Darbeli iyonizasyonun yüksek verimliliği nedeniyle gaz deşarjında ​​çok sayıda pozitif iyon ortaya çıkar ve iyonların ve elektronların konsantrasyonu aynıdır. Aynı konsantrasyonda dağılmış elektron ve pozitif iyonlardan oluşan böyle bir sisteme denir. plazma . "Plazma" terimi 1929'da Amerikalı fizikçiler I. Langmuir ve L. Tonks tarafından tanıtıldı.

Gaz deşarjında ​​ortaya çıkan plazmaya gaz deşarjı denir; pozitif bir akkor deşarj sütunu, bir kıvılcım ve ark deşarj kanalı içerir.

Pozitif sütun sözde temsil eder izotermal olmayan plazma. Böyle bir plazmada elektronların, iyonların ve nötr moleküllerin (atomların) ortalama kinetik enerjileri farklıdır.

İdeal bir gazın moleküllerinin ortalama kinetik enerjisi (ışıma deşarjındaki gaz basıncı küçüktür, dolayısıyla ideal kabul edilebilir) ile sıcaklık arasındaki ilişkiyi hatırlayalım.

Plazma bileşenlerinin sıcaklıklarının farklı olduğu ileri sürülebilir. Böylece neondaki bir parıltılı deşarjdaki elektron sıcaklığı 3 mm'lik bir basınçta olur. rt. Art., yaklaşık 4∙10 4 K ve iyonların ve atomların sıcaklığı 400 K'dır ve iyonların sıcaklığı atom sıcaklığından biraz daha yüksektir.

Eşitliğin sağlandığı plazma:(burada endeksler " ah», « Ve», « A"elektronları, iyonları, atomları ifade eder) izotermal denir . Bu tür plazma, yüksek sıcaklık (atmosfer basıncında ve üzerinde ark yanması, kıvılcım kanalı) kullanılarak iyonizasyon sırasında oluşur; örneğin, ultra yüksek basınçlı bir arkta (1000 atm'ye kadar), plazma sıcaklığı 10.000 K'ye ulaşır, plazma sıcaklığı termonükleer patlama– termonükleer reaksiyonların incelenmesi için “TOKAMAK” tesisinde on milyonlarca derece civarında – 7∙10 civarında 6 K.

Plazma yalnızca akım bir gazdan geçtiğinde ortaya çıkmaz. Gaz ayrıca yüksek sıcaklıklara ısıtılarak plazma durumuna dönüştürülebilir. Yıldızların iç bölgeleri (güneş dahil), sıcaklıkları 10 8 K'ye ulaşan plazma halindedir (Şekil 8.10).

Bir plazmadaki yüklü parçacıkların uzun menzilli Coulomb etkileşimi, plazmanın niteliksel benzersizliğine yol açar ve bu da onu özel olarak değerlendirmemize olanak tanır, maddenin dördüncü hali.

Plazmanın en önemli özellikleri :

Plazma, Evrendeki maddenin en yaygın halidir. Güneş ve diğer yıldızlar tamamen iyonize, yüksek sıcaklıktaki plazmadan oluşur. Yıldız radyasyon enerjisinin ana kaynağı, yıldızların iç kısımlarında çok yüksek sıcaklıklarda meydana gelen termodinamik füzyon reaksiyonlarıdır. Soğuk bulutsular ve yıldızlararası ortam da plazma halindedir. İyonizasyonu esas olarak fotoiyonizasyon yoluyla meydana gelen düşük sıcaklıktaki plazmalardır. morötesi radyasyon yıldızlar Dünya'ya yakın uzayda, Dünya'nın radyasyon kuşaklarında ve iyonosferinde zayıf iyonize plazma bulunur. Bu plazmada meydana gelen süreçler, manyetik fırtınalar, uzun menzilli radyo iletişimindeki kesintiler ve auroralar gibi olaylarla ilişkilidir.

Gazlarda parlama, kıvılcım ve ark deşarjları sırasında oluşan düşük sıcaklıktaki gaz deşarj plazması, çeşitli ışık kaynaklarında, gaz lazerlerinde, kaynak, kesme, eritme ve diğer metal işleme türlerinde yaygın olarak kullanılır.

Plazma fiziğindeki ana pratik ilgi, kontrollü termal problemin çözümü ile ilişkilidir. nükleer füzyon– sırasında hafif atom çekirdeklerinin füzyon süreci yüksek sıcaklıklar kontrollü koşullar altında. Reaktörün enerji çıkışı reaksiyonda 10.5 kW/m3'tür.

10 5 cm - 3 plazma yoğunluğunda ve 10 8 K sıcaklıkta.

Yüksek sıcaklıkta plazmanın (1950 SSCB, I.E. Tamm, A.D. Sakharov), manyetik bobinlere sahip toroidal bir haznede güçlü bir manyetik alan tarafından şu şekilde kısaltılması önerilmektedir: - tokamak. Şekil 8.11'de gösterilmektedir tokamak devresi: 1 – transformatörün birincil sargısı; 2 – toroidal manyetik alan bobinleri; 3 - toroidalin hizalanması için astar, ince duvarlı iç bölme Elektrik alanı; 4 – toroidal manyetik alan bobinleri; 5 – vakum odası; 6 – demir çekirdek (manyetik çekirdek).

Şu anda, dünya termonükleer programının uygulanmasının bir parçası olarak, aşağıdaki gibi en yeni sistemler tokamak. Örneğin, St.Petersburg ilk Rus yaratıldı küresel tokamak"Globus-M". Plazma konfigürasyon kontrolünü incelemek için büyük bir tokamak TM-15 oluşturulması planlanıyor. Kazak tokamak KTM'nin inşaatında termonükleer enerji teknolojileri test edilmeye başlandı. Şekil 8.12'de KTM tokamak'ın kesit diyagramı ve vakum odalı görünümü gösterilmektedir.

Yüksek sıcaklıktaki plazmada kontrollü bir termonükleer reaksiyonun uygulanması, gelecekte insanlığın pratik olarak tükenmez bir enerji kaynağı elde etmesine olanak sağlayacaktır.

Düşük sıcaklıkta plazma ( T~ 10 3 K) gaz deşarjlı ışık kaynaklarında, gaz lazerlerinde, termal enerjinin elektrik enerjisine termiyonik dönüştürücülerinde kullanılır. Uzayda manevra ve uzun süreli uzay uçuşlarında etkili olacak bir plazma motoru oluşturmak mümkün.

Plazma, plazmada çalışma sıvısı görevi görür roket motorları ve MHD jeneratörleri.

Plazmanın manyetik alandaki hareketi, iyonize bir gazın iç enerjisinin doğrudan elektrik enerjisine dönüştürülmesi yönteminde kullanılır. Bu yöntem şu tarihte uygulandı: manyetohidrodinamik jeneratör(MHD jeneratörü), devre şeması Şekil 8.13'te gösterilmiştir.

Yakıtın yanması ve yanma ürünlerinin, gazın iyonlaşma derecesini artıran alkali metal buharlarıyla zenginleştirilmesinden kaynaklanan yüksek derecede ısıtılmış iyonize gaz, nozülden geçer ve içinde genişler. Bu durumda gazın iç enerjisinin bir kısmı kinetik enerjiye dönüştürülür. Enine manyetik alanda (Şekil 8.9'da, alan manyetik indüksiyon vektörü çizim düzleminin ötesine yönlendirilir), pozitif iyonlar Lorentz kuvvetlerinin etkisi altında üst elektroda saptırılır. A, A serbest elektronlar– alt elektroda İLE. Elektrotlar harici bir yüke kısa devre yaptığında, anottan yönlendirilen bir elektrik akımı içinden akar. A, MHD jeneratörü, katodu için İLE.

Plazmanın ultraviyole aralığında elektromanyetik dalgalar yayma özellikleri modern düz ekran plazma TV'lerde kullanılmaktadır. Düz ekranda plazma iyonizasyonu gaz deşarjında ​​meydana gelir. Gaz molekülleri bir elektrik alanı tarafından hızlandırılan elektronlar tarafından bombalandığında bir boşalma meydana gelir. bağımsız kategori. Deşarj oldukça yüksek tutulur elektrik potansiyeli– onlarca ve yüzlerce volt. Plazma ekranlar için en yaygın gaz dolgusu, helyum veya neon bazlı inert gazların ksenon ilavesiyle karışımıdır.

Düz panel TV'nin ekranı veya gaz deşarj elemanlarına dayanan ekran aşağıdakilerden oluşur: çok sayıda Her biri bağımsız bir ışınım elemanı olan hücreler. Şekil 8.14'te bir fosfor 1, plazmayı başlatan elektrotlar 2, bir dielektrik katman (MgO) 3, cam 4, bir adres elektrotu 6'dan oluşan bir plazma hücresinin tasarımı gösterilmektedir. Adres elektrotu, bir bilgisayarın ana işleviyle birlikte iletken, fosforun yaydığı ışığın yarısını izleyiciye yansıtan bir ayna işlevi görür.

Böyle bir plazma ekranın hizmet ömrü 30 bin saattir.

Renkli görüntüler üreten düz gaz deşarjlı ekranlar, kırmızı (R), yeşil (G) ve mavi (B) ışık yayan üç tip fosfor kullanır. Gaz deşarj elemanlarından yapılmış bir ekrana sahip bir düz ekran TV, üçlü RGB piksellere monte edilmiş yaklaşık bir milyon küçük plazma hücresi içerir ( piksel – resim öğesi).

Doğadaki aynı madde, sıcaklık ve basınca bağlı olarak özelliklerini kökten değiştirme yeteneğine sahiptir. Bunun mükemmel bir örneği katı buz, sıvı ve buhar halinde bulunan sudur. Bunlar, H2O kimyasal formülüne sahip olan bu maddenin üç toplu halidir. Doğal koşullar altındaki diğer maddeler de benzer şekilde özelliklerini değiştirme yeteneğine sahiptir. Ancak listelenenlerin yanı sıra doğada başka bir toplanma durumu daha var - plazma. Dünyevi koşullarda oldukça nadir bulunur ve özel niteliklere sahiptir.

Moleküler yapı

Maddenin içinde bulunduğu 4 durum neye bağlıdır? Atomun elementlerinin ve moleküllerin kendilerinin etkileşiminden, karşılıklı itme ve çekme özelliklerine sahiptir. Bu kuvvetler, atomların geometrik olarak doğru şekilde düzenlendiği ve bir kristal kafes oluşturduğu katı halde kendi kendini telafi eder. burada maddi nesne yukarıda belirtilen kalite özelliklerinin her ikisini de koruyabilir: hacim ve şekil.

Ancak moleküllerin kinetik enerjisi arttığı anda kaotik bir şekilde hareket ederek kurulu düzeni bozarak sıvıya dönüşürler. Akışkanlığa sahiptirler ve geometrik parametrelerin bulunmaması ile karakterize edilirler. Ancak aynı zamanda bu madde toplam hacmi değiştirmeme özelliğini de korur. Gaz halinde karşılıklı çekim Moleküller arasında hiçbir boşluk yoktur, dolayısıyla gazın şekli yoktur ve sınırsız genleşme olasılığı vardır. Ancak maddenin konsantrasyonu önemli ölçüde düşer. Moleküllerin kendisi normal koşullar altında değişmez. Bu, maddenin 4 halinden ilk 3'ünün temel özelliğidir.

Durumların dönüşümü

Bir katının başka formlara dönüştürülmesi işlemi, sıcaklığın kademeli olarak arttırılması ve basıncın değiştirilmesiyle gerçekleştirilebilir. Bu durumda geçişler aniden meydana gelecektir: moleküller arasındaki mesafe gözle görülür şekilde artacak, yoğunluk, entropi ve serbest enerji miktarındaki bir değişiklikle moleküller arası bağlar yok edilecektir. Bir katının ara aşamaları atlayarak doğrudan gaz formuna dönüştürülmesi de mümkündür. Buna süblimasyon denir. Böyle bir süreç normal dünya koşullarında oldukça mümkündür.

Ancak sıcaklık ve basınç göstergeleri kritik seviyelere ulaştığında, maddenin iç enerjisi o kadar artar ki, son derece hızlı hareket eden elektronlar atom içi yörüngelerini terk eder. Bu durumda pozitif ve negatif parçacıklar ancak ortaya çıkan yapıdaki yoğunlukları neredeyse aynı kalıyor. Böylece, plazma ortaya çıkar - aslında bir gaz olan, tamamen veya kısmen iyonize edilmiş, elementleri ile donatılmış bir maddenin toplam durumu uzun mesafeler birbirleriyle etkileşime geçin.

Uzayın yüksek sıcaklıktaki plazması

Plazma, kural olarak nötr bir maddedir, ancak yüklü parçacıklardan oluşmasına rağmen, içindeki pozitif ve negatif elementler, miktar olarak yaklaşık olarak eşit olduğundan, birbirini telafi eder. Normal karasal koşullar altında bu toplanma durumu, daha önce bahsedilenlere göre daha az yaygındır. Fakat buna rağmen çoğunluk kozmik cisimler tamamen doğal plazmadan oluşur.

Bunun bir örneği Güneş ve Evrendeki diğer sayısız yıldızdır. Orada sıcaklıklar inanılmaz derecede yüksek. Sonuçta gezegen sistemimizin ana gövdesinin yüzeyinde 5.500°C'ye ulaşıyorlar. Bu, suyun kaynaması için gereken parametrelerden elli kat daha fazladır. Ateş püskürten topun merkezinde sıcaklık 15.000.000°C'dir. Burada gazların (çoğunlukla hidrojen) iyonize olması ve plazmanın toplam durumuna ulaşması şaşırtıcı değildir.

Doğada düşük sıcaklıkta plazma

Galaktik uzayı dolduran yıldızlararası ortam da plazmadan oluşur. Ancak daha önce açıklanan yüksek sıcaklık çeşidinden farklıdır. Böyle bir madde, yıldızların yaydığı radyasyondan kaynaklanan iyonize maddeden oluşur. Bu düşük sıcaklıktaki plazmadır. Aynı şekilde Dünya'nın sınırlarına ulaşan güneş ışınları iyonosferi ve onun üzerinde yer alan plazmadan oluşan radyasyon kuşağını oluşturur. Farklılıklar yalnızca maddenin bileşimindedir. Periyodik tabloda sunulan tüm elementler benzer bir durumda olmasına rağmen.

Laboratuvarda plazma ve uygulaması

Yasalara göre alışık olduğumuz koşullar altında bu kolaylıkla başarılabilir. Laboratuvar deneyleri yaparken seri bağlı bir kapasitör, diyot ve direnç yeterlidir. Böyle bir devre bir saniye boyunca bir akım kaynağına bağlanır. Ve metal bir yüzeye tellerle dokunursanız, o zaman kendisinin parçacıkları ve yakınlarda bulunan buhar ve hava molekülleri iyonize olur ve kendilerini plazmanın toplu halinde bulurlar. Maddenin benzer özellikleri, ksenon ve neon ekranlar ve kaynak makineleri oluşturmak için kullanılır.

Plazma ve doğal olaylar

Doğal koşullar altında, Kuzey Işıkları ışığında ve fırtına sırasında yıldırım topu şeklinde plazma gözlemlenebilir. Daha önce mistik özellikler atfedilen bazı doğa olaylarının açıklaması artık modern fizik. Uzun ve keskin nesnelerin (direkler, kuleler, devasa ağaçlar) uçlarında oluşan ve parlayan plazma özel koşul atmosfer, yüzyıllar önce denizciler tarafından iyi şansın habercisi olarak kabul edildi. Bu fenomene "Aziz Elmo'nun Ateşi" adı verilmesinin nedeni budur.

Fırtınada fırtına sırasında parlak püsküller veya ışınlar şeklinde bir korona deşarjı gören gezginler, tehlikeden kaçındıklarını fark ederek bunu iyi bir alamet olarak algıladılar. Bu şaşırtıcı değil, çünkü suyun üzerinde yükselen, "bir azizin alametlerine" uygun nesneler, bir geminin kıyıya yaklaştığını gösterebilir veya diğer gemilerle buluşacağını kehanet edebilir.

Dengesiz plazma

Yukarıdaki örnekler, plazma durumuna ulaşmak için bir maddeyi olağanüstü sıcaklıklara ısıtmanın gerekli olmadığını anlamlı bir şekilde göstermektedir. İyonlaşma için elektromanyetik alanın kuvvetinin kullanılması yeterlidir. Aynı zamanda, maddenin (iyonların) ağır kurucu unsurları önemli bir enerji elde etmezler, çünkü bu işlem sırasındaki sıcaklık onlarca santigrat dereceyi aşamayabilir. Bu koşullar altında, ana atomdan kopan hafif elektronlar, daha atıl parçacıklardan çok daha hızlı hareket eder.

Bu tür soğuk plazmaya dengesizlik denir. Plazma TV ve neon lambaların yanı sıra su ve gıda arıtmasında da kullanılmakta olup, tıbbi amaçlı dezenfeksiyon amacıyla da kullanılmaktadır. Ayrıca soğuk plazma kimyasal reaksiyonların hızlanmasına yardımcı olabilir.

Kullanım prensipleri

Yapay olarak oluşturulan plazmanın insanlığın yararına nasıl kullanıldığına dair mükemmel bir örnek, plazma monitörlerinin imalatıdır. Böyle bir ekranın hücreleri ışık yayma kabiliyetine sahiptir. Panel, birbirine yakın yerleştirilmiş cam levhalardan oluşan bir tür “sandviçtir”. Aralarına inert gaz karışımı içeren kutular yerleştirilir. Neon, ksenon, argon olabilirler. Hücrelerin iç yüzeyine ise mavi, yeşil ve kırmızı fosforlar uygulanır.

İletken elektrotlar, aralarında bir voltajın oluşturulduğu hücrelerin dışına bağlanır. Sonuç olarak bir elektrik alanı ortaya çıkar ve bunun sonucunda gaz molekülleri iyonize olur. Ortaya çıkan plazma yayar ultraviyole ışınlar fosforlar tarafından emilir. Bu nedenle yayılan fotonlar aracılığıyla floresans olgusu meydana gelir. Işınların uzaydaki karmaşık birleşimi nedeniyle, çok çeşitli renk tonlarında parlak bir görüntü ortaya çıkıyor.

Plazma dehşeti

Maddenin bu formu nükleer bir patlama sırasında ölümcül bir görünüme bürünür. Bu kontrolsüz işlem sırasında büyük miktarlarda plazma açığa çıkarak büyük hacimlerde plazma oluşur. çeşitli türler enerji. Patlatıcının devreye girmesi sonucu patlayarak ilk saniyelerde çevredeki havayı devasa sıcaklıklara kadar ısıtır. Bu yerde ölümcül ateş topu etkileyici bir hızla büyüyor. Parlak kürenin görünür alanı iyonize hava ile arttırılır. Patlama plazmasının pıhtıları, kabarcıkları ve jetleri bir şok dalgası oluşturur.

İlk kez parlayan top, ilerliyor, yoluna çıkan her şeyi anında emer. Sadece insan kemikleri ve dokuları toza dönüşmüyor, aynı zamanda katı kayalar da toza dönüşüyor ve en dayanıklı yapay yapılar ve nesneler bile yok oluyor. Güvenli barınaklara açılan zırhlı kapılar sizi kurtarmaz; tanklar ve diğer askeri teçhizat ezilir.

Özellikleri bakımından plazma, belirli bir şekle ve hacme sahip olmaması ve bunun sonucunda süresiz olarak genişleyebilmesi nedeniyle bir gaza benzer. Bu nedenle pek çok fizikçi bunun ayrı bir toplanma durumu olarak değerlendirilmemesi gerektiği görüşünü dile getiriyor. Ancak sadece sıcak gazdan önemli farkları açıktır. Bunlar şunları içerir: elektrik akımlarını iletme yeteneği ve manyetik alanlara maruz kalma, kararsızlık ve yetenek kompozit parçacıklar Kolektif olarak birbirleriyle etkileşim halindeyken farklı hızlara ve sıcaklıklara sahiptirler.

Kan, bir grup maddenin (plazma ve şekillendirilmiş elementler) birleşiminden oluşur. Her parçanın kendine özgü işlevleri vardır ve kendine özgü görevleri yerine getirir. Kandaki bazı enzimler onu kırmızı yapar, ancak yüzde olarak bileşimin çoğunluğu (%50-60) açık sarı bir sıvı tarafından kaplanır. Bu plazma oranına hematokrin denir. Plazma, sudan daha yoğun olmasına rağmen kana sıvı halini verir. Plazma içerdiği maddelerle yoğunlaşır: yağlar, karbonhidratlar, tuzlar ve diğer bileşenler. Yağlı bir yemek yedikten sonra insan kan plazması bulanıklaşabilir. Peki kan plazması nedir ve vücuttaki işlevleri nelerdir, tüm bunları daha sonra öğreneceğiz.

Bileşenler ve bileşim

Kan plazmasının %90'ından fazlası sudur, bileşenlerinin geri kalanı kuru maddelerdir: proteinler, glikoz, amino asitler, yağlar, hormonlar, çözünmüş mineraller.

Plazmanın bileşiminin yaklaşık %8'i proteinlerden oluşur. sırasıyla albümin fraksiyonu (%5), globulin fraksiyonu (%4) ve fibrinojenden (%0,4) oluşur. Yani 1 litre plazmada 900 gr su, 70 gr protein ve 20 gr moleküler bileşik bulunur.

En yaygın proteindir. Karaciğerde oluşur ve protein grubunun %50'sini kaplar. Albüminin ana fonksiyonları taşıma (eser elementlerin ve ilaçların transferi), metabolizmaya katılım, protein sentezi ve amino asit rezervidir. Kandaki albüminin varlığı karaciğerin durumunu yansıtır; azalmış albümin seviyesi hastalığın varlığını gösterir. Örneğin çocuklarda düşük albümin seviyeleri sarılık gelişme olasılığını artırır.

Globulinler proteinin büyük moleküler bileşenleridir. Karaciğer ve bağışıklık sisteminin organları tarafından üretilirler. Globulinler üç tipte olabilir: beta, gama ve alfa globulinler. Hepsi ulaşım ve iletişim işlevlerini sağlar. Antikorlar olarak da adlandırılırlar ve bağışıklık sisteminin reaksiyonundan sorumludurlar. Vücuttaki immünoglobulinlerin azalmasıyla birlikte bağışıklık sisteminin işleyişinde önemli bir bozulma gözlenir: sürekli bakteriyel ve.

Fibrinojen proteini karaciğerde oluşur ve fibrine dönüşerek damar hasarı olan bölgelerde pıhtı oluşturur. Böylece sıvı pıhtılaşma sürecine katılır.

Arasında protein olmayan bileşikler Sunmak:

• Organik nitrojen içeren bileşikler (üre nitrojeni, bilirubin, ürik asit, kreatin vb.). Vücuttaki nitrojen artışına azotomi denir. İdrarda metabolik ürünlerin atılımı ihlal edildiğinde veya proteinlerin aktif parçalanması nedeniyle (açlık, diyabet, yanıklar, enfeksiyonlar) aşırı miktarda nitrojenli madde alımı olduğunda ortaya çıkar.
• Organik nitrojen içermeyen bileşikler (lipitler, glikoz, laktik asit). Sağlığı korumak için bu hayati belirtilerin bir kısmını izlemek gerekir.
• İnorganik elementler (kalsiyum, sodyum tuzu, magnezyum vb.). Mineraller de sistemin temel bileşenleridir.

Plazma iyonları (sodyum ve klor) alkalin kan seviyesini (ph) korur ve normal durum hücreler. Ayrıca ozmotik basıncı koruma görevi de görürler. Kalsiyum iyonları kas kasılma reaksiyonlarında rol oynar ve sinir hücrelerinin duyarlılığını etkiler.

Vücudun yaşamı boyunca metabolik ürünler, biyolojik olarak aktif elementler, hormonlar, besinler ve vitaminler. Ancak spesifik olarak değişmez. Düzenleyici mekanizmalar kan plazmasının en önemli özelliklerinden birini - bileşiminin sabitliğini - sağlar.

Plazma fonksiyonları

Plazmanın temel amacı ve işlevi kan hücrelerini ve besin maddelerini taşımaktır. Aynı zamanda vücuttaki sıvıların ötesine geçen sıvıları da bağlar. kan dolaşım sistemiçünkü nüfuz etme eğiliminde.

Kan plazmasının en önemli işlevi hemostazı gerçekleştirmektir (sıvının pıhtılaşmaya karışan daha sonra kan pıhtısını durdurabildiği ve çıkarabildiği sistemin çalışmasını sağlamak). Kandaki plazmanın görevi aynı zamanda vücutta sabit basıncı korumaktır.

Hangi durumlarda ve neden ihtiyaç duyulur? Çoğu zaman, plazma tam kanla değil, yalnızca bileşenleri ve plazma sıvısıyla transfüze edilir. Üretim sırasında sıvı ve şekillendirilmiş elemanlar özel araçlar kullanılarak ayrılır, ikincisi kural olarak hastaya iade edilir. Bu tür bağışla bağış sıklığı ayda 2'ye çıkar, ancak yılda 12'yi geçemez.

Kan serumu aynı zamanda kan plazmasından da yapılır: bileşimden fibrinojen çıkarılır. Aynı zamanda plazmadan gelen serum, mikroplara direnecek tüm antikorlarla doymuş halde kalır.

Plazmayı etkileyen kan hastalıkları

Kandaki plazmanın bileşimini ve özelliklerini etkileyen insan hastalıkları son derece tehlikelidir.

Hastalıkların bir listesi var:

• - Enfeksiyon doğrudan dolaşım sistemine girdiğinde ortaya çıkar.
• ve yetişkinler - pıhtılaşmadan sorumlu proteinin genetik eksikliği.
• Hiper pıhtılaşma durumu - çok hızlı pıhtılaşma. Bu durumda kanın viskozitesi artar ve hastalara bunu inceltmek için ilaçlar reçete edilir.
• Derin - derin damarlarda kan pıhtılarının oluşumu.
• DIC sendromu, kan pıhtıları ve kanamanın eş zamanlı ortaya çıkmasıdır.

Tüm hastalıklar dolaşım sisteminin işleyişiyle ilişkilidir. Kan plazmasının yapısındaki bireysel bileşenler üzerindeki etki, vücudun canlılığını normale döndürebilir.

Plazma, kanın karmaşık bir bileşime sahip sıvı bileşenidir. Kendisi, insan vücudunun yaşamının imkansız olacağı bir dizi işlevi yerine getirir.

Tıbbi amaçlar için, kandaki plazma genellikle aşıdan daha etkilidir, çünkü onu oluşturan immünoglobulinler mikroorganizmaları reaktif olarak yok eder.

Kan plazması: kurucu elementler (maddeler, proteinler), vücuttaki işlevler, kullanım

Kan plazması, kan adı verilen en değerli biyolojik ortamın ilk (sıvı) bileşenidir. Kan plazması toplam kan hacminin %60'ını oluşturur. Kan dolaşımında dolaşan sıvının ikinci kısmı (%40 - 45) oluşan elementler tarafından alınır: kırmızı kan hücreleri, lökositler, trombositler.

Kan plazmasının bileşimi benzersizdir. Orada olmayan ne? Çeşitli proteinler, vitaminler, hormonlar, enzimler - genel olarak her saniye insan vücudunun yaşamını sağlayan her şey.

Kan plazması bileşimi

Test tüpünde demet oluşumu sırasında açığa çıkan sarımsı şeffaf sıvı plazma mıdır? Hayır, bu kan serumu pıhtılaşmış proteinin (faktör I) bulunmadığı durumlarda pıhtıya dönüşür. Ancak kanı antikoagülanlı bir test tüpüne alırsanız, kanın pıhtılaşmasına izin vermez ve bir süre sonra ağır oluşan elementler dibe çöker ve üstte de sarımsı bir sıvı kalır. ama biraz bulanık, serumun aksine, işte burada ve orada kan plazması bulanıklığı içerdiği proteinler, özellikle fibrinojen (FI) tarafından sağlanır.

Kan plazmasının bileşimi çeşitliliği açısından dikkat çekicidir. % 90-93'ünü oluşturan suya ek olarak, protein ve protein olmayan yapıdaki bileşenleri (% 10'a kadar) içerir:

Kanın genel bileşiminde plazma

• Kanın sıvı kısmının toplam hacminin% 7-8'ini alan (1 litre plazma 65 ila 85 gram protein içerir, kandaki toplam protein normu biyokimyasal analiz: 65 – 85 g/l). Ana plazma proteinleri tanınır (tüm proteinlerin %50'sine kadar veya 40 - 50 g/l), (≈ %2,7) ve fibrinojen;
• Diğer protein maddeleri (tamamlayıcı bileşenler, karbonhidrat-protein kompleksleri, vb.);
• Biyolojik olarak aktif maddeler(enzimler, hematopoietik faktörler - hemositokinler, hormonlar, vitaminler);
• Düşük moleküler ağırlıklı peptitler, prensipte protein olan ancak düşük moleküler ağırlığa sahip sitokinlerdir; diğer kan hücreleri de buna dahil olmasına rağmen esas olarak lenfositler tarafından üretilirler. “Küçük boyuna” rağmen sitokinler en önemli işlevler bir bağışıklık tepkisini tetiklerken bağışıklık sistemi ile diğer sistemler arasında etkileşime girerler;
• Canlı bir organizmada sürekli olarak meydana gelen metabolik süreçlere katılan karbonhidratlar;
• Bu metabolik süreçlerin bir sonucu olarak elde edilen ve daha sonra böbrekler (vb.) tarafından atılacak olan ürünler;
• D.I. Mendeleev'in tablosundaki öğelerin büyük çoğunluğu kan plazmasında toplanır. Doğru, dolaşımdaki katyonlar ve anyonlar formundaki inorganik doğanın bazı temsilcileri (potasyum, iyot, kalsiyum, kükürt vb.) kolayca sayılabilir, diğerleri (vanadyum, kobalt, germanyum, titanyum, arsenik vb.) - nedeniyle bunların küçük miktarlarını hesaplamak zordur. Bu arada, plazmada bulunanların hepsinin payı kimyasal elementler%0,85 ila %0,9 arasındadır.

Dolayısıyla plazma, insan ve memeli vücudunda bulunan her şeyin ve ondan çıkarılmak üzere hazırlanan her şeyin "yüzdüğü" çok karmaşık bir kolloidal sistemdir.

Su, tüm hücreler ve dokular için bir H20 kaynağıdır; plazmada bu kadar önemli miktarlarda bulunması, normal bir kan basıncı seviyesi (BP) sağlar ve dolaşımdaki kan hacmini (CBV) az çok sabit tutar.

Amino asit kalıntıları, fizikokimyasal özellikleri ve diğer özellikleri bakımından farklılık gösteren proteinler, vücudun temelini oluşturarak ona yaşam sağlar. Plazma proteinlerini fraksiyonlara bölerek, kan plazmasındaki bireysel proteinlerin, özellikle albüminlerin ve globulinlerin içeriğini öğrenebilirsiniz. Bu, laboratuvarlarda teşhis amacıyla yapılır ve bu, çok değerli tıbbi ilaçlar elde etmek için endüstriyel ölçekte yapılır.

Mineral bileşikleri arasında en büyük pay kan plazmasının bileşiminde sodyum ve klora (Na ve Cl) aittir. Bu iki elementin her biri, plazmanın mineral bileşiminin ≈%0,3'ünü kaplar, yani bunlar, kan kaybı sırasında dolaşımdaki kan hacmini (CBV) yenilemek için sıklıkla kullanılan ana elementlerdir. Böyle durumlarda ulaşılabilir ve ucuz yemek hazırlanıp dökülür. ilaç– izotonik sodyum klorür çözeltisi. Aynı zamanda,% 0,9'luk NaCl çözeltisine fizyolojik denir ve bu tamamen doğru değildir: fizyolojik bir çözelti, sodyum ve klorun yanı sıra diğer makro ve mikro elementleri de içermelidir (plazmanın mineral bileşimine karşılık gelir).

Video: kan plazması nedir

Kan plazmasının fonksiyonları proteinler tarafından sağlanır.

Kan plazmasının işlevleri, esas olarak protein olmak üzere bileşimi ile belirlenir. Bu konu, aşağıdaki ana plazma proteinlerine ayrılan bölümlerde daha ayrıntılı olarak tartışılacaktır, ancak bu biyolojik materyalin çözdüğü en önemli görevleri kısaca belirtmekten zarar gelmez. Yani, kan plazmasının ana fonksiyonları şunlardır:

1. Taşıma (albümin, globulinler);
2. Detoksifikasyon (albümin);
3. Koruyucu (globulinler – immünoglobulinler);
4. Pıhtılaşma (fibrinojen, globulinler: alfa-1-globulin - protrombin);
5. Düzenleme ve koordinasyon (albümin, globulinler);

Bu kısaca kanın bir parçası olarak damarlar içerisinde sürekli hareket ederek vücudun normal işleyişini sağlayan sıvının işlevsel amacı ile ilgilidir. Ancak yine de bazı bileşenlerine daha fazla dikkat edilmesi gerekiyordu, örneğin okuyucu bu kadar az bilgi aldıktan sonra kan plazma proteinleri hakkında ne öğrendi? Ancak listelenen sorunları (kan plazmasının işlevleri) esas olarak çözenler onlardır.

kan plazma proteinleri

Tabii ki, kanın sıvı kısmına ayrılmış küçük bir makalede, plazmada bulunan proteinlerin tüm özelliklerine değinerek tam miktarda bilgi vermek muhtemelen zordur. Bu arada, okuyucuya ana proteinlerin (albümin, globulinler, fibrinojen - bunlar ana plazma proteinleri olarak kabul edilir) özellikleri hakkında bilgi vermek ve protein niteliğindeki diğer bazı maddelerin özelliklerinden bahsetmek oldukça mümkündür. Üstelik (yukarıda da belirttiğimiz gibi) bu değerli sıvı ile fonksiyonel görevlerinin yüksek kalitede yerine getirilmesini sağlarlar.

Ana plazma proteinleri aşağıda tartışılacaktır, ancak okuyucunun dikkatine, hangi proteinlerin ana kan proteinlerini temsil ettiğini ve bunların ana amaçlarını gösteren bir tablo sunmak istiyorum.

Tablo 1. Ana kan plazma proteinleri

Albümin

Albüminler diğer proteinlerle karşılaştırıldığında basit proteinlerdir:

albümin yapısı

• Çözeltilerde en yüksek stabiliteyi gösterirler ancak suda oldukça çözünürler;
• Tekrarlanan donmalardan özellikle zarar görmeden, sıfırın altındaki sıcaklıkları oldukça iyi tolere ederler;
• Kuruduğunda çökmeyin;
• Diğer proteinler için oldukça yüksek olan (60ᵒC) sıcaklıkta 10 saat kaldıktan sonra özelliklerini kaybetmezler.

Bu önemli proteinlerin yetenekleri, albümin molekülünde, ana proteini belirleyen çok sayıda polar bozunan yan zincirin varlığından kaynaklanmaktadır. fonksiyonel sorumluluklar proteinler – metabolizmaya katılım ve antitoksik etki. Albüminin kan plazmasındaki fonksiyonları şu şekilde temsil edilebilir:

1. Su metabolizmasına katılım (albümin, kanın toplam kolloid ozmotik basıncının% 80'ini sağladığı için gerekli sıvı hacmini korur);
2. Ulaşıma katılım çeşitli ürünler ve özellikle de olanlar büyük zorluklarla suda çözülebilir, örneğin yağlar ve safra pigmenti - bilirubin (albümin moleküllerine bağlanan bilirubin, vücuda zararsız hale gelir ve bu durumda karaciğere aktarılır);
3. Plazmaya giren makro ve mikro elementlerin (kalsiyum, magnezyum, çinko vb.) yanı sıra birçok ilaçla etkileşimi;
4. Bu proteinlerin kolayca nüfuz ettiği dokulardaki toksik ürünlerin bağlanması;
5. Karbonhidrat transferi;
6. Serbest yağ asitlerinin bağlanması ve transferi - Yağ depolarından karaciğere ve diğer organlara gönderilen FA (% 80'e kadar) ve tersine FA, kırmızı kan hücrelerine (eritrositler) karşı saldırganlık göstermez ve hemoliz meydana gelmez;
7. Karaciğer parankim hücrelerinin yağlı hepatozundan ve diğer parankimal organların dejenerasyonundan (yağlı) korunma ve ayrıca aterosklerotik plakların oluşumunun engellenmesi;
8. İnsan vücudundaki belirli maddelerin "davranışının" düzenlenmesi (enzimlerin, hormonların ve antibakteriyel ilaçların bağlı formdaki aktivitesi azaldığından, bu proteinler etkilerini doğru yöne yönlendirmeye yardımcı olur);
9. Plazmadaki katyon ve anyonların optimal seviyelerinin sağlanması, vücuda yanlışlıkla giren ağır metal tuzlarının olumsuz etkilerinden korunma (tiyol grupları kullanılarak onlarla kompleks haline getirilirler), zararlı maddelerin nötralizasyonu;
10. İmmünolojik reaksiyonların katalizi (antijen→antikor);
11. Sabit bir kan pH'ının korunması (tampon sisteminin dördüncü bileşeni plazma proteinleridir);
12. Doku proteinlerinin "inşasında" yardımcı olur (albümin, diğer proteinlerle birlikte, böylesine önemli bir görev için bir "yapı malzemeleri" rezervi oluşturur).

Albümin karaciğerde sentezlenir. Bu proteinin ortalama yarı ömrü 2-2,5 haftadır, ancak bazıları bir hafta "yaşar", bazıları ise 3-3,5 haftaya kadar "çalışır". Donör plazmasındaki proteinlerin fraksiyonlanmasıyla aynı adı taşıyan çok değerli bir terapötik ilaç (%5, %10 ve %20'lik solüsyon) elde edilir. Albümin sürecin son kısmıdır, dolayısıyla üretimi önemli miktarda işçilik ve malzeme maliyeti gerektirir, dolayısıyla ilacın maliyeti de artar.

Donör albümininin kullanımına ilişkin endikasyonlar çeşitli (çoğu durumda oldukça şiddetli) durumlardır: büyük, yaşamı tehdit eden kan kaybı, albümin seviyelerinde düşüş ve çeşitli hastalıklara bağlı olarak kolloid ozmotik basınçta azalma.

Globulinler

Bu proteinler albümine göre daha küçük bir pay kaplar ancak diğer proteinler arasında oldukça dikkat çekicidir. Laboratuvar koşullarında globulinler beş fraksiyona ayrılır: α-1, α-2, β-1, β-2 ve γ-globulinler. Üretim koşulları altında, daha sonra bağışıklık sistemindeki bozuklukların eşlik ettiği çeşitli hastalıkların tedavisinde kullanılacak ilaçları elde etmek için gama globülinler fraksiyon II + III'ten izole edilir.

plazma protein türlerinin çeşitli formları

Albüminlerden farklı olarak su, içinde çözünmediği için globülinleri çözmek için uygun değildir, ancak nötr tuzlar ve zayıf bazlar bu proteinin bir çözeltisini hazırlamak için oldukça uygundur.

Globulinler çok önemli plazma proteinleridir ve çoğu durumda proteinlerdir. akut faz. İçerikleri tüm plazma proteinlerinin %3'ü oranında olmasına rağmen insan vücudu için en önemli görevleri çözerler:

• Alfa globulinler tüm inflamatuar reaksiyonlarda rol oynar (biyokimyasal kan testinde a-fraksiyonunda bir artış not edilir);
• Lipoproteinlerin bir parçası olan alfa ve beta globulinler taşıma fonksiyonları(serbest yağlar, sağlıksız yağlı bir yemekten sonra ve normal koşullar kolesterol ve diğer lipitler globülinlere bağlanır ve suda çözünür bir form oluşturur ve bir organdan diğerine kolayca taşınır);
• a- ve β-globülinler, ateroskleroz gelişimindeki rollerini belirleyen kolesterol metabolizmasında rol oynar (yukarıya bakın), bu nedenle lipit birikimi ile ortaya çıkan patolojide beta fraksiyonunun değerlerinin yukarı doğru değişmesi şaşırtıcı değildir. ;
• Globulinler (alfa-1 fraksiyonu) B12 vitaminini ve bazı hormonları taşır;
• Alfa-2-globulin, redoks süreçlerinde çok aktif olarak yer alan haptoglobinin bir parçasıdır - bu akut faz proteini, serbest hemoglobini bağlar ve böylece demirin vücuttan atılmasını önler;
• Bazı beta globulinler, gama globulinlerle birlikte vücudun bağışıklık savunmasındaki sorunları çözer, yani bunlar immünoglobulinlerdir;
• Alfa, beta-1 ve beta-2 fraksiyonlarının temsilcileri steroid hormonları, A vitamini (karoten), demir (transferrin), bakır (seruloplazmin) taşır.

Kendi grupları içinde globülinlerin birbirlerinden biraz farklı olduğu açıktır (öncelikle işlevsel amaçları bakımından).

Yaşla veya bazı hastalıklarla birlikte karaciğerin tamamen normal olmayan alfa ve beta globülinler üretmeye başlayabileceği, protein makromolekülünün değişen uzaysal yapısının ise üretmediği unutulmamalıdır. mümkün olan en iyi şekilde globulinlerin fonksiyonel yeteneklerini etkileyecektir.

Gama globulinler

Gama globulinler, en düşük elektroforetik hareketliliğe sahip kan plazma proteinleridir; bu proteinler, doğal ve edinilmiş (bağışıklık) antikorların (AT) büyük kısmını oluşturur. Yabancı bir antijenle karşılaştıktan sonra vücutta oluşan gama globulinlere immünoglobulinler (Ig) adı verilir. Şu anda, laboratuvar hizmetinde sitokimyasal yöntemlerin ortaya çıkmasıyla birlikte, içindeki bağışıklık proteinlerini ve bunların konsantrasyonlarını belirlemek için serumu incelemek mümkün hale geldi. Tüm immünoglobulinler ve bunların 5 sınıfı aynı klinik öneme sahip değildir; ayrıca plazmadaki içerikleri yaşa bağlıdır ve yaşla birlikte değişir. farklı durumlar(inflamatuar hastalıklar, alerjik reaksiyonlar).

Tablo 2. İmmünoglobulin sınıfları ve özellikleri

İmmünoglobulin konsantrasyonu farklı gruplar genç ve orta yaş kategorisindeki çocuklarda gözle görülür dalgalanmalar vardır (esas olarak oldukça yüksek seviyelerin gözlendiği G sınıfı immünoglobulinler nedeniyle - 16 g / l'ye kadar). Ancak yaklaşık 10 yaş sonrasında, aşılar tamamlandığında ve başlıca çocukluk çağı enfeksiyonları atlatıldığında, Ig içeriği (IgG dahil) azalarak yetişkin seviyelerine ulaşır:

IgM – 0,55 – 3,5 g/l;

IgA – 0,7 – 3,15 g/l;

IgG – 0,7 – 3,5 g/l;

Fibrinojen

Bir pıhtı oluştuğunda fibrine dönüşen ve pıhtı oluşturan (plazmada fibrinojenin varlığı onu serumdan ayırır) ilk pıhtılaşma faktörü (FI - fibrinojen), esasen globülinleri ifade eder.

Fibrinojen, protein fraksiyonlamasında kullanılan% 5 etanolün yanı sıra yarı doymuş bir sodyum klorür çözeltisi, plazmanın eter ile işlenmesi ve tekrar tekrar dondurulması ile kolayca çökeltilir. Fibrinojen termolabildir ve 56 derece sıcaklıkta tamamen pıhtılaşır.

Fibrinojen olmadan fibrin oluşmaz ve o olmadan kanama durmaz. Bu proteinin geçişi ve fibrin oluşumu, trombinin (fibrinojen → ara ürün - fibrinojen B → trombosit agregasyonu → fibrin) katılımıyla gerçekleştirilir. Pıhtılaşma faktörünün polimerizasyonunun ilk aşamaları tersine çevrilebilir, ancak fibrin stabilize edici enzimin (fibrinaz) etkisi altında stabilizasyon meydana gelir ve ters reaksiyon ortadan kaldırılır.

Fibrinojenin temel fonksiyonel amacı kan pıhtılaşma reaksiyonuna katılmaktır, fakat aynı zamanda başka işlevleri de vardır. faydalı özelliklerÖrneğin, görevlerini yerine getirirken damar duvarını güçlendirir, küçük “onarımlar” yapar, endotele yapışarak bir insanın hayatı boyunca ara sıra ortaya çıkan küçük kusurları kapatır.

Laboratuvar göstergeleri olarak plazma proteinleri

Laboratuvar koşullarında, plazma proteinlerinin konsantrasyonunu belirlemek için plazmayla (kan antikoagülanlı bir test tüpüne alınır) veya kuru bir kapta toplanan serumla çalışabilirsiniz. Serum proteinleri, bilindiği gibi kan serumunda bulunmayan ve antikoagülan olmadan pıhtı oluşturmak için kullanılan fibrinojen dışında plazma proteinlerinden farklı değildir. Ana proteinler çeşitli patolojik süreçler sırasında kandaki dijital değerlerini değiştirir.

Serumdaki (plazma) albümin konsantrasyonundaki artış, dehidrasyon veya yüksek konsantrasyonlarda albüminin aşırı alımı (intravenöz uygulama) ile ortaya çıkan nadir bir olgudur. Albümin seviyelerindeki azalma, karaciğer fonksiyonunun tükendiğini, böbrek problemlerini veya gastrointestinal sistemdeki bozuklukları gösterebilir.

Protein fraksiyonlarındaki artış veya azalma, bir dizi patolojik sürecin karakteristiğidir;örneğin, akut faz proteinleri alfa-1- ve alfa-2-globulinler, değerlerini artırarak, solunum organlarında (bronşlar, akciğerler) lokalize olan, boşaltım sistemini (böbrekler) veya kalp kasını etkileyen akut bir inflamatuar süreci gösterebilir. (miyokardiyal enfarktüs).

Gama globulin (immünoglobulin) fraksiyonuna çeşitli durumların tanısında özel bir yer verilmiştir. Antikorların belirlenmesi sadece bulaşıcı bir hastalığın tanınmasına değil aynı zamanda evresinin ayırt edilmesine de yardımcı olur. Okuyucu, çeşitli proteinlerin (proteinogram) değerlerindeki değişiklikler hakkında daha ayrıntılı bilgiyi ayrı bir bölümde bulabilir.

Fibrinojen normundan sapmalar, hemokoagülasyon sistemindeki bozukluklar olarak kendini gösterir, bu nedenle bu protein, kan pıhtılaşma yeteneklerinin (koagülogram, hemostasiogram) en önemli laboratuvar göstergesidir.

İnsan vücudu için önemli olan diğer proteinlere gelince, belirli teknikleri kullanarak serumu incelerken, hastalıkların teşhisi için ilginç olan hemen hemen her şeyi bulabilirsiniz. Örneğin bir numunedeki konsantrasyonun (beta globulin, akut faz proteini) hesaplanması ve bunun sadece “ araç“(her ne kadar bu muhtemelen ilk şey olsa da), doktor kırmızı kan hücreleri tarafından salınan ferrik demirin proteine ​​bağlanma derecesini öğrenecektir, çünkü bilindiği gibi Fe3+, vücutta serbest halde mevcut olduğunda, belirgin bir toksik etki.

İçeriği belirlemek için serumun incelenmesi (akut faz proteini, metaloglikoprotein, bakır taşıyıcı), Konovalov-Wilson hastalığı (hepatoserebral dejenerasyon) gibi ciddi bir patolojinin teşhisine yardımcı olur.

Böylece, plazmayı (serum) inceleyerek, hem hayati önem taşıyan proteinlerin hem de patolojik bir sürecin göstergesi olarak kan testinde görünen proteinlerin içeriğini (örneğin,) belirlemek mümkündür.

Kan plazması terapötik bir ajandır

Terapötik bir ajan olarak plazmanın hazırlanması geçen yüzyılın 30'lu yıllarında başladı. Artık oluşan elementlerin 2 gün içinde kendiliğinden çökeltilmesiyle elde edilen doğal plazma uzun süredir kullanılmamaktadır. Yeni kan ayırma yöntemleri (santrifüj, plazmaferez) eski yöntemlerin yerini almıştır. Toplandıktan sonra kan santrifüj edilir ve bileşenlere (plazma + şekillendirilmiş elementler) ayrılır. Bu şekilde elde edilen kanın sıvı kısmı genellikle dondurulur (taze donmuş plazma) ve hepatit enfeksiyonunu, özellikle de oldukça uzun bir kuluçka süresine sahip olan hepatit C'yi önlemek için karantina depolamasına gönderilir. Bu biyolojik ortamı ultraviyole altında dondurmak Düşük sıcaklık ah, onu bir yıl veya daha uzun süre saklamanıza ve ardından ilaçların (kriyopresipitat, albümin, gama globulin, fibrinojen, trombin vb.) hazırlanmasında kullanmanıza olanak tanır.

Şu anda, kanın transfüzyon için sıvı kısmı, donörlerin sağlığı açısından en güvenli olan plazmaferez ile giderek daha fazla hazırlanmaktadır. Santrifüj sonrası oluşan elementler intravenöz uygulama ile geri döndürülür ve kan bağışlayan kişinin vücudundaki plazmada kaybolan proteinler, vücudun kendi fonksiyonlarını bozmadan hızla yenilenerek fizyolojik normale döner.

Taze donmuş plazmaya ek olarak birçok kez transfüze edilen patolojik durumlar Bir donörün belirli bir aşıyla, örneğin stafilokok toksoidiyle immünizasyonundan sonra elde edilen immün plazma, terapötik bir ajan olarak kullanılır. Yüksek titrede anti-stafilokokal antikorlara sahip olan bu tür plazma, anti-stafilokokal gama globulin (insan anti-stafilokokal immünoglobulin) hazırlamak için de kullanılır - üretimi (protein fraksiyonasyonu) önemli miktarda emek ve malzeme gerektirdiğinden ilaç oldukça pahalıdır. maliyetler. Ve bunun hammaddesi kan plazmasıdır aşılanmış bağışçılar.

Yanma önleyici plazma bir çeşit bağışıklık ortamıdır. Uzun zamandır böyle bir dehşet yaşayan insanların kanının toksik özelliklere sahip olduğu, ancak bir ay sonra içinde akut dönemde "talihsiz arkadaşlara" yardımcı olabilecek yanık antitoksinlerin (beta ve gama globulinler) tespit edilmeye başlandığı belirtildi. yanık hastalığı dönemi.

Tabii ki, böyle bir çare elde etmek, iyileşme döneminde kanın kaybolan sıvı kısmının donör plazması ile doldurulmasına rağmen, yanmış insanların vücudunda protein tükenmesi yaşanmasına rağmen bazı zorluklarla birlikte gelir. Fakat bağışçı yetişkin ve diğer açılardan sağlıklı olmalı ve plazması belirli bir antikor titresine sahip olmalıdır (en az 1:16). İyileşme dönemindeki plazmanın bağışıklık aktivitesi yaklaşık iki yıl sürer ve iyileşme sonrasında bir ay boyunca iyileşme dönemindeki donörlerden tazminatsız olarak alınabilir.

Kriyopresipitat adı verilen hemostatik bir ajan, hemofili veya diğer pıhtılaşma patolojisinden muzdarip kişiler için bağışlanan kan plazmasından hazırlanır; buna antihemofilik faktör (FVIII), von Willebrand faktörü (VWF) ve fibrinazda (faktör XIII, FXIII) bir azalma eşlik eder. Onun aktif madde– pıhtılaşma faktörü VIII.

Video: kan plazmasının toplanması ve kullanımı hakkında

Plazma proteinlerinin endüstriyel ölçekte fraksiyonlanması

Bu arada, tam plazmanın modern koşullarda kullanılması her zaman haklı değildir. Üstelik hem terapötik hem de ekonomik açıdan. Plazma proteinlerinin her biri kendine özgü fizikokimyasal ve biyolojik özellikler. Ve bu kadar değerli bir ürünü, plazmanın tamamına değil, belirli bir plazma proteinine ihtiyaç duyan bir kişiye düşüncesizce aşılamanın bir anlamı yok ve ayrıca maddi açıdan da pahalı. Yani, kanın bileşenlere bölünmüş sıvı kısmının aynı dozu, ayrı bir ilaca ihtiyaç duyan tek bir hasta değil, birkaç hastaya fayda sağlayabilir.

İlaçların endüstriyel üretimi, Harvard Üniversitesi'ndeki bilim adamlarının bu yönde geliştirmesiyle (1943) dünyada tanındı. Plazma proteinlerinin fraksiyonlanması, özü protein fraksiyonlarının kademeli olarak eklenmesiyle çökeltilmesi olan Kohn yöntemine dayanmaktadır. etil alkol(ilk aşamada konsantrasyon -% 8, son aşamada -% 40) düşük sıcaklık koşullarında (-3°С - aşama I, -5°С - son). Elbette yöntem birkaç kez değiştirildi, ancak şimdi bile (farklı modifikasyonlarla) gezegenin her yerinde kan ürünleri elde etmek için kullanılıyor. İşte bunun kısa bir diyagramı:

• İlk aşamada protein çökelir. fibrinojen(tortu I) – bu ürün, özel işlemlerden sonra tıbbi ağa gidecektir. Uygun isim veya Fibrinostat adı verilen bir kanama kontrol kitinin içinde yer almaktadır);
• Sürecin ikinci aşaması süpernatan II + III ( protrombin, beta ve gama globulinler) - bu fraksiyon adı verilen bir ilacın üretiminde kullanılacaktır. normal insan gama globulin veya adı verilen bir çare olarak serbest bırakılacak antistafilokok gama globulin. Her durumda, ikinci aşamada elde edilen süpernatandan, büyük miktarda antimikrobiyal ve antiviral antikor içeren bir ilacın hazırlanması mümkündür;
• Sediman V'e ulaşmak için sürecin üçüncü ve dördüncü aşamalarına ihtiyaç vardır ( albümin+ globulinlerin karışımı);
• 97 – 100% albümin ancak son aşamada ortaya çıkıyor, bundan sonra albüminle tıbbi kurumlara ulaşana kadar uzun süre çalışmanız gerekecek (%5, 10, 20 albümin).

Ancak bu sadece kısa bir şemadır; bu tür bir üretim aslında çok zaman alır ve çok sayıda personelin katılımını gerektirir. değişen dereceler nitelikler. Sürecin her aşamasında geleceğin en değerli ilacı kontrol altında sürekli kontrolçeşitli laboratuvarlar (klinik, bakteriyolojik, analitik), çünkü çıkıştaki kan ürününün tüm parametreleri, transfüzyon ortamının tüm özelliklerine kesinlikle uygun olmalıdır.

Böylece plazma, kanda vücudun normal işleyişini sağlamasının yanı sıra, benzersiz özelliklerini kullanarak sağlık durumunu gösteren önemli bir teşhis kriteri olabilir veya diğer insanların hayatını kurtarabilir. Ve her şey kan plazmasıyla ilgili değil. Tüm proteinlerinin, makro ve mikro elementlerinin tam bir tanımını yapmadık veya işlevlerini ayrıntılı olarak açıklamadık çünkü geri kalan soruların tüm cevapları VesselInfo sayfalarında bulunabilir.

G 1.

Debye küresi fikrini ortaya koyarsak, plazma idealliği durumuna daha görsel bir anlam verilebilir. Yarıçapı Debye yarıçapına eşit olan bir top plazma hacminde izole edilir ve parçacıkların sayısı sayılır.

N D bu topun içinde bulunan~g 3/2

Kriter (3) ile karşılaştırma, plazma idealliği koşulunun, Debye küresinde yeterli sayıda parçacık bulunması gerekliliğine indirgendiğini gösterir (

N D >> 1).

Yukarıda ele alınan termonükleer plazma koşulları için (

n e = 10 14 cm3, T = 10 8 k ) şekline dönüştü N D » 10 8 . Yıldırım deşarjında ​​oluşan plazma için ( n e = 5·10 19 , T = 10 4), değer N D" 0.1. Böyle bir plazmanın biraz ideal olmadığı ortaya çıkıyor.Plazmanın termodinamiği. Bir plazma ideallik koşulunu karşılıyorsa, termodinamik olarak ideal bir gaz gibi davranır, bu da davranışının olağan gaz yasalarına uyduğu anlamına gelir ( santimetre. GAZ). Plazma farklı türdeki parçacıkların (iyonlar ve elektronlar dahil) bir karışımı olduğundan, Dalton yasasının uygulanması, ideal bir plazmanın plazma basıncını ilişkilendiren durum denklemini yazmamıza olanak tanır.karışımdaki her bir parçacık türünün yoğunluğu ile birlikte, p = p 1 + p 2 + … = ( n 1 + n 2 + …) kT

Burada

T Karışımın tüm bileşenleri için ortak olan ve plazmada tam termodinamik dengenin kurulmasına karşılık gelen sıcaklık. Birçoğunun gerçek plazması deneysel tesisler kural olarak termal denge durumunda değildir. Böylece, gaz deşarj plazması, gazdaki elektrik akımının geçişi sırasında açığa çıkan enerji ile ısıtılır ve esas olarak plazmanın hafif bileşenine - elektronlara aktarılır. Ağır parçacıklarla (iyonlar ve atomlar) çarpıştıklarında elektronlar enerjilerinin yalnızca küçük bir kısmını kaybederler. Plazmada aralarında yoğun enerji alışverişini sağlayacak kadar elektron varsa, plazmada iyonların ve atomların sıcaklığından farklı bir elektron sıcaklığının oluşmasına karşılık gelen bir yarı denge kurulur. ( T > T ). Bu tür plazmaya izotermal olmayan denir. Örneğin gaz ışıklı reklam tüplerinde veya floresan lambalarda elektron sıcaklığı genellikle onbinlerce kelvin iken iyon sıcaklığı ve nötr gazın sıcaklığı 10002000'den yüksek değildir. İLE. Termonükleer tesislerin tamamen iyonize plazması için, plazmanın durum denklemi şu şekilde yazılmıştır: p = k ( n e T e + n ben T ben )

Bu durumda, geleneksel gaz deşarjlı plazmanın aksine, iyon sıcaklığı, elektron sıcaklığından belirgin şekilde daha yüksek olabilir.

Plazmada parçacık çarpışmaları . Sıradan bir gazda, parçacıkların etkileşimi (çarpışma) süreçleri esas olarak elastik niteliktedir. Bu, bu tür çarpışmalar sırasında etkileşime giren her parçacık çiftinin toplam momentumunun ve enerjisinin değişmeden kaldığı anlamına gelir. Gaz veya plazma çok seyrek değilse, parçacık çarpışmaları yeterince hızlı bir şekilde bilinen Maxwell parçacık hız dağılımının oluşturulmasına yol açar ( santimetre. MOLEKÜLER KİNETİK TEORİSİ), bu termal denge durumuna karşılık gelir. Plazma, çok çeşitli parçacık çarpışma süreçleri bakımından gazdan farklılık gösterir. Zayıf iyonize plazmada özel rol Elektronların nötr atomlar veya moleküllerle elastik etkileşimleri, örneğin iyonların atomlar üzerindeki yük değişimi gibi işlemler. Plazma iyonizasyon derecesi arttıkça, yüklü plazma parçacıklarının uzun menzilli Coulomb etkileşimleri, nötr atomların, moleküllerin ve elektronların nötr parçacıklarla olağan kısa menzilli elastik etkileşimlerine eklenir. Yeterince yüksek sıcaklıklarda veya örneğin bir gaz deşarjının elektrik alanında elde ettikleri yüksek enerjiye sahip elektronların varlığında, birçok çarpışma esnek değildir. Bunlar, atomların ve moleküllerin uyarılmış bir duruma geçişi, atomların iyonlaşması, elektronların ve iyonların üçüncü bir parçacığın katılımıyla yeniden birleşmesi vb. gibi süreçleri içerir.

Yüklü parçacıkların Coulomb etkileşimleri plazmada özel bir rol oynar. Nötr bir ideal gaz parçacıkları çoğu zaman serbest hareket halindeyse ve hızları yalnızca kısa süreli çarpışma anlarında keskin bir şekilde değişiyorsa, elektronlar ve iyonlar arasındaki Coulomb çekme veya itme kuvvetleri, parçacıklar birbirinden nispeten uzakta olsa bile fark edilebilir kalır. birbirinden. Aynı zamanda, bu etkileşim Debye yarıçapı mertebesinde bir mesafe ile sınırlıdır; bunun ötesinde seçilen yüklü bir parçacığın diğer yüklü parçacıklarla etkileşimi perdelenir. . Yüklü parçacıkların yörüngesi artık yolun kısa bölümlerinden oluşan bir zikzak çizgisi olarak temsil edilemez. elastik çarpışmalar sıradan gazda. Plazmada her yüklü parçacık sürekli olarak geri kalan elektron ve iyonların oluşturduğu alanda bulunur. Plazma mikro alanının parçacıklar üzerindeki etkisi, parçacık hızının büyüklüğünde ve yönünde düzgün ve sürekli bir değişiklikle kendini gösterir (Şekil 1). Teorik analiz, çok sayıda olmaları nedeniyle zayıf çarpışmaların ortaya çıkan etkisinin, nadir çarpışmalardan kaynaklanan etkiden önemli ölçüde daha büyük olduğunu göstermektedir. ani değişim Parçacık hızının büyüklüğü ve yönü.

Parçacık çarpışmalarını açıklarken çarpışma kesiti veya saçılma kesiti önemli bir rol oynar. Sert elastik toplar gibi etkileşen atomlar için kesit

s = 4p a 2, nerede A top çapı. Yüklü parçacıkların etkileşimi durumunda Coulomb çarpışma kesitinin kısa mesafeli ve uzun menzilli etkileşimleri hesaba katan iki faktörden oluştuğu gösterilebilir. Kısa menzilli etkileşim, parçacık hareketi yönünde keskin bir dönüşe karşılık gelir. Parçacıklar aralarındaki en küçük mesafeye yaklaşırlarsa potansiyel enerji Coulomb etkileşimi parçacıkların bağıl hareketinin kinetik enerjisiyle karşılaştırılır, e 1 , e 2 parçacık yükü, R aralarındaki mesafe, v bağıl hız, M azaltılmış kütle (elektron için M elektron kütlesine eşit Ben ). Bir elektron ile tek yüklü bir iyon arasındaki etkileşim için kısa menzilli etkileşim mesafesi şu şekildedir: b = rmin olarak tanımlandı

Etkili etkileşim kesiti yarıçaplı bir dairenin alanıdır

b, yani P B 2. Bununla birlikte, uzun mesafeli etkileşimler nedeniyle parçacık hareketinin yönü de değişir ve bu da yolun kademeli olarak eğrilmesine yol açar. Hesaplamalar, toplam Coulomb saçılma kesitinin, kısa menzilli etkileşim kesitinin Coulomb logaritması olarak adlandırılan değerle çarpılmasıyla elde edildiğini göstermektedir. s = p b 2 s = p b 2 l L

Büyüklük

L Logaritma işaretinin altında duran , Debye yarıçapının oranına eşittir(formül (1)) kısa menzilli etkileşim parametresine B . Sıradan plazma için (örneğin termonükleer füzyon plazması), Coulomb logaritması 1020 içinde değişir. Böylece, uzun menzilli etkileşimler daha büyük olan saçılma kesitine katkıda bulunur. tüm sipariş komşularına göre daha büyüktür.

Bir gazdaki çarpışmalar arasındaki parçacıkların ortalama serbest yolu

ben ifadesi ile belirlenir.

Çarpışmalar arasındaki ortalama süre

, 7b v c = (8 kT/p M ) 1/2 parçacıkların ortalama termal hızı.

Bir gaza benzetme yaparak, plazmadaki parçacıkların Coulomb çarpışması durumunda çarpışmalar arasındaki ortalama serbest yol ve ortalama süre kavramları şu şekilde tanıtılabilir:

S ifade (8). Değerden beri S bu durumda parçacık hızına bağlıdır; Maxwell parçacık hızı dağılımı üzerinden ortalama değerlere gitmek için, yaklaşık olarak ortalama kare parçacık hızı ifadesi kullanılabilir. B v 2 sn = (3 kT/ Ben ). Sonuç, plazmadaki elektron-iyon çarpışmalarının ortalama süresine ilişkin yaklaşık bir tahmindir.

ki bu da yakın olduğu ortaya çıkıyor Kesin değer. Bir plazmadaki elektronların iyonlarla çarpışmaları arasındaki ortalama serbest yolu şu şekilde tanımlanır:

Elektron-elektron çarpışmaları için

. İyon-iyon çarpışmalarının ortalama süresi kat kat daha uzundur: T ii = (2 m Ben/M e) 1/2 ton ei .

Böylece sayesinde düşük ağırlık Plazmadaki elektronun karakteristik çarpışma zamanlarında belirli bir hiyerarşi kurulur. Analiz, yukarıda verilen sürelerin, parçacıkların çarpışmaları sırasında momentum transferinin ortalama karakteristik sürelerine karşılık geldiğini göstermektedir. Daha önce belirtildiği gibi, bir elektron ağır bir parçacıkla etkileşime girdiğinde çok küçük (kütlelerinin oranıyla orantılı) bir enerji aktarımı meydana gelir. elektron. Bu nedenle karakteristik enerji aktarım süresi

bu zaman hiyerarşisinde en küçüğü olduğu ortaya çıktı: T E = (m Ben/2m e)T ei .

Hidrojenin ağır izotopunun (döteryum) iyonları ile termonükleer plazma koşulları için

n e = 10 14 cm3, T = 10 8 K,mD/m e = 3,7 10 3) tahminler verir T ei » 2·10 4 c, t ee » 3·10 4 , t ii » 10 2 c, t E » 0,3 C

Bu koşullar altında elektronlar ve iyonlar için karakteristik ortalama serbest yolların birbirine yakın (~10±6 cm) olduğu ortaya çıkar; bu, normal koşullar altında gazlardaki serbest yollardan birçok kez daha fazladır.

Elektronlar ve iyonlar arasındaki ortalama enerji alışverişi süresi, plazma ile yapılan deneylerin olağan makroskopik zaman karakteristiği ile aynı büyüklükte olabilir. Bu, büyüklük sırasına göre bir zaman periyodu boyunca

T e Böylece plazmanın elektron ve iyon bileşenleri arasında sabit bir sıcaklık farkı plazmada muhafaza edilebilir.Manyetik alanda plazma. Yüksek sıcaklıklarda ve düşük yoğunluklar Plazmada yüklü parçacıklar zamanlarının çoğunu serbest hareket halinde geçirirler ve birbirleriyle zayıf etkileşime girerler. Bu, birçok durumda plazmanın, harici elektrik ve manyetik alanlarda neredeyse birbirlerinden bağımsız olarak hareket eden yüklü parçacıkların bir koleksiyonu olarak değerlendirilmesine olanak tanır.

Yüklü bir parçacığın yük ile hareketi

Q E yoğunluğuna sahip bir dış elektrik alanında kuvvetin etkisi altında meydana gelir f= qE Bu da parçacıkların sabit ivmeli hareketine yol açar. Yüklü bir parçacık belirli bir hızla hareket edersemanyetik bir alanda, manyetik alan Lorentz kuvvetiyle ona etki eder f= qvB sin a , B Tesla'da manyetik alan indüksiyonu ( TL ) (uluslararası SI birimleri sisteminde), A manyetik indüksiyon çizgilerinin yönü ile parçacık hızının yönü arasındaki açı. Bir parçacık indüksiyon çizgilerine paralel hareket ettiğinde ( a = 0 veya a = 180° ) Lorentz kuvveti sıfırdır, yani. Manyetik alan parçacığın hareketini etkilemez ve hızını bu yönde korur. En büyük güç Yüklü bir parçacık üzerine dik yönde etki eder ( a = 90° ), Lorentz kuvveti ise hem parçacık hızının yönüne hem de manyetik indüksiyon vektörünün yönüne dik etki eder. Bu kuvvet iş yapmaz ve bu nedenle hızın yalnızca yönünü değiştirebilir, büyüklüğünü değiştiremez. Bu durumda parçacığın yörüngesinin bir daire olduğu gösterilebilir (Şekil 2). Bu durum için Newton'un ikinci yasasını yazarsak dairenin yarıçapını bulmak kolaydır; buna göre kütle ve merkezcil ivmenin çarpımı parçacığa etki eden kuvvete eşittir, mv2 / R) = qvB , aşağıdaki

Büyüklük

R Larmor yarıçapını, 19. yüzyılın sonunda İngiliz fizikçi Larmore'dan sonra adlandırdı. Yüklü parçacıkların manyetik alandaki hareketini inceledi. Parçacık dönüşünün açısal hızı w H= v/ R olarak tanımlandı

ve Larmor (veya siklotron) dönüşü olarak adlandırılır. Bu isim, yüklü parçacıkların özel hızlandırıcılarda - siklotronlarda - bu frekansta dolaşması nedeniyle ortaya çıktı.

Lorentz kuvvetinin yönü yükün işaretine bağlı olduğundan, elektronlar ve pozitif iyonlar zıt yönlerde dönerken, tek yüklü iyonların Larmor yarıçapı (

M/ M ) çarpı elektronların dönme yarıçapı ( M iyon kütlesi, M elektron kütlesi). Örneğin hidrojen iyonları (protonlar) için bu oran neredeyse 2000'dir.

Şu tarihte: düzenli hareket Yüklü bir parçacığın manyetik alan çizgileri boyunca hareket etmesi ve onun etrafında eş zamanlı dönmesi nedeniyle parçacığın yörüngesi sarmal bir çizgidir. İyon ve elektronun sarmal yörüngeleri Şekil 3'te gösterilmektedir.

Manyetik alana ek olarak, yüklü parçacık üzerinde başka bazı alanların da etki ettiği durumlarda (örneğin, yerçekimi veya elektrik alanı) veya manyetik alanın homojen olmadığı durumlarda, parçacığın hareketinin doğası daha karmaşık hale gelir. Ayrıntılı bir analiz, bu tür koşullar altında Larmor dairesinin merkezinin (genellikle ön merkez olarak adlandırılır) manyetik alana dik bir yönde hareket etmeye başladığını gösterir. Lider merkezin bu hareketine denir sürüklenme. Sürüklenme hareketi, yüklü parçacıkların serbest hareketinden farklıdır; çünkü sabit bir kuvvetin etkisi altında, Newton'un ikinci yasasına göre eşit şekilde değil, sabit bir hızda meydana gelir. Hesaplamalardan, düzgün bir manyetik alan durumunda (böyle bir alan, örneğin büyük bir elektromıknatısın düz kutupları arasında veya bir solenoidin içinde, akımla eşit şekilde sarılmış uzun bir bobinin içinde elde edilir), mutlak değeri takip eder. sürüklenme hızı ifadeyle belirlenir

,F^ Manyetik alan çizgilerine dik kuvvet bileşeni. Manyetik alanın yokluğunda tüm parçacıklara (yüklerine bakılmaksızın) eşit şekilde etki eden yerçekimi ve merkezkaç kuvveti gibi kuvvetler, elektronların ve iyonların sürüklenmesine neden olur. zıt yönler yani bu durumda sıfır olmayan bir sürüklenme elektrik akımı ortaya çıkar

Düzgün bir manyetik alanla birlikte, düzgün bir elektrik alanının da kuvvet çizgilerine dik etki etmesi durumunda, sürüklenme hızının ifadesi şu şekli alır:

Elektrik alanın kuvveti parçacığın yüküyle orantılıdır, dolayısıyla ifade (17)'de yük azalmıştır. Bu durumda parçacıkların sürüklenmesi yalnızca tüm plazmanın hareketine yol açar; akımı uyarmaz (Şekil 4). Hızı ifade (17) ile belirlenen sürüklenmeye elektriksel sürüklenme denir.

Çeşitli belirli türler Düzgün olmayan bir manyetik alanda sürüklenmeler meydana gelir. Dolayısıyla, kuvvet çizgilerinin eğriliğinin bir sonucu olarak (manyetik alanın uzunlamasına homojen olmaması), siklotron dairesinin merkezine bir merkezkaç kuvveti etki eder ve bu da sözde merkezkaç kaymasına neden olur. Enine alan homojensizliği (alan çizgilerinin yoğunlaşması veya seyrekleşmesi), siklotron dairesinin, birim uzunluk başına manyetik alan indüksiyonunun büyüklüğündeki değişiklikle orantılı bir kuvvetle alan boyunca itildiği gerçeğine yol açar. Bu kuvvet, gradyan kayması adı verilen şeye neden olur.

Manyetik plazma hapsi. Plazmanın manyetik alanlardaki davranışının incelenmesi, kontrollü termonükleer füzyonun (CTF) uygulanması sorunu ortaya çıktığında ön plana çıktı. Sorunun özü, Güneş ve diğer yıldızlar için enerji kaynağı görevi gören nükleer füzyon reaksiyonlarının (hidrojenin helyuma dönüşümü) aynısını Dünya'da gerçekleştirmektir. Bu reaksiyonların kendileri yalnızca ultra yüksek sıcaklıklarda (yüz milyonlarca derece civarında) gerçekleşebilir, dolayısıyla termonükleer reaktördeki madde tamamen iyonize bir plazmadır. Açıkçası asıl zorluk, bu yüksek sıcaklıktaki plazmayı reaktör duvarlarından izole etmektir.

1950'de Sovyet fizikçileri I.E. Tamm ve A.D. Sakharov ve onlardan bağımsız olarak bir dizi yabancı bilim adamı, plazmanın manyetik ısı yalıtımı fikrini ortaya attı. Bu fikir aşağıdaki şekilde örneklenebilir basit örnek. Plazma ile doldurulmuş düz bir borunun içinde düzgün bir manyetik alan oluşturursanız, yüklü parçacıklar manyetik alan çizgileri etrafında dönecek ve yalnızca boru boyunca hareket edecek (Şekil 5), parçacıkların borunun uçlarından çıkmasını önlemek için, şunları yapabilirsiniz: her iki ucu da bağlayın, yani . boruyu halka şeklinde bükün. Bu şekle sahip bir boru bir simittir ve karşılık gelen cihaza toroidal manyetik tuzak adı verilir. . Simidin içindeki manyetik alan, etrafına sarılan ve içinden bir akımın geçtiği bir tel bobin kullanılarak oluşturulur.

Bununla birlikte, bu basit fikir, her şeyden önce plazmanın sürüklenme hareketleriyle ilgili olan bir takım zorluklarla hemen karşılaşmaktadır. Toroidal bir tuzaktaki manyetik alan çizgileri daire şeklinde olduğundan, parçacıkların tuzağın duvarlarına doğru merkezkaç yönünde sürüklenmesi beklenebilir. Ek olarak, kurulumun benimsenen geometrisi nedeniyle, akımlı bobinler torusun iç çemberinde dış çembere göre birbirine daha yakın konumlandırılır, bu nedenle manyetik alan indüksiyonu torusun dış duvarından itibaren artar. torusun iç kısma doğru hareket etmesi, parçacıkların duvar tuzaklarına doğru gradyanlı bir sürüklenmesine yol açar. Her iki parçacık sürüklenme türü de zıt işaretli yüklerin farklı yönlerde hareket etmesine neden olur ve bu da üstte bir fazlalığın oluşmasına neden olur. negatif masraflar ve pozitifin altında. (Şekil 6). Bunun sonucunda manyetik alana dik bir elektrik alanı oluşur. Ortaya çıkan elektrik alanı, parçacıkların elektriksel olarak sürüklenmesine neden olur ve plazma bir bütün olarak dış duvara doğru koşar.

Toroidal bir tuzakta plazmanın manyetik ısı yalıtımı fikri, içinde özel bir manyetik alan türü oluşturulursa kurtarılabilir, böylece manyetik indüksiyon çizgileri daireler değil, toroidal yüzeye sarılan sarmal çizgilerdir (Şekil 1). 7). Böyle bir manyetik alan, özel bir bobin sistemi kullanılarak veya torusun sekiz ("sekiz") rakamına benzeyen bir şekle döndürülmesiyle oluşturulabilir. İlgili cihazlara yıldızlaştırıcılar denir (“yıldız” yıldız kelimesinden gelir). Toroidal bir tuzakta plazma kaymasını telafi etmeye de izin veren başka bir yöntem, torus boyunca doğrudan plazma boyunca bir elektrik akımının uyarılmasıdır. Halka akımlı sisteme tokamak adı verildi (“akım odası”, “manyetik bobinler” kelimelerinden).

Manyetik plazmanın hapsedilmesiyle ilgili başka fikirler de var. Bunlardan biri, örneğin manyetik "sümüklüböcekler" veya "sümüklüböcekler" olarak adlandırılan tuzaklar oluşturmaktır. Bu tür cihazlarda, uzunlamasına manyetik alanın kuvvet çizgileri, şekli olarak bir şişenin boynuna benzeyen, plazmanın bulunduğu silindirik odanın uçlarına doğru yoğunlaşmıştır (Şekil 8). Yüklü parçacıkların uzunlamasına manyetik alan boyunca duvarlara kaçışı, alan çizgileri etrafında bükülmeleri sayesinde önlenir. Manyetik alanın uçlara doğru artması, siklotron dairelerinin daha zayıf bir alan bölgesine itilmesini sağlar ve bu da manyetik “sıkışma” etkisi yaratır. Manyetik "tıkaçlara" bazen manyetik aynalar denir; yüklü parçacıklar, tıpkı bir ayna gibi onlardan yansıtılır.

Manyetik alan boyunca plazma difüzyonu. Yüklü parçacıkların manyetik alandaki davranışına ilişkin önceki analiz, parçacıklar arasında çarpışma olmadığı varsayımına dayanıyordu. Gerçekte parçacıklar elbette birbirleriyle etkileşime girer, çarpışmaları onların bir indüksiyon hattından diğerine atlamalarına yol açar, yani. manyetik alan çizgileri boyunca hareket edin. Bu olaya manyetik alanda enine plazma difüzyonu denir. Analiz, parçacıkların enine difüzyon hızının artan manyetik alanla birlikte azaldığını göstermektedir (manyetik indüksiyonun karesiyle ters orantılıdır) B ) ve ayrıca plazma sıcaklığının artmasıyla birlikte. Ancak gerçekte plazmadaki difüzyon sürecinin daha karmaşık olduğu ortaya çıkıyor.

Plazmanın enine difüzyonundaki ana rol, elektronların iyonlarla çarpışmasıyla oynanırken, alan çizgileri etrafında elektronlardan daha büyük yarıçaplı dairelerde hareket eden iyonlar, çarpışmalar sonucunda diğer alan çizgilerine "daha kolay" hareket eder, yani Alan çizgileri boyunca elektronlardan daha hızlı yayılırlar. Zıt işaretli parçacıkların farklı difüzyon hızları nedeniyle, ortaya çıkan güçlü elektrik alanları tarafından önlenen yük ayrımı meydana gelir. Bu alanlar, elektronların ve iyonların hızlarında ortaya çıkan farkı pratik olarak ortadan kaldırır, bunun sonucunda zıt yüklü parçacıkların ortak difüzyonu gözlenir, buna ambipolar difüzyon denir. Manyetik alan boyunca bu tür bir yayılma aynı zamanda manyetik plazma hapsetme cihazlarında parçacıkların duvarlara kaçmasının önemli nedenlerinden biridir.

Plazma iletken bir sıvıdır. Plazmadaki parçacıkların çarpışması önemli bir rol oynuyorsa, bunu dış alanlarda birbirinden bağımsız olarak hareket eden parçacıkların bir modeli temelinde düşünmek tamamen doğrulanmaz. Bu durumda plazmayı şöyle düşünmek daha doğrudur. süreklilik sıvı gibi. Sıvıdan farkı, plazmanın sıkıştırılabilir olması ve aynı zamanda plazmanın elektrik akımını çok iyi bir iletken olmasıdır. Plazma iletkenliği metallerin iletkenliğine yakın olduğu için plazmada akımların varlığı güçlü etkileşim Bu akımlar manyetik alanla İletken bir sıvı olarak plazmanın elektrik ve manyetik alanlardaki hareketi inceleniyor manyetik hidrodinamik .

Manyetik hidrodinamikte, mükemmel iletkenliğe sahip bir plazmanın yaklaşımı sıklıkla kullanılır: bu, plazmanın elektrik direncinin çok küçük olduğunun kabul edildiği anlamına gelir (ve tersine, plazmanın iletkenliği sonsuz derecede büyüktür). Bir plazma, Faraday'ın elektromanyetik indüksiyon yasasına uygun olarak bir manyetik alana (veya bir plazmaya göre manyetik alana) göre hareket ettiğinde, plazmada indüklenmiş bir emk ortaya çıkmalıdır. Ancak bu EMF, mükemmel iletkenliğe sahip bir plazmada sonsuz büyüklükte bir akıma neden olur ki bu imkansızdır. Buradan, manyetik alanın böyle bir plazmaya göre hareket edemeyeceği sonucu çıkar: alan çizgileri plazmaya "yapıştırılmış" veya "donmuş" gibi görünür ve onunla birlikte hareket eder.

"Donmuş" manyetik alan kavramı, plazma fiziğinde büyük bir rol oynamakta ve özellikle kozmik plazmada gözlemlenen pek çok olağandışı olgunun tanımlanmasını mümkün kılmaktadır. . Aynı zamanda plazma direnci sıfır değilse manyetik alan plazmaya göre hareket edebilir, yani. manyetik alanın plazmaya bir tür “sızıntısı” veya yayılması vardır. Plazmanın iletkenliği ne kadar düşük olursa, bu tür difüzyon hızı da o kadar yüksek olur.

Dış manyetik alanla çevrelenmiş sabit bir plazma hacmini düşünürsek, mükemmel iletken bir plazma durumunda bu alan hacmin içine nüfuz edemez. Plazma, manyetik alanı sınırlarının ötesine “zorluyor” gibi görünüyor. Plazmanın bu özelliğinden diyamanyetizminin bir tezahürü olarak söz edilir. . Sonlu iletkenlikte, manyetik alan plazmaya sızar ve dış manyetik alan ile plazmanın içindeki alan arasındaki başlangıçta keskin olan sınır bulanıklaşmaya başlar.

Bu aynı fenomen, manyetik alandan plazmaya etki eden kuvvetler kavramını veya bu kuvvetlere eşdeğer manyetik basınç değerini dahil edersek basit bir şekilde açıklanabilir. Akım taşıyan iletken manyetik alan çizgilerine dik olarak yerleştirilsin. Ampere yasasına göre, manyetik indüksiyonlu manyetik alanın yanından böyle bir iletkenin her birim uzunluğu için

B eşit bir kuvvet IB, nerede BEN iletkendeki akım gücü. İletken bir ortamda (plazma), tek bir hacim elemanı ayırt edilebilir. Bu hacmin yüzlerinden birine dik olarak akan akımın şiddeti, maddedeki akım yoğunluğuna eşittir. J . Bir iletkenin birim hacmine manyetik alan çizgilerine dik yönde etki eden kuvvet şu şekilde tanımlanır: f= j^ B, nerede j^ manyetik alan boyunca yönlendirilen akım yoğunluk vektörünün bileşeni. Bir örnek, sonsuz uzunlukta dairesel bir plazma silindiri (plazma filamanı) olabilir. Akım yoğunluğu ise J ise, plazma silindirindeki herhangi bir akım hattının manyetik alandan gelen bir kuvvet tarafından etkilendiğini doğrulamak kolaydır. F Bu kuvvetlerin birleşimi, plazma kordonunu olduğu gibi sıkıştırma eğilimindedir. Birim yüzey alanına düşen toplam kuvvete manyetik basınç denir. Bu basıncın büyüklüğü şu ifadeyle belirlenir: M ortamın manyetik geçirgenliği, m 0 manyetik sabit (vakumun manyetik geçirgenliği). Plazma ve vakum arasında keskin bir sınır olsun. Bu durumda manyetik basınçDışarıdan plazma yüzeyine etki eden plazmanın gaz kinetik basıncı ile dengelenir. P ve plazmanın kendisindeki manyetik alan basıncı

İlişkiden şu sonuç çıkıyor: manyetik alan indüksiyonu

B Plazmada daha az manyetik alan indüksiyonu vardır B 0 plazmanın dışındadır ve bu, plazma diyamanyetizmasının bir tezahürü olarak düşünülebilir.

Manyetik basınç açıkça plazmayı sıkıştıran bir çeşit pistonun rolünü oynuyor. Mükemmel iletken bir ortam için (

öğleden sonra = 0) bu pistonun hareketi, plazmaya dışarıdan uygulanan manyetik basınç ile hidrostatik basınç içinde, yani Plazmanın manyetik alanla hapsedilmesi. Plazmanın iletkenliği sonluysa, plazma sınırı bulanıklaşır, manyetik piston "sızdırıyor" gibi görünür, bir süre sonra manyetik alan plazmaya tamamen nüfuz eder ve hiçbir şey plazmanın hidrostatik basıncının etkisi altında genişlemesini engellemez. .Plazmadaki dalgalar. Sıradan bir nötr gazda, bir yerde ortamın seyrelmesi veya sıkışması meydana gelirse, gazın içinde bir noktadan diğerine sözde olarak yayılır. ses dalgası. Plazmada, ortamın basıncındaki (veya yoğunluğundaki) bozulmalara ek olarak, yük ayrımı nedeniyle salınımlar meydana gelir (Langmuir veya plazma salınımları). Plazma salınımlarını uyarmanın en basit ve en önemli yolu, örneğin onları plazmadan geçen hızlı elektronlardan oluşan bir ışınla uyarmaktır; bu, plazma elektronlarının denge konumundan yer değiştirmesine neden olur. Basınç kuvvetlerinin ve elektrik alanının birleşik etkisi altında, Langmuir veya plazma dalgaları olarak adlandırılan ortamda plazma salınımları yayılmaya başlar.

Bir ortamda periyodik salınımların yayılması dalga boyu ile karakterize edilir.

ben salınım periyoduyla ilgili olan T l = ilişkisine göre vT, nerede v Dalga yayılımının faz hızı. Dalga boyuyla birlikte dalga sayısı da dikkate alınır k = 2p/l . Salınım frekansından beri w ve dönem T koşula bağlı w T = 2 p , o zaman w = KV

Dalga yayılma yönü, dalga sayısına eşit büyüklükte bir dalga vektörü ile karakterize edilir. Dalga yayılma yönü salınım yönü ile çakışıyorsa, dalgaya boyuna denir. Titreşimler dalganın yayılma yönüne dik olarak meydana geldiğinde buna enine denir. Ses ve plazma dalgaları uzunlamasınadır. Enine dalgalara bir örnek, bir ortamdaki yayılmayı temsil eden elektromanyetik dalgalardır. periyodik değişiklikler elektrik ve manyetik alan kuvvetleri. Elektromanyetik dalga boşlukta ışık hızında yayılır

C .

Nötr bir gazda yayılan sıradan ses ve elektromanyetik dalgaların yayılma hızları, dalganın frekansına bağlı değildir. Bir gazdaki sesin faz hızı şu ifadeyle belirlenir:

, p basınç, r yoğunluk, g = c p / Özgeçmiş adyabatik indeks ( c p ve Özgeçmiş gazın özgül ısı kapasiteleri sabit basınç ve sırasıyla sabit hacimde)/

Aksine, plazmada yayılan dalgalar, dağılım yasası adı verilen bu bağımlılığın varlığıyla karakterize edilir. . e Elektron plazma dalgaları örneğin faz hızıyla yayılır

,w 0 , elektronik plazma salınımlarının frekansı,elektronik ses hızının karesi.

Elektronik dalgaların faz hızı her zaman ses dalgalarının hızından daha büyüktür. Uzun dalga boyları için faz hızı sonsuza doğru yönelir, bu da tüm plazma hacminin sabit bir frekansta salındığı anlamına gelir.

w 0 .

Plazmadaki iyon salınımları çok daha düşük frekansta meydana gelir. büyük kütle iyonlara karşı elektronlar. İyonları takip eden daha fazla hareket kabiliyetine sahip olan elektronlar, bu tür salınımlardan kaynaklanan elektrik alanlarını neredeyse tamamen telafi eder, böylece iyon dalgalarının yayılması iyon sesi hızında gerçekleşir. Çalışmalar, elektron sıcaklığına sahip sıradan denge plazmasındaki iyon-akustik dalgaların

T e iyon sıcaklığından çok az farklılık gösteren T ben , zaten dalga boyu mertebesindeki mesafelerde güçlü bir şekilde zayıflatılmıştır. Bununla birlikte, oldukça izotermal olmayan bir plazmada pratik olarak sönümsüz iyon dalgaları mevcuttur ( T e >> T i ), dalganın faz hızı ise şu şekilde tanımlanır: v = ( kT e / ben ben ) 1/2 . Bu, elektron sıcaklığına sahip iyonik sese karşılık gelir. Bu durumda hızİyonların termal hızını önemli ölçüde aşar v t ~ ( kT ben / ben ben ) 1/2 .

Elektromanyetik dalgaların plazmada yayılması özellikle ilgi çekicidir. Bu durumda dağılım yasası şu şekildedir:

Dalga yayılımı ancak dalga frekansının

w elektron plazma frekansını aşar w 0. Bir vakumdaki elektromanyetik dalganın hızı c'ye (ışık hızı) eşitse, o zaman maddede faz yayılma hızı formülle belirlenir. v = C/ n, nerede N ortamın kırılma indeksi. Formül (19) ve (21)'den şu sonuç çıkar: w w 0 olduğunda kırılma indisi hayali hale gelir, bu da bu koşul altında dalganın plazmada yayılamayacağı anlamına gelir. Bir elektromanyetik dalga, bir ortamdan geçtikten sonra plazma sınırına çarparsa, o zaman yalnızca plazmanın ince bir yüzey katmanına nüfuz eder, çünkü koşul yerine getirilirse w w Elektromanyetik dalgadaki 0 ​​salınım “yavaştır”. Salınım süresi boyunca T Yüklü plazma parçacıklarının, plazmada ortaya çıkan alanlar dalganın yayılmasını engelleyecek şekilde kendilerini dağıtmak için "zamanları" vardır. “Hızlı” salınımlar durumunda ( w > w 0) böyle bir yeniden dağıtımın gerçekleşmesi için zaman yoktur ve dalga plazmada serbestçe yayılır.

Formül (2)'ye göre elektron plazma frekansı . Bu sabit değerlere izin verir

hayır Elektromanyetik dalga boyunun, plazma sınırından yansıdığı sınır değerini bulun. Elektromanyetik dalgaların Dünya'nın iyonosferinden geçişi durumunda bu değeri tahmin etmek için formül kullanılır. l pr = 2 p (c / w 0), burada w 0 formül (2) ile belirlenir. Roket sondaj ölçümlerine göre iyonosferdeki maksimum elektron konsantrasyonu 10 12'dir. M 3. Bu durumda plazma frekansı için elde edilen değer: w 0 = 6·10 7 s 1 ve dalga boyu için ben pr » Bu nedenle radyo dalgaları 30 m. ben > 30 m iyonosferden yansıtılacak ve uydular ile derin uzay iletişimleri için yörünge istasyonlarıçok daha kısa dalga boyuna sahip radyo dalgalarını kullanmanız gerekir.

Önemli bir plazma teşhis yöntemi olan mikrodalga problama, aynı teorik ifadelerin kullanımına dayanmaktadır. . Plazma, yönlendirilmiş bir elektromanyetik dalga ışınıyla aydınlatılır. Dalga plazmadan geçerse ve diğer tarafa yerleştirilen bir alıcı tarafından tespit edilirse, plazma konsantrasyonu sınırın altındadır. Sinyalin "bloke edilmesi", plazma konsantrasyonunun sınırın üzerinde olduğu anlamına gelir. Yani, bu durumda genellikle bir uzunlukta kullanılan dalgalar için

ben = 3 cm sınırlayıcı elektron yoğunluğu 10 × 12 cm3'tür.

Plazmadaki dalga yayılımının resmi, harici bir manyetik alanın varlığında önemli ölçüde daha karmaşık hale gelir. Yalnızca bu özel durumda, dalgadaki elektriksel salınımların yönü manyetik alan boyunca meydana geldiğinde, plazmadaki elektromanyetik dalga, manyetik alanın yokluğunda olduğu gibi davranır. Manyetik alanın varlığı, sıradan elektromanyetik dalgalardan tamamen farklı nitelikteki dalgaların yayılma olasılığına yol açar. Bu tür dalgalar, elektriksel titreşimlerin yönü dış manyetik alana dik olduğunda ortaya çıkar. Elektrik alanının salınım frekansı, plazmadaki siklotron frekanslarıyla karşılaştırıldığında küçükse, o zaman plazma basitçe iletken bir sıvı gibi davranır ve davranışı manyetohidrodinamik denklemleriyle tanımlanır. Bu frekans aralığında manyetohidrodinamik dalgalar manyetik alana paralel olarak yayılır. , ve ona dik manyetik-sonik . Bu dalgaların fiziksel doğası, donmuş manyetik alan kavramı kullanılarak görselleştirilebilir.

Manyetik-akustik bir dalgada, madde, içinde donmuş alanla birlikte, dalganın yayılma yönü boyunca hareket eder. Olayın mekanizması sıradan sese benzer, yalnızca plazmanın basıncında (yoğunluğunda) aynı yönde dalgalanmalarla birlikte, donmuş manyetik alanın alan çizgilerinde yoğunlaşma ve seyrekleşme meydana gelir. Dalga yayılma hızı, manyetik basıncın varlığını da hesaba katan olağan ses hızı formülü kullanılarak bulunabilir. Sonuç olarak dalga hızı

(Manyetik basınç için adyabatik üs

G M = 2). Gaz basıncının manyetik basınca oranı küçükse, o zaman

Manyetik alana paralel yönde dalga yayılma mekanizması, bir dalganın titreşen bir tel boyunca yayılmasıyla karşılaştırılabilir. Burada maddenin hareket hızı yayılma yönüne diktir. Manyetik alan çizgileri elastik ipliklerin (sicimlerin) rolünü oynar ve buradaki salınım mekanizması, manyetik alan çizgilerinin onlara "yapıştırılmış" plazma ile birlikte "bükülmesinden" oluşur. Olayın mekanizmalarındaki farklılığa rağmen (önceki duruma kıyasla), manyetohidrodinamik dalgaların düşük frekanslarda yayılma hızı, manyetik sesin hızına tam olarak eşittir.

VA (24). Manyetohidrodinamik dalgalar, 1943 yılında İsveçli astrofizikçi Alfvén tarafından keşfedildi ve onun onuruna Alfvén dalgaları olarak adlandırıldı.

Vladimir Zhdanov

EDEBİYAT Frank-Kamenetsky D.A. Maddenin plazma dördüncü hali. M., Atomizdat, 1963
Artsimovich L.A. Temel plazma fiziği. M., Atomizdat, 1969
Smirnov B.M. Plazma Fiziğine Giriş. M., Nauka, 1975
Milantiev V.P., Temko S.V. Plazma fiziği. M., Eğitim, 1983
Chen F. Plazma Fiziğine Giriş. M., Mir, 1987