wd wp Пошук:

Плазма

Плазменная лямпа, якая ілюструе некаторыя з найбольш складаных плазменных з'яў, уключаючы філаментацыю. Свячэнне плазмы абумоўлена пераходам электронаў з высокаэнергетычнага стану ў стан з нізкай энергіяй пасля рэкамбінацыі з іонамі. Гэты працэс прыводзіць да выпраменьвання са спектрам, які адпавядае ўзбуджанаму газу.

Пла́зма (ад грэч.: πλάσμα «вылепленае», «аформленае») — чацвёрты агрэгатны стан рэчыва, які характарызуецца высокай ступенню іанізацыі яго часціц пры роўнасці канцэнтрацый дадатна і адмоўна зараджаных часціц.

Плазма, якая ўтрымлівае электроны і дадатныя іоны, называюць электронна-іоннай. Калі ў плазме побач з зараджанымі часціцамі маюцца і нейтральныя малекулы, то яе называюць часткова іанізаванай. Плазма, якая складаецца толькі з зараджаных часціц, называюць цалкам іанізаванай.

У маштабах Сусвету плазма — найбольш распаўсюджаны агрэгатны стан рэчыва. З яе складаюцца Сонца, зоркі, верхнія пласты атмасферы і радыяцыйныя паясы Зямлі. Паўночныя ззянні і святло ў люмінесцэнтных лямпах з’яўляюцца вынікам працэсаў, якія адбываюцца ў плазме.

Плазма шырока ўжываецца ў вытворчасці пры рэзцы і шліфоўцы металаў, траўленні розных паверхняў, увядзенні легіруючых дадаткаў у паўправаднікі, нанясенні ахоўных і ўмацоўных пакрыццяў.

Перспектывы выкарыстання плазмы навукоўцы звязваюць з новымі спосабамі вытворчасці энергіі: магнітагідрадынамічнае (МГД) пераўтварэнне ўнутранай энергіі ў электрычную і кіраваная тэрмаядзерная рэакцыя сінтэзу.

У МГД-генератары механічная энергія струменя электраправоднай вадкасці (ці газу) пераўтвараецца ў электрычную.

Высокатемпературная плазма

Высокатэмпературная плазма, якая вынiкае з тэрмічнай іянізацыі, з’яўляецца раўнаважкай або, іншымі словамі, ізатэрмічны плазмай. Ступень яе іянізацыі вельмі вялікая, дзякуючы чаму яна з’яўляецца вельмі добрым правадыром - праводнасць высокатэмпературнай плазмы супастаўная з праводнасцю металаў.

Высокатэмпературная плазма, якая вынiкае з тэрмічнай іянізацыі, з’яўляецца раўнаважкай або, іншымі словамі, ізатэрмічны плазмай. Ступень яе іянізацыі вельмі вялікая, дзякуючы чаму яна з’яўляецца вельмі добрым правадыром - праводнасць высокатэмпературнай плазмы супастаўная з праводнасцю металаў.

Высокатэмпературная плазма з’яўляецца генератарам прамяністай энергіі. Спектр яе істотна адрозніваецца ад спектру абсалютна чорнага цела. У спектры плазмы прысутнічаюць тармазныя выпраменьвання, абумоўленае тармажэннем электронаў у поле іёнаў рекомбинационное выпраменьванне, абавязаная працэсу адукацыі нейтральных атамаў з іёнаў і электронаў, а таксама выпраменьванне узбуджаных іёнаў і атамаў. Акрамя таго, згаданае вышэй ларморовское кручэнне электронаў у магнітным полі прыводзіць да так званага Бэтатрон выпраменьвання.[1]

Гісторыя

Упершыню плазма была распазнана і апісана ў 1879 годзе Уільямам Круксам, які назіраў яе ў адмысловай трубцы been і назваў плазму «прамяністай матэрыяй» (англ.: radiant matter)[2]. Назву «плазма» прапанаваў Ірвінг Ленгмюр у 1928 годзе[3], магчыма таму што яркі разрад, запаўняючы аб’ём трубкі, прымаў яе форму (грэч.: πλάσμα — вылепленае, адлітае, адфармаванае)[4]. Лангмюр апісаў свае назіранні так:

За выключэннем вобласці каля электродаў, дзе ёсць «абалонкі», у якіх вельмі мала электронаў, іанізаваны газ утрымлівае іоны і электроны ў прыкладна роўных колькасцях, так што выніковы прасторавы зарад вельмі малы. Мы будзем карыстацца словам «плазма» для апісання гэтай вобласці з ураўнаважанымі зарадамі іонаў і электронаў.

Арыгінальны тэкст (англ.)   

Except near the electrodes, where there are sheaths containing very few electrons, the ionized gas contains ions and electrons in about equal numbers so that the resultant space charge is very small. We shall use the name plasma to describe this region containing balanced charges of ions and electrons.[3]

Матэматычныя мадэлі

Уласцівасці плазмы ў знешніх палях апісваюцца кінетычным ураўненнем Больцмана (гл. кінетычная тэорыя газаў) і сістэмай ураўненняў Максвела, у якія ўваходзяць самаўзгодненыя (пэўным спосабам усярэдненыя) электрычныя і магнітныя палі. Калі ўласна плазменныя эфекты неістотныя, карыстаюцца больш грубымі прыбліжэннямі магнітнай гідрадынамікі. Многія ўласцівасці, характэрныя для плазмы, маюць таксама сукупнасці носьбітаў зараду ў паўправадніках і металах; іх асаблівасць — магчымасць існавання пры нізкіх (для газавай плазмы) тэмпературах — пакаёвай і ніжэй.

Асноўныя характарыстыкі плазмы

Усе велічыні дадзены ў Гаўсавых СГС адзінках за выключэннем тэмпературы, якая дадзена ў эВ і масы іонаў, якая дадзена ў адзінках масы пратона

μ

m

i

/

m

p

{\displaystyle \mu =m_{i}/m_{p}}

\{\displaystyle \mu =m_\{i\}/m_\{p\}\}; Z — зарадны лік; k — пастаянная Больцмана; λ — даўжыня хвалі; γ — адыябатычны індэкс; ln Λ — Кулонаўскі лагарыфм.

Частоты

ω

c e

= e B

/

m

e

c

1.76 ×

10

7

B

s

− 1

{\displaystyle \omega _{ce}=eB/m_{e}c=1.76\times 10^{7}Bs^{-1}}

\{\displaystyle \omega \{ce\}=eB/m\{e\}c=1.76\times 10^\{7\}Bs^\{-1\}\}

ω

c i

= e B

/

m

i

c

9.58 ×

10

3

Z

μ

− 1

B

s

− 1

{\displaystyle \omega _{ci}=eB/m_{i}c=9.58\times 10^{3}Z\mu ^{-1}B{\mbox{s}}^{-1}}

\{\displaystyle \omega \{ci\}=eB/m\{i\}c=9.58\times 10^\{3\}Z\mu ^\{-1\}B\{\mbox\{s\}\}^\{-1\}\}

ω

p e

= ( 4 π

n

e

e

2

/

m

e

)

1

/

2

= 5.64 ×

10

4

n

e

1

/

2

s

− 1

{\displaystyle \omega _{pe}=(4\pi n_{e}e^{2}/m_{e})^{1/2}=5.64\times 10^{4}n_{e}^{1/2}{\mbox{s}}^{-1}}

\{\displaystyle \omega \{pe\}=(4\pi n\{e\}e^\{2\}/m_\{e\})^\{1/2\}=5.64\times 10^\{4\}n_\{e\}^\{1/2\}\{\mbox\{s\}\}^\{-1\}\}

ω

p i

= ( 4 π

n

i

Z

2

e

2

/

m

i

)

1

/

2

= 1.32 ×

10

3

Z

μ

− 1

/

2

n

i

1

/

2

s

− 1

{\displaystyle \omega _{pi}=(4\pi n_{i}Z^{2}e^{2}/m_{i})^{1/2}=1.32\times 10^{3}Z\mu ^{-1/2}n_{i}^{1/2}{\mbox{s}}^{-1}}

\{\displaystyle \omega \{pi\}=(4\pi n\{i\}Z^\{2\}e^\{2\}/m_\{i\})^\{1/2\}=1.32\times 10^\{3\}Z\mu ^\{-1/2\}n_\{i\}^\{1/2\}\{\mbox\{s\}\}^\{-1\}\}

ν

e

= 2.91 ×

10

− 6

n

e

ln ⁡ Λ

T

e

− 3

/

2

s

− 1

{\displaystyle \nu _{e}=2.91\times 10^{-6}n_{e},\ln \Lambda ,T_{e}^{-3/2}{\mbox{s}}^{-1}}

\{\displaystyle \nu \{e\}=2.91\times 10^\{-6\}n\{e\}\,\ln \Lambda \,T_\{e\}^\{-3/2\}\{\mbox\{s\}\}^\{-1\}\}

ν

i

= 4.80 ×

10

− 8

Z

4

μ

− 1

/

2

n

i

ln ⁡ Λ

T

i

− 3

/

2

s

− 1

{\displaystyle \nu _{i}=4.80\times 10^{-8}Z^{4}\mu ^{-1/2}n_{i},\ln \Lambda ,T_{i}^{-3/2}{\mbox{s}}^{-1}}

\{\displaystyle \nu \{i\}=4.80\times 10^\{-8\}Z^\{4\}\mu ^\{-1/2\}n\{i\}\,\ln \Lambda \,T_\{i\}^\{-3/2\}\{\mbox\{s\}\}^\{-1\}\}

Даўжыні

λ

/

(

m

e

k

T

e

)

1

/

2

= 2.76 ×

10

− 8

T

e

− 1

/

2

cm

{\displaystyle \lambda !!!!-=\hbar /(m_{e}kT_{e})^{1/2}=2.76\times 10^{-8},T_{e}^{-1/2},{\mbox{cm}}}

\{\displaystyle \lambda \!\!\!\!-=\hbar /(m_\{e\}kT_\{e\})^\{1/2\}=2.76\times 10^\{-8\}\,T_\{e\}^\{-1/2\}\,\{\mbox\{cm\}\}\}

e

2

/

k T

1.44 ×

10

− 7

T

− 1

cm

{\displaystyle e^{2}/kT=1.44\times 10^{-7},T^{-1},{\mbox{cm}}}

\{\displaystyle e^\{2\}/kT=1.44\times 10^\{-7\}\,T^\{-1\}\,\{\mbox\{cm\}\}\}

r

e

=

v

T e

/

ω

c e

= 2.38

T

e

1

/

2

B

− 1

cm

{\displaystyle r_{e}=v_{Te}/\omega _{ce}=2.38,T_{e}^{1/2}B^{-1},{\mbox{cm}}}

\{\displaystyle r_\{e\}=v_\{Te\}/\omega \{ce\}=2.38\,T\{e\}^\{1/2\}B^\{-1\}\,\{\mbox\{cm\}\}\}

r

i

=

v

T i

/

ω

c i

= 1.02 ×

10

2

μ

1

/

2

Z

− 1

T

i

1

/

2

B

− 1

cm

{\displaystyle r_{i}=v_{Ti}/\omega _{ci}=1.02\times 10^{2},\mu ^{1/2}Z^{-1}T_{i}^{1/2}B^{-1},{\mbox{cm}}}

\{\displaystyle r_\{i\}=v_\{Ti\}/\omega \{ci\}=1.02\times 10^\{2\}\,\mu ^\{1/2\}Z^\{-1\}T\{i\}^\{1/2\}B^\{-1\}\,\{\mbox\{cm\}\}\}

c

/

ω

p e

= 5.31 ×

10

5

n

e

− 1

/

2

cm

{\displaystyle c/\omega _{pe}=5.31\times 10^{5},n_{e}^{-1/2},{\mbox{cm}}}

\{\displaystyle c/\omega \{pe\}=5.31\times 10^\{5\}\,n\{e\}^\{-1/2\}\,\{\mbox\{cm\}\}\}

λ

D

= ( k T

/

4 π n

e

2

)

1

/

2

= 7.43 ×

10

2

T

1

/

2

n

− 1

/

2

cm

{\displaystyle \lambda _{D}=(kT/4\pi ne^{2})^{1/2}=7.43\times 10^{2},T^{1/2}n^{-1/2},{\mbox{cm}}}

\{\displaystyle \lambda _\{D\}=(kT/4\pi ne^\{2\})^\{1/2\}=7.43\times 10^\{2\}\,T^\{1/2\}n^\{-1/2\}\,\{\mbox\{cm\}\}\}

Скорасці

v

T e

= ( k

T

e

/

m

e

)

1

/

2

= 4.19 ×

10

7

T

e

1

/

2

cm/s

{\displaystyle v_{Te}=(kT_{e}/m_{e})^{1/2}=4.19\times 10^{7},T_{e}^{1/2},{\mbox{cm/s}}}

\{\displaystyle v_\{Te\}=(kT_\{e\}/m_\{e\})^\{1/2\}=4.19\times 10^\{7\}\,T_\{e\}^\{1/2\}\,\{\mbox\{cm/s\}\}\}

v

T i

= ( k

T

i

/

m

i

)

1

/

2

= 9.79 ×

10

5

μ

− 1

/

2

T

i

1

/

2

cm/s

{\displaystyle v_{Ti}=(kT_{i}/m_{i})^{1/2}=9.79\times 10^{5},\mu ^{-1/2}T_{i}^{1/2},{\mbox{cm/s}}}

\{\displaystyle v_\{Ti\}=(kT_\{i\}/m_\{i\})^\{1/2\}=9.79\times 10^\{5\}\,\mu ^\{-1/2\}T_\{i\}^\{1/2\}\,\{\mbox\{cm/s\}\}\}

c

s

= ( γ Z k

T

e

/

m

i

)

1

/

2

= 9.79 ×

10

5

( γ Z

T

e

/

μ

)

1

/

2

cm/s

{\displaystyle c_{s}=(\gamma ZkT_{e}/m_{i})^{1/2}=9.79\times 10^{5},(\gamma ZT_{e}/\mu )^{1/2},{\mbox{cm/s}}}

\{\displaystyle c_\{s\}=(\gamma ZkT_\{e\}/m_\{i\})^\{1/2\}=9.79\times 10^\{5\}\,(\gamma ZT_\{e\}/\mu )^\{1/2\}\,\{\mbox\{cm/s\}\}\}

v

A

= B

/

( 4 π

n

i

m

i

)

1

/

2

= 2.18 ×

10

11

μ

− 1

/

2

n

i

− 1

/

2

B

cm/s

{\displaystyle v_{A}=B/(4\pi n_{i}m_{i})^{1/2}=2.18\times 10^{11},\mu ^{-1/2}n_{i}^{-1/2}B,{\mbox{cm/s}}}

\{\displaystyle v_\{A\}=B/(4\pi n_\{i\}m_\{i\})^\{1/2\}=2.18\times 10^\{11\}\,\mu ^\{-1/2\}n_\{i\}^\{-1/2\}B\,\{\mbox\{cm/s\}\}\}

Безразмерныя велічыні

(

m

e

/

m

p

)

1

/

2

= 2.33 ×

10

− 2

= 1

/

42.9

{\displaystyle (m_{e}/m_{p})^{1/2}=2.33\times 10^{-2}=1/42.9}

\{\displaystyle (m_\{e\}/m_\{p\})^\{1/2\}=2.33\times 10^\{-2\}=1/42.9\}

( 4 π

/

3 ) n

λ

D

3

= 1.72 ×

10

9

T

3

/

2

n

− 1

/

2

{\displaystyle (4\pi /3)n\lambda _{D}^{3}=1.72\times 10^{9},T^{3/2}n^{-1/2}}

\{\displaystyle (4\pi /3)n\lambda _\{D\}^\{3\}=1.72\times 10^\{9\}\,T^\{3/2\}n^\{-1/2\}\}

v

A

/

c

7.28

μ

− 1

/

2

n

i

− 1

/

2

B

{\displaystyle v_{A}/c=7.28,\mu ^{-1/2}n_{i}^{-1/2}B}

\{\displaystyle v_\{A\}/c=7.28\,\mu ^\{-1/2\}n_\{i\}^\{-1/2\}B\}

ω

p e

/

ω

c e

= 3.21 ×

10

− 3

n

e

1

/

2

B

− 1

{\displaystyle \omega _{pe}/\omega _{ce}=3.21\times 10^{-3},n_{e}^{1/2}B^{-1}}

\{\displaystyle \omega _\{pe\}/\omega \{ce\}=3.21\times 10^\{-3\}\,n\{e\}^\{1/2\}B^\{-1\}\}

ω

p i

/

ω

c i

= 0.137

μ

1

/

2

n

i

1

/

2

B

− 1

{\displaystyle \omega _{pi}/\omega _{ci}=0.137,\mu ^{1/2}n_{i}^{1/2}B^{-1}}

\{\displaystyle \omega _\{pi\}/\omega \{ci\}=0.137\,\mu ^\{1/2\}n\{i\}^\{1/2\}B^\{-1\}\}

β

8 π n k T

/

B

2

= 4.03 ×

10

− 11

n T

B

− 2

{\displaystyle \beta =8\pi nkT/B^{2}=4.03\times 10^{-11},nTB^{-2}}

\{\displaystyle \beta =8\pi nkT/B^\{2\}=4.03\times 10^\{-11\}\,nTB^\{-2\}\}

B

2

/

8 π

n

i

m

i

c

2

= 26.5

μ

− 1

n

i

− 1

B

2

{\displaystyle B^{2}/8\pi n_{i}m_{i}c^{2}=26.5,\mu ^{-1}n_{i}^{-1}B^{2}}

\{\displaystyle B^\{2\}/8\pi n_\{i\}m_\{i\}c^\{2\}=26.5\,\mu ^\{-1\}n_\{i\}^\{-1\}B^\{2\}\}

Іншае

D

B

= ( c k T

/

16 e B )

5.4 ×

10

2

T

B

− 1

cm

2

/

s

{\displaystyle D_{B}=(ckT/16eB)=5.4\times 10^{2},TB^{-1},{\mbox{cm}}^{2}/{\mbox{s}}}

\{\displaystyle D_\{B\}=(ckT/16eB)=5.4\times 10^\{2\}\,TB^\{-1\}\,\{\mbox\{cm\}\}^\{2\}/\{\mbox\{s\}\}\}

η

= 1.15 ×

10

− 14

Z

ln ⁡ Λ

T

− 3

/

2

s

= 1.03 ×

10

− 2

Z

ln ⁡ Λ

T

− 3

/

2

Ω

cm

{\displaystyle \eta _{\perp }=1.15\times 10^{-14},Z,\ln \Lambda ,T^{-3/2},{\mbox{s}}=1.03\times 10^{-2},Z,\ln \Lambda ,T^{-3/2},\Omega ,{\mbox{cm}}}

\{\displaystyle \eta _\{\perp \}=1.15\times 10^\{-14\}\,Z\,\ln \Lambda \,T^\{-3/2\}\,\{\mbox\{s\}\}=1.03\times 10^\{-2\}\,Z\,\ln \Lambda \,T^\{-3/2\}\,\Omega \,\{\mbox\{cm\}\}\} Гл. таксама

Зноскі

  1. Высокатэмпературная плазма http://www.ngpedia.ru/id257887p1.html
  2. Крукс прачытаў лекцыю ў Брытанскай навуковай асацыяцыі, у Шэффілдзе, у пятніцу, 22 жніўня 1879 Архівавана 9 ліпеня 2006.
  3. 1 2 Langmuir, I. (1928). “Oscillations in Ionized Gases”. Proceedings of the National Academy of Sciences 14 (8): 627. doi:10.1073/pnas.14.8.627.
  4. Brown, Sanborn C. (1978). “Chapter 1: A Short History of Gaseous Electronics”. in HIRSH, Merle N. e OSKAM, H. J.. Gaseous Electronics. 1. Academic Press. ISBN 978-0-12-349701-7.

Літаратура

Тэмы гэтай старонкі (5):
Плазма
Вікіпедыя:Спасылкі на Беларускую энцыклапедыю з назвай артыкула
Вікіпедыя:Істотныя артыкулы
Вікіпедыя:Спасылкі на Беларускую энцыклапедыю з нумарамі старонак
Вікіпедыя:Спасылкі на Беларускую энцыклапедыю без аўтара