Plazma — vrste, lastnosti in parametri

Plazma je četrto agregatno stanje snovi - visoko ioniziran plin, v katerem elektroni ter pozitivno in negativno nabiti ioni skoraj popolnoma uravnotežijo električne naboje drug drugega. Posledično, če poskušamo izračunati skupni naboj v katerem koli majhnem volumnu plazme, bo ta enak nič. Ta značilnost razlikuje plazmo od elektronskih in ionskih žarkov. Ta lastnost plazme se imenuje kvazinevtralnost.

V skladu s tem (na podlagi definicije) je plazma glede na razmerje med številom nabitih delcev v njenem volumnu in skupnim številom njenih sestavnih delcev označena s stopnjo ionizacije:

• šibko ionizirana plazma (del odstotka volumna ioniziranih delcev);

• zmerno ionizirana plazma (nekaj odstotkov volumna delcev je ioniziranih);

• visoko ioniziran (skoraj 100 % delcev v prostornini plina je ioniziranih).

Vrste plazme — visokotemperaturna in plinska razelektritev

Plazma je lahko visoka temperatura in plinska razelektritev. Prvi se pojavi samo v pogojih visoke temperature, drugi - med redčenjem v plin.Kot veste, je snov lahko v enem od štirih agregatnih stanj: prvo je trdno, drugo je tekoče in tretje je plinasto. In ker močno segret plin preide v naslednje stanje - stanje plazme, se plazma šteje za četrto agregatno stanje snovi.

Gibljivi delci plina v prostornini plazme imajo električni nabojtorej obstajajo vsi pogoji, da plazma prevaja električni tok. V normalnih pogojih mirujoča plazma ščiti stalno zunanje električno polje, saj v tem primeru pride do prostorske ločitve električnih nabojev znotraj njene prostornine. Ker pa so nabiti delci plazme v pogojih določene temperature, ki se razlikuje od absolutne ničle, obstaja minimalna razdalja, ko je kvazinevtralnost kršena na lestvici, ki je manjša od nje.

V pospešenem električnem polju imajo nabiti delci plazme praznjenja v plinu različne povprečne kinetične energije. Izkazalo se je, da se temperatura elektronskega plina razlikuje od temperature ionskega plina v plazmi; zato plazma praznjenja v plinu ni v ravnotežju in jo imenujemo neravnovesna ali neizotermna plazma.

Ker se število nabitih delcev plazme praznjenja v plinu med njihovo rekombinacijo zmanjšuje, se v procesu udarne ionizacije z elektroni, pospešenimi z električnim poljem, takoj tvorijo novi nabiti delci. Toda takoj, ko se uporabljeno električno polje izklopi, plazma praznjenja v plinu takoj izgine.

Visokotemperaturna plazma je izotermna ali ravnotežna plazma. V takšni plazmi se zmanjšanje števila nabitih delcev zaradi njihove rekombinacije dopolnjuje zaradi toplotne ionizacije.To se zgodi pri določeni temperaturi. Povprečna kinetična energija delcev, ki sestavljajo plazmo, je tukaj enaka. Zvezde in Sonce so sestavljeni iz visokotemperaturne plazme (pri temperaturah več deset milijonov stopinj).

Da plazma začne obstajati, je potrebna določena minimalna gostota nabitih delcev v njenem volumnu. Fizika plazme določa to število iz neenakosti L >> D. Linearna velikost L nabitih delcev je veliko večja od Debyejevega radija presejanja D, ki je razdalja, na kateri poteka presejanje Coulombovega polja vsakega plazemskega naboja.

Lastnosti plazme

Ko govorimo o definicijskih lastnostih plazme, je treba omeniti:

• visoka stopnja ionizacije plina (največja — popolna ionizacija);

• nič skupnega naboja plazme;

• visoka električna prevodnost;

• sijaj;

• močna interakcija z električnimi in magnetnimi polji;

• visokofrekvenčna (približno 100 MHz) nihanja elektronov v plazmi, ki vodijo do vibracij celotnega volumna plazme;

• kolektivna interakcija ogromnega števila nabitih delcev (in ne v parih, kot v navadnem plinu).

Poznavanje značilnosti fizikalnih lastnosti plazme omogoča znanstvenikom ne le pridobivanje informacij o medzvezdnem prostoru (samo napolnjenem večinoma s plazmo), ampak daje tudi razlog za zanašanje na možnosti za nadzorovane termonuklearne fuzije (ki temeljijo na visokotemperaturni plazmi devterij in tritij).

Nizkotemperaturna plazma (pod 100.000 K) se danes že uporablja v raketnih motorjih, plinskih laserjih, termionskih pretvornikih in MHD generatorjih, ki toplotno energijo pretvarjajo v električno.V plazmatronih se pridobiva nizkotemperaturna plazma za varjenje kovin in za kemično industrijo, kjer z drugimi metodami ni mogoče pridobiti halogenidov inertnih plinov.