja e një substance nuk është mënyra e vetme për të prodhuar plazmë.

Plazma është gjendja e katërt e materies, ajo u bindet ligjeve të gazit dhe në shumë aspekte sillet si gaz. Në të njëjtën kohë, sjellja e plazmës në një numër rastesh, veçanërisht kur ekspozohet ndaj fushave elektrike dhe magnetike, rezulton të jetë aq e pazakontë saqë shpesh quhet një gjendje e re e katërt e materies. Në vitin 1879, fizikani anglez W. Crookes, i cili studioi shkarkimin elektrik në tuba me ajër të rrallë, shkroi: «Dukuritë në tubat e evakuuar hapin një botë të re për shkencën fizike, në të cilën materia mund të ekzistojë në një gjendje të katërt.» Filozofët e lashtë besonin se baza e universit përbëhet nga katër elementë: toka, uji, ajri dhe zjarri. . Në një farë kuptimi, kjo korrespondon me ndarjen e pranuar aktualisht në gjendje agregate të materies, dhe elementi i katërt, zjarri, padyshim korrespondon me plazmën.

Vetë termi "plazma" në lidhje me një gaz jonizues pothuajse neutral u prezantua nga fizikanët amerikanë Langmuir dhe Tonks në vitin 1923 kur përshkruanin fenomenet në një shkarkim gazi. Deri atëherë, fjala "plazma" përdorej vetëm nga fiziologët dhe nënkuptonte përbërësin e lëngshëm të pangjyrë të gjakut, qumështit ose indeve të gjalla, por së shpejti koncepti "plazma" hyri fort në fjalorin fizik ndërkombëtar dhe u përdor gjerësisht.

Frank-Kamenetsky D.A. Gjendja e katërt e materies plazmatike. M., Atomizdat, 1963
Artsimovich L.A. Fizika elementare e plazmës. M., Atomizdat, 1969
Smirnov B.M. Hyrje në fizikën e plazmës. M., Nauka, 1975
Milantiev V.P., Temko S.V. Fizika e plazmës. M., Edukimi, 1983
Chen F. Hyrje në fizikën e plazmës. M., Mir, 1987

Gjeni "PLASMA" në

Plazma Një llambë plazmatike, që ilustron disa nga fenomenet më komplekse të plazmës, duke përfshirë filamentimin. Shkëlqimi i plazmës shkaktohet nga kalimi i elektroneve nga një gjendje me energji të lartë në një gjendje me energji të ulët pas rikombinimit me jonet. Ky proces rezulton në rrezatim me një spektër që korrespondon me gazin e ngacmuar.

Fjala "jonizuar" do të thotë që të paktën një elektron është ndarë nga lëvozhga elektronike e një pjese të konsiderueshme të atomeve ose molekulave. Fjala "quasineutral" do të thotë se, pavarësisht nga prania e ngarkesave të lira (elektrone dhe jone), ngarkesa totale elektrike e plazmës është afërsisht zero. Prania e ngarkesave elektrike të lira e bën plazmën një mjedis përçues, i cili shkakton ndërveprimin e saj dukshëm më të madh (krahasuar me gjendjet e tjera agregate të materies) me fushat magnetike dhe elektrike. Gjendja e katërt e materies u zbulua nga W. Crookes në 1879 dhe u quajt "plazma" nga I. Langmuir në 1928, ndoshta për shkak të lidhjes së saj me plazmën e gjakut. Langmuir shkroi:

Me përjashtim të elektrodave, ku gjenden një numër i vogël elektronesh, gazi i jonizuar përmban jone dhe elektrone në sasi pothuajse të barabarta, duke rezultuar në ngarkesë shumë të vogël neto në sistem. Ne përdorim termin plazma për të përshkruar këtë rajon përgjithësisht elektrikisht neutral të joneve dhe elektroneve.

Format e plazmës

Sipas koncepteve të sotme, gjendja fazore e pjesës më të madhe të materies (rreth 99,9% në masë) në Univers është plazma. Të gjithë yjet janë bërë nga plazma, madje edhe hapësira ndërmjet tyre është e mbushur me plazmë, megjithëse shumë e rrallë (shih hapësirën ndëryjore). Për shembull, planeti Jupiter ka përqendruar në vetvete pothuajse të gjithë lëndën e sistemit diellor, i cili është në një gjendje "jo plazmatike" (të lëngët, të ngurtë dhe të gaztë). Në të njëjtën kohë, masa e Jupiterit është vetëm rreth 0.1% e masës së sistemit diellor, dhe vëllimi i tij është edhe më pak: vetëm 10-15%. Në këtë rast, grimcat më të vogla të pluhurit që mbushin hapësirën e jashtme dhe mbajnë një ngarkesë të caktuar elektrike mund të konsiderohen kolektivisht si një plazmë e përbërë nga jone të ngarkuar shumë të rëndë (shih plazmën me pluhur).

Vetitë dhe parametrat e plazmës

Përcaktimi i plazmës

Plazma është një gaz i jonizuar pjesërisht ose plotësisht në të cilin dendësia e ngarkesave pozitive dhe negative janë pothuajse të barabarta. Jo çdo sistem grimcash të ngarkuara mund të quhet plazma. Plazma ka këto karakteristika:

• Dendësi e mjaftueshme: Grimcat e ngarkuara duhet të jenë mjaft afër njëra-tjetrës në mënyrë që secila prej tyre të ndërveprojë me një sistem të tërë grimcash të ngarkuara aty pranë. Gjendja konsiderohet e përmbushur nëse numri i grimcave të ngarkuara në sferën e ndikimit (një sferë me rreze Debye) është i mjaftueshëm për shfaqjen e efekteve kolektive (shfaqje të tilla janë një veti tipike e plazmës). Matematikisht, kjo gjendje mund të shprehet si më poshtë:

• Prioritet për ndërveprimet e brendshme: rrezja e ekzaminimit Debye duhet të jetë e vogël në krahasim me madhësinë karakteristike të plazmës. Ky kriter do të thotë se ndërveprimet që ndodhin brenda plazmës janë më domethënëse në krahasim me efektet në sipërfaqen e saj, të cilat mund të neglizhohen. Nëse plotësohet ky kusht, plazma mund të konsiderohet pothuajse neutrale. Matematikisht duket kështu:

Klasifikimi

Plazma zakonisht ndahet në perfekte Dhe i papërsosur, temperaturë të ulët Dhe temperaturë të lartë, ekuilibri Dhe joekuilibri, dhe mjaft shpesh plazma e ftohtë nuk është në ekuilibër, dhe plazma e nxehtë është ekuilibër.

Temperatura

Kur lexon literaturën shkencore popullore, lexuesi shpesh sheh vlera të temperaturës plazmatike të rendit të dhjetëra, qindra mijëra apo edhe miliona °C ose K. Për të përshkruar plazmën në fizikë, është e përshtatshme të matet temperatura jo në °C , por në njësi matëse të energjisë karakteristike të lëvizjes së grimcave, për shembull, në elektron volt (eV). Për të kthyer temperaturën në eV, mund të përdorni marrëdhënien e mëposhtme: 1 eV = 11600 K (Kelvin). Kështu, bëhet e qartë se temperaturat prej "dhjetëra mijëra °C" janë mjaft të arritshme.

Në një plazmë jo ekuilibër, temperatura e elektronit e tejkalon ndjeshëm temperaturën e joneve. Kjo ndodh për shkak të ndryshimit në masat e jonit dhe elektronit, gjë që e vështirëson procesin e shkëmbimit të energjisë. Kjo situatë ndodh në shkarkimet e gazit, kur jonet kanë një temperaturë prej rreth qindra, dhe elektronet kanë një temperaturë prej rreth dhjetëra mijëra K.

Në një plazmë ekuilibri, të dyja temperaturat janë të barabarta. Meqenëse procesi i jonizimit kërkon temperatura të krahasueshme me potencialin e jonizimit, plazma e ekuilibrit zakonisht është e nxehtë (me një temperaturë prej më shumë se disa mijëra K).

Koncepti plazma me temperaturë të lartë zakonisht përdoret për plazmën e shkrirjes termonukleare, e cila kërkon temperatura prej miliona K.

Shkalla e jonizimit

Në mënyrë që një gaz të bëhet plazma, ai duhet të jonizohet. Shkalla e jonizimit është proporcionale me numrin e atomeve që kanë dhuruar ose thithur elektrone, dhe mbi të gjitha varet nga temperatura. Edhe një gaz i jonizuar dobët, në të cilin më pak se 1% e grimcave janë në gjendje të jonizuar, mund të shfaqë disa veti tipike të një plazme (ndërveprim me një fushë elektromagnetike të jashtme dhe përçueshmëri të lartë elektrike). Shkalla e jonizimit α përkufizohet si α = n i/( n i+ n a), ku n i është përqendrimi i joneve, dhe n a është përqendrimi i atomeve neutrale. Përqendrimi i elektroneve të lira në plazmën e pa ngarkuar n e përcaktohet nga relacioni i dukshëm: n e =<Z> n unë, ku<Z> është ngarkesa mesatare e joneve të plazmës.

Plazma me temperaturë të ulët karakterizohet nga një shkallë e ulët jonizimi (deri në 1%). Meqenëse plazma të tilla përdoren mjaft shpesh në proceset teknologjike, ato nganjëherë quhen plazma teknologjike. Më shpesh, ato krijohen duke përdorur fusha elektrike që përshpejtojnë elektronet, të cilat nga ana e tyre jonizojnë atomet. Fushat elektrike futen në gaz përmes bashkimit induktiv ose kapacitiv (shih plazmën e bashkuar në mënyrë induktive). Aplikimet tipike të plazmës me temperaturë të ulët përfshijnë modifikimin e plazmës së vetive të sipërfaqes (filmat e diamantit, nitridimin e metaleve, modifikimin e lagshmërisë), gdhendjen plazmatike të sipërfaqeve (industria gjysmëpërçuese), pastrimin e gazeve dhe lëngjeve (ozonimi i ujit dhe djegia e grimcave të blozës në motorët me naftë) .

Plazma e nxehtë pothuajse gjithmonë jonizohet plotësisht (shkalla e jonizimit ~ 100%). Zakonisht është pikërisht kjo që kuptohet si "gjendja e katërt e materies". Një shembull është Dielli.

Dendësia

Përveç temperaturës, e cila është thelbësore për vetë ekzistencën e një plazme, vetia e dytë më e rëndësishme e një plazme është dendësia e saj. Kolokimi dendësia e plazmës zakonisht do të thotë dendësia e elektroneve, domethënë, numri i elektroneve të lira për njësi vëllimi (në mënyrë të rreptë, këtu, dendësia quhet përqendrim - jo masa e një njësie vëllimi, por numri i grimcave për njësi vëllimi). Në plazmën kuazineutrale dendësia e joneve lidhur me të nëpërmjet numrit mesatar të ngarkesës së joneve: . Sasia tjetër e rëndësishme është dendësia e atomeve neutrale. Në plazmën e nxehtë është i vogël, por megjithatë mund të jetë i rëndësishëm për fizikën e proceseve në plazmë. Kur merren parasysh proceset në një plazmë të dendur, joideale, parametri karakteristik i densitetit bëhet , i cili përcaktohet si raporti i distancës mesatare të ndërthurmjave me rrezen e Bohr-it.

Kuazi-neutraliteti

Meqenëse plazma është një përcjellës shumë i mirë, vetitë elektrike janë të rëndësishme. Potenciali i plazmës ose potenciali i hapësirës quhet vlera mesatare e potencialit elektrik në një pikë të caktuar të hapësirës. Nëse ndonjë trup futet në plazmë, potenciali i tij në përgjithësi do të jetë më i vogël se potenciali i plazmës për shkak të shfaqjes së shtresës Debye. Ky potencial quhet potencial lundrues. Për shkak të përçueshmërisë së saj të mirë elektrike, plazma tenton të mbrojë të gjitha fushat elektrike. Kjo çon në fenomenin e kuazineutralitetit - dendësia e ngarkesave negative është e barabartë me densitetin e ngarkesave pozitive (me saktësi të mirë). Për shkak të përçueshmërisë së mirë elektrike të plazmës, ndarja e ngarkesave pozitive dhe negative është e pamundur në distanca më të mëdha se gjatësia e Debye dhe në kohë më të mëdha se periudha e lëkundjeve të plazmës.

Një shembull i një plazme jo-kuazi-neutrale është një rreze elektronike. Sidoqoftë, dendësia e plazmave jo neutrale duhet të jetë shumë e vogël, përndryshe ato do të kalbet shpejt për shkak të zmbrapsjes së Kulombit.

Dallimet nga gjendja e gaztë

Plazma shpesh quhet gjendja e katërt e materies. Ai ndryshon nga tre gjendjet agregate më pak energjike të materies, megjithëse është i ngjashëm me fazën e gazit në atë që nuk ka një formë ose vëllim specifik. Ende ka debate nëse plazma është një gjendje e veçantë grumbullimi, apo thjesht një gaz i nxehtë. Shumica e fizikanëve besojnë se plazma është më shumë se një gaz për shkak të dallimeve të mëposhtme:

Dukuritë komplekse të plazmës

Megjithëse ekuacionet qeverisëse që përshkruajnë gjendjet e një plazme janë relativisht të thjeshta, në disa situata ato nuk mund të pasqyrojnë në mënyrë adekuate sjelljen e një plazme reale: shfaqja e efekteve të tilla është një veti tipike e sistemeve komplekse nëse përdoren modele të thjeshta për t'i përshkruar ato. Dallimi më i fortë midis gjendjes reale të plazmës dhe përshkrimit të saj matematikor vërehet në të ashtuquajturat zona kufitare, ku plazma kalon nga një gjendje fizike në tjetrën (për shembull, nga një gjendje me një shkallë të ulët jonizimi në një gjendje të lartë i jonizuar). Këtu plazma nuk mund të përshkruhet duke përdorur funksione të thjeshta matematikore të lëmuara ose duke përdorur një qasje probabiliste. Efekte të tilla si ndryshimet spontane në formën e plazmës janë pasojë e kompleksitetit të ndërveprimit të grimcave të ngarkuara që përbëjnë plazmën. Fenomene të tilla janë interesante sepse shfaqen papritur dhe nuk janë të qëndrueshme. Shumë prej tyre fillimisht u studiuan në laboratorë dhe më pas u zbuluan në Univers.

Përshkrimi matematikor

Plazma mund të përshkruhet në nivele të ndryshme detajesh. Zakonisht plazma përshkruhet veçmas nga fushat elektromagnetike. Një përshkrim i përbashkët i një lëngu përcjellës dhe fushave elektromagnetike jepet në teorinë e fenomeneve magnetohidrodinamike ose teorinë MHD.

Modeli i lëngshëm (i lëngshëm).

Në modelin e lëngut, elektronet përshkruhen në termat e densitetit, temperaturës dhe shpejtësisë mesatare. Modeli bazohet në: ekuacionin e bilancit për densitetin, ekuacionin e ruajtjes së momentit dhe ekuacionin e bilancit të energjisë së elektroneve. Në modelin me dy lëngje, jonet trajtohen në të njëjtën mënyrë.

Përshkrimi kinetik

Ndonjëherë modeli i lëngshëm nuk është i mjaftueshëm për të përshkruar plazmën. Një përshkrim më i detajuar jepet nga modeli kinetik, në të cilin plazma përshkruhet në kuptimin e funksionit të shpërndarjes së elektroneve mbi koordinatat dhe momentet. Modeli bazohet në ekuacionin Boltzmann. Ekuacioni i Boltzmann-it nuk është i zbatueshëm për të përshkruar një plazmë të grimcave të ngarkuara me ndërveprim Kulomb për shkak të natyrës me rreze të gjatë të forcave të Kulonit. Prandaj, për të përshkruar plazmën me ndërveprimin e Kulombit, përdoret ekuacioni Vlasov me një fushë elektromagnetike vetë-konsistente të krijuar nga grimcat e ngarkuara të plazmës. Përshkrimi kinetik duhet të përdoret në mungesë të ekuilibrit termodinamik ose në prani të inhomogjeniteteve të forta plazmatike.

Grimca-në-qelizë (grimca në një qelizë)

Modelet e grimcave në qelizë janë më të detajuara se modelet kinetike. Ato përfshijnë informacionin kinetik duke gjurmuar trajektoret e një numri të madh të grimcave individuale. Ngarkesa elektrike dhe dendësia e rrymës përcaktohen duke mbledhur numrin e grimcave në qeliza që janë të vogla në krahasim me problemin në shqyrtim, por megjithatë përmbajnë një numër të madh grimcash. Fushat elektrike dhe magnetike gjenden nga ngarkesa dhe dendësia e rrymës në kufijtë e qelizës.

Karakteristikat themelore të plazmës

Të gjitha sasitë janë dhënë në njësitë Gaussian CGS me përjashtim të temperaturës, e cila jepet në eV dhe masës jonike, e cila jepet në njësi të masës protonike; Z- numri i tarifës; k- konstante Boltzmann; TE- gjatësia e valës; γ - indeksi adiabatik; ln Λ - logaritmi i Kulonit.

Frekuencat

• Frekuenca e Larmorit të elektronit, frekuenca këndore e lëvizjes rrethore të elektronit në një plan pingul me fushën magnetike:

• Frekuenca e larmorit të jonit, frekuenca këndore e lëvizjes rrethore të jonit në një plan pingul me fushën magnetike:

• frekuenca e plazmës(frekuenca e lëkundjeve të plazmës), frekuenca me të cilën elektronet lëkunden rreth pozicionit të ekuilibrit, duke u zhvendosur në raport me jonet:

• Frekuenca e plazmës jonike:

• Frekuenca e përplasjes së elektroneve

• frekuenca e përplasjes së joneve

Gjatesite

• Gjatësia valore e elektronit De Broglie, gjatësia e valës së elektronit në mekanikën kuantike:

• distanca minimale e afrimit në rastin klasik, distanca minimale në të cilën dy grimca të ngarkuara mund t'i afrohen njëra-tjetrës në një përplasje ballore dhe shpejtësia fillestare që korrespondon me temperaturën e grimcave, duke lënë pas dore efektet mekanike kuantike:

• rrezja xhiromagnetike e elektroneve, rrezja e lëvizjes rrethore të një elektroni në një plan pingul me fushën magnetike:

• rreze xhiromagnetike jonike, rrezja e lëvizjes rrethore të jonit në një plan pingul me fushën magnetike:

• madhësia e shtresës plazmatike të lëkurës, distanca në të cilën valët elektromagnetike mund të depërtojnë në plazmë:

• Rrezja Debye (Gjatësia Debye), distanca në të cilën skanohen fushat elektrike për shkak të rishpërndarjes së elektroneve:

Shpejtësitë

• shpejtësia termike e elektroneve, një formulë për vlerësimin e shpejtësisë së elektroneve nën shpërndarjen Maxwelliane. Shpejtësia mesatare, shpejtësia më e mundshme dhe shpejtësia mesatare katrore ndryshojnë nga kjo shprehje vetëm nga faktorët e rendit të unitetit:

• shpejtësia e joneve termike, formula për vlerësimin e shpejtësisë së joneve nën shpërndarjen Maxwell:

• shpejtësia e zërit jonik, shpejtësia e valëve gjatësore jon-zanore:

• Shpejtësia Alfven, shpejtësia e valëve Alfven:

Sasi pa dimensione

• rrënja katrore e raportit të masës së elektroneve dhe protoneve:

• Numri i grimcave në sferën Debye:

• Raporti i shpejtësisë Alfvenike me shpejtësinë e dritës

• raporti i frekuencave të plazmës dhe Larmorit për një elektron

• raporti i frekuencave plazmatike dhe Larmor për një jon

• raporti i energjive termike dhe magnetike

• raporti i energjisë magnetike me energjinë e pushimit jonik

Të tjera

• Koeficienti i difuzionit bohmian

• Rezistenca anësore Spitzer

Një numër i madh i joneve pozitive shfaqen në një shkarkim gazi për shkak të efikasitetit të lartë të jonizimit të ndikimit, dhe përqendrimi i joneve dhe elektroneve është i njëjtë. Një sistem i tillë i elektroneve dhe joneve pozitive të shpërndara me të njëjtin përqendrim quhet plazma .

Termi "plazma" u prezantua në vitin 1929 nga fizikantët amerikanë I. Langmuir dhe L. Tonks.

Plazma që shfaqet në një shkarkim gazi quhet shkarkim gaz; ai përfshin një kolonë pozitive të një shkarkimi shkëlqimi, një kanal shkëndije dhe shkarkimesh harku. Kolona pozitive paraqet të ashtuquajturat plazma jo izotermike

. Në një plazmë të tillë, energjitë mesatare kinetike të elektroneve, joneve dhe molekulave neutrale (atomeve) janë të ndryshme.

Le të kujtojmë marrëdhënien midis energjisë mesatare kinetike të molekulave të një gazi ideal (presioni i gazit në një shkarkim shkëlqimi është i vogël, kështu që mund të konsiderohet ideal) dhe temperaturës

Mund të argumentohet se temperaturat e përbërësve të plazmës janë të ndryshme. Kështu, temperatura e elektronit në një shkëlqyes shkarkohet në neon me një presion prej 3 mm. rt. Art., rreth 4∙10 4 K, dhe temperatura e joneve dhe atomeve është 400 K, dhe temperatura e joneve është pak më e lartë se temperatura atomike. Plazma në të cilën ekziston barazia: (ku indekset "», « uh», « Dhe A i quajtur izotermik . Plazma e tillë ndodh gjatë jonizimit duke përdorur temperaturë të lartë (djegia e harkut në presionin atmosferik dhe më lart, kanali i shkëndijës); për shembull, në një hark me presion ultra të lartë (deri në 1000 atm.) temperatura e plazmës arrin 10,000 K, temperatura e plazmës gjatë një shpërthimi termonuklear është e rendit disa dhjetëra miliona gradë, në instalimin TOKAMAK për studimin termonuklear. reagimet - në rendin 7∙10 6 K.

Plazma mund të lindë jo vetëm kur rryma kalon nëpër një gaz. Gazi gjithashtu mund të shndërrohet në gjendje plazme duke e ngrohur në temperatura të larta. Zonat e brendshme të yjeve (përfshirë diellin) janë në gjendje plazmatike, temperaturat e të cilave arrijnë 10 8 K (Fig. 8.10).

Ndërveprimi me rreze të gjatë Kulomb i grimcave të ngarkuara në një plazmë çon në një unike cilësore të plazmës, e cila na lejon ta konsiderojmë atë të veçantë, gjendja e katërt e materies.

Karakteristikat më të rëndësishme të plazmës :

Plazma është gjendja më e zakonshme e materies në Univers. Dielli dhe yjet e tjerë përbëhen nga plazma plotësisht e jonizuar dhe me temperaturë të lartë. Burimi kryesor i energjisë së rrezatimit yjor janë reaksionet e shkrirjes termodinamike që ndodhin në brendësi të yjeve në temperatura të mëdha. Mjegullnajat e ftohta dhe mjedisi ndëryjor janë gjithashtu në gjendje plazmatike. Janë plazma me temperaturë të ulët, jonizimi i të cilave ndodh kryesisht nëpërmjet fotojonizimit nën ndikimin e rrezatimit ultravjollcë të yjeve. Në hapësirën afër Tokës, plazma e jonizuar dobët gjendet në rripat e rrezatimit dhe jonosferën e Tokës. Proceset që ndodhin në këtë plazmë shoqërohen me fenomene të tilla si stuhitë magnetike, ndërprerjet e komunikimeve radio me rreze të gjatë dhe aurorat.

Plazma e shkarkimit të gazit me temperaturë të ulët, e formuar gjatë shkarkimeve të shkëlqimit, shkëndijës dhe harkut në gaze, përdoret gjerësisht në burime të ndryshme drite, në lazer me gaz, për saldim, prerje, shkrirje dhe lloje të tjera të përpunimit të metaleve.

Interesi kryesor praktik në fizikën e plazmës lidhet me zgjidhjen e problemit të shkrirjes termonukleare të kontrolluar - procesi i shkrirjes së bërthamave atomike të lehta në temperatura të larta në kushte të kontrolluara. Prodhimi i energjisë së reaktorit është 10 5 kW/m 3 në reaksion

në një densitet plazmatik prej 10 5 cm - 3 dhe një temperaturë prej 10 8 K.

Propozohet të përmbajë plazmë me temperaturë të lartë (1950 BRSS, I.E. Tamm, A.D. Sakharov) nga një fushë magnetike e fortë në një dhomë toroidale me mbështjellje magnetike, e shkurtuar si - tokamak. Figura 8.11 tregon qark tokamak: 1 – mbështjellja primare e transformatorit; 2 – mbështjellje të fushës magnetike toroidale; 3 – astar, dhoma e brendshme me mure të hollë për nivelimin e fushës elektrike toroidale; 4 – mbështjellje të fushës magnetike toroidale; 5 – dhoma e vakumit; 6 – bërthama hekuri (bërthama magnetike).

Aktualisht, në kuadër të zbatimit të programit botëror termonuklear, sistemet më të fundit si p.sh tokamak. Për shembull, i pari rus tokamak sferik"Globus-M". Është planifikuar të krijohet një tokamak i madh TM-15 për të studiuar kontrollin e konfigurimit të plazmës. Ndërtimi i kazakistanit tokamak KTM ka filluar të testojë teknologjitë e energjisë termonukleare. Figura 8.12 tregon një diagram me prerje tërthore të KTM tokamak dhe pamjen e tij me një dhomë vakum.

Zbatimi i një reaksioni termonuklear të kontrolluar në plazmën me temperaturë të lartë do t'i lejojë njerëzimit në të ardhmen të marrë një burim praktikisht të pashtershëm energjie.

Plazma me temperaturë të ulët ( T~ 10 3 K) përdoret në burimet e dritës me shkarkimin e gazit, lazerët e gazit, konvertuesit termionikë të energjisë termike në energji elektrike. Është e mundur të krijohet një motor plazma që është efektiv për manovrim në hapësirën e jashtme dhe fluturime afatgjata në hapësirë.

Plazma shërben si një lëng pune në motorët e raketave plazma dhe gjeneratorët MHD.

Lëvizja e plazmës në një fushë magnetike përdoret në metodën e shndërrimit të drejtpërdrejtë të energjisë së brendshme të një gazi të jonizuar në energji elektrike. Kjo metodë u zbatua në gjenerator magnetohidrodinamik

(gjenerator MHD), diagrami i qarkut të të cilit është paraqitur në figurën 8.13. Gazi i jonizuar shumë i nxehtë, që rezulton nga djegia e karburantit dhe pasurimi i produkteve të djegies me avujt e metaleve alkali, të cilët rrisin shkallën e jonizimit të gazit, kalon nëpër grykë dhe zgjerohet në të. Në këtë rast, një pjesë e energjisë së brendshme të gazit shndërrohet në energjinë e tij kinetike. Në një fushë magnetike tërthore (në figurën 8.9, vektori i induksionit magnetik të fushës drejtohet përtej planit të vizatimit), jonet pozitive devijohen nën veprimin e forcave të Lorencit në elektrodën e sipërme. A TE, dhe elektronet e lira shkojnë në elektrodën e poshtme . Kur elektrodat janë të shkurtuara në një ngarkesë të jashtme, një rrymë elektrike rrjedh përmes saj, e drejtuar nga anoda TE.

Vetitë e plazmës për të emetuar valë elektromagnetike në rangun ultravjollcë përdoren në televizorët plazma moderne me ekran të sheshtë. Jonizimi i plazmës në një ekran të sheshtë ndodh në një shkarkim gazi. Një shkarkesë ndodh kur molekulat e gazit bombardohen nga elektronet e përshpejtuara nga një fushë elektrike - një shkarkim i pavarur. Shkarkimi mbahet në një potencial elektrik mjaft të lartë - dhjetëra dhe qindra volt. Mbushja më e zakonshme e gazit për ekranet e plazmës është një përzierje e gazeve inerte të bazuara në helium ose neon me shtimin e ksenonit.

Ekrani i një televizori ose ekrani me panel të sheshtë që përdor elementë shkarkimi gazi përbëhet nga një numër i madh qelizash, secila prej të cilave është një element i pavarur emetues. Figura 8.14 tregon dizajnin e një qelize plazmatike të përbërë nga një fosfor 1, elektroda 2 që inicojnë plazmën 5, një shtresë dielektrike (MgO) 3, xhami 4, një elektrodë adrese 6. Elektroda e adresës, së bashku me funksionin kryesor të një përcjellës, kryen funksionin e një pasqyre që reflekton gjysmën e dritës, të emetuar nga fosfori drejt shikuesit.

Jeta e shërbimit të një ekrani të tillë plazmatik është 30 mijë orë.

Ekranet e sheshta të shkarkimit të gazit që riprodhojnë imazhe me ngjyra përdorin tre lloje fosforesh që lëshojnë dritë të kuqe (R), jeshile (G) dhe blu (B). Një televizor me ekran të sheshtë me një ekran të përbërë nga elementë të shkarkimit të gazit përmban rreth një milion qeliza të vogla plazma të grumbulluara në treshe pikselësh RGB ( pixel – element i figurës).

Përveç tre gjendjeve kryesore të materies: të lëngët, të ngurtë dhe të gaztë, ekziston edhe një gjendje e katërt e materies. Kjo gjendje quhet plazma. Plazma- gaz pjesërisht ose plotësisht i jonizuar. Plazma mund të prodhohet duke ngrohur më tej gazin. Në temperatura mjaft të larta, fillon jonizimi i gazit. Dhe kthehet në një gjendje plazmatike.

Shkalla e jonizimit të plazmës mund të jetë e ndryshme, në varësi të numrit të atomeve dhe molekulave të jonizuara. Përveç ngrohjes së gazit, plazma mund të merret në mënyra të tjera. Për shembull, me ndihmën e rrezatimit ose bombardimit të gazit me grimca të ngarkuara shpejt. Në raste të tilla flasim për plazmë me temperaturë të ulët.

Karakteristikat e plazmës

Plazma u nda në një gjendje të katërt të veçantë të materies, pasi ajo ka veti specifike. Plazma në tërësi është një sistem elektrikisht neutral. Çdo shkelje e neutralitetit eliminohet nga grumbullimi i grimcave të së njëjtës shenjë.

Kjo ndodh sepse grimcat e ngarkuara të plazmës kanë lëvizshmëri shumë të lartë dhe ndikohen lehtësisht nga fushat elektrike dhe magnetike. Nën ndikimin e fushave elektrike, grimcat e ngarkuara lëvizin drejt zonës ku prishet neutraliteti derisa fusha elektrike të bëhet zero, domethënë të rivendoset neutraliteti.

Forcat tërheqëse të Kulonit veprojnë midis molekulave të plazmës. Për më tepër, çdo grimcë ndërvepron me shumë grimca të tjera që e rrethojnë menjëherë. Si rezultat, grimcat e plazmës, përveç lëvizjes kaotike termike, mund të marrin pjesë në lëvizje të ndryshme të renditura. Prandaj, është e lehtë të ngacmosh lëkundjet dhe valët e ndryshme në plazmë.
Ndërsa shkalla e jonizimit të plazmës rritet, përçueshmëria e saj rritet. Në temperatura mjaft të larta, plazma mund të konsiderohet një superpërçues.

Plazma në natyrë

Një pjesë e madhe e materies në Univers është në gjendjen e plazmës. Për shembull, Dielli dhe yjet e tjerë, për shkak të temperaturave të tyre të larta, përbëhen kryesisht nga plazma plotësisht e jonizuar. Mediumi ndëryjor gjithashtu përbëhet nga plazma. Këtu, jonizimi i atomeve shkaktohet nga rrezatimi i vetë yjeve.

Plazma ndëryjore është një shembull i plazmës me temperaturë të ulët. Planeti ynë është gjithashtu i rrethuar nga plazma. Për shembull, jonosfera. Në jonosferë, jonizimi i gazit shkaktohet nga rrezatimi nga dielli. Mbi jonosferën gjenden rripat e rrezatimit të Tokës, të cilët gjithashtu përbëhen nga plazma.

Në këtë rast, plazma është gjithashtu me temperaturë të ulët. Shumica e vetive të plazmës zotërohen edhe nga elektronet e lira në metale. Por kufizimi i tyre është fakti se ata nuk mund të lëvizin lirshëm në të gjithë vëllimin e trupit.