Plasma - starea materiei solare
În ciuda faptului că există aproape toată masa universului în plasmă SRI care cuprinde, în condiții terestre care ne confruntăm, iar plasma este extrem de rară, cum ar fi, în cazuri cum ar fi o descărcare fulger sau de descărcare de gestiune radiație SOURCE-nick. Cu toate acestea, întreaga masă de stele, inclusiv Soarele nostru (cu excepția unui neutron stea-TION) și cea mai mare parte din masa de plasmă interstelar sunt co-picioare, în comparație cu care toată masa rămasă a universului - „gunoi“. Toate planetele, asteroizi, sateliti, comete, și chiar propriul nostru Pământ - o parte (din „gunoi“ Plasma - .. O sursă de unde electromagnetice și, în special, ale luminii vizibile în plasma de temperatură înaltă este încărcat electric oră-o particulă se deplasează cu viteză mare, care interacționează cu fiecare și alte schimbă rapid viteza și direcția de deplasare. spectrul astfel de radiație non-întrerupând. plasma cu temperatură scăzută conține atomi cu electroni legați în cojile de electroni. Aceste interacțiuni conduc la tranzițiile electronilor între diferite Dame și nivelul de energie în cojile de electroni. Energia eliberată în urma unor astfel de tranziții la niveluri inferioare, de asemenea, emise sub forma undelor electromagnetice. Spectrul radiației are un model guvernat sau dungată.
Proprietățile plasmatice difera foarte mult de proprietățile solide, lichide și gaze. Prin urmare, plasma este considerat a fi a patra stare a materiei-l.
Ce este plasmă? În principiu, plasma este o substanță în stare vysokoioniziro-Wann corespunzătoare anumitor alte condiții (deoarece substanța este întotdeauna într-o anumită măsură, ionizat). Nu numai gaz, ci și o multitudine de corpuri solide electroni liberi (care se deplasează la ionii încărcat polo fond zhitelno, fixat ferm în rețea cristalină D) pot fi observate ca plasma. Prin definiție, plasma - particule încărcate cu gaz și neutre-kvazineyt sectoriale se comportă în mod colectiv. Ce înseamnă acest lucru?
Moleculele neutre interactioneaza doar prin reciproca Stolk-ing despre astfel încât comportamentul lor depinde numai de comportamentul moleculelor învecinate cele mai apropiate. Cu toate acestea, mișcarea particulelor încărcate electric poate crea o zonă cu un Concentra-TION mai mare sau mai mică de sarcină pozitivă sau negativă și, prin urmare, câmpurile electrice-ing. Prin interacțiunea acestor influențe câmpului electromagnetic asupra mișcării particulelor încărcate cu alte la distanțe mari, după cum
Coulomb (electrostatic) forță este mult mai puternică și mai mult decât puterea de interacțiunea dintre atomi și molecule.
Densitatea particulelor încărcate electric în plasmă trebuie să fie suficient de înaltă precizie pentru interacțiunea electromagnetică dominată de ciocniri între atomi neutri și molecule. Prin urmare, plasma SPECIAL grafic mișcare. Sub comportamentul colectiv înțelegem mișcare de tensiune, care depinde nu numai de condițiile în imediata vecinătate, dar, de asemenea, cu privire la condițiile de plasmă la distanțe mari. Astfel, plasma ma are un impact asupra ta. Această mișcare poate fi observat în mod clar pe exemplu, în erupții solare () proeminente.
Densitatea particulelor încărcate electric în plasmă trebuie să fie SEASON Coy, de asemenea, interacțiunea electromagnetică dominată de ciocniri între atomi neutri și molecule. În aceste condiții, gazul ionizat este capabil să scut câmp electric extern, taxele de spațiu fore-lume. Aceste taxe de spațiu împiedică schimbările pe care le-au creat, acționează împotriva lor și de a stabili un nou echilibru. Ecranarea încărcătura spațială a particulelor încărcate cu o casă opus zori se formează în jurul exteriorului sarcinii electrice, care este construit în plasmă și este susținută acolo de o forță exterioară, așa cum se arată în Fig. 4.1.
Lățimea acestui strat crește cu temperatura și scade cu densitate cheniem-particule retrase. Acest lucru este de înțeles. Energia cinetică a particulelor încărcate este insuficientă, ecranare, astfel încât taxa de spațiu este electron - câmp parametru nu este zero, dar se apropie de zero, așa cum se arată în Fig. 4.2.
Din acest motiv, particulele din vecinătatea stratului scut cinetică suficientă energie-ologie de a părăsi potențialul bine creat de forțele de electroni rostaticheskimi. Temperaturile mai ridicate ale particulelor dit încărcat reductibil la o mai mare abundență a stratului de ecranare și pentru lățimea mai mare.
Fig. 4.2. Forma de construcție în stratul scut în plasmă
Pe de altă parte, este mai mare concentrația de particule încărcate, forțele electrostatice superioare. Prin urmare, taxa de spațiu are o limită ascuțită. Dificultățile în identificarea limitelor exacte ale stratului de ecranare atunci când plumb la necesitatea de a introduce o nouă valoare, numită lungimea Debye, co-Thoraya este o măsură a capacității plasmei de ecranare. Math produce o dependență exponențială a capacității electrice (p-TION de distanța d și lungimea XD Debye este definită ca distanța la care electric
potențial (p () se reduce la - unde e - cunoscut constant matematic -
baza logaritmilor naturali.
Cvasi-neutralitate înseamnă că, în ceea ce privește per-perspective de densitate de electroni macroscopic este substanțial egală cu densitatea ionilor chiar ma imperecheate volumului plasmatic; aceasta se numește densitatea plasmei. Plasma pe atât timp exterior electric neutru, dar din punct de vedere microscopic al interacțiunii electromagnetice de electroni liberi și plasmă ion comunica unele dintre caracteristicile sale. De exemplu, posibilitatea ca și electric ionii au fost diferite temperaturi în aceeași plasmă; deriva sau deplasarea particulelor într-un câmp magnetic; încălzire cu plasmă compresie mnogostupencha adiabatică în oglinzile magnetice cincea (sau pinch așa-numitul - efect); valuri de plasmă (de exemplu, oscilații în plasmă, fluieri, undele de șoc, etc ...); Efectele neliniare (cum ar fi existența stratului de perete); regiune cu plasmă (și anume, granița dintre frecvențele transmise și reflectate-fotoni, adică unde electromagnetice), și așa mai departe. d. O descriere a ușor detaliat aceste efecte nu face obiectul acestui capitol. Cei care invariant
Theresia aceste probleme pot găsi mai multe informații în literatura de spe-hoc, de exemplu, în [6].
Pentru a satisface definiția dată mai sus cu plasmă, trebuie, de asemenea, efectuate, și alte condiții. marimea volumului plasmatic trebuie să fie mult mai mare (cel puțin un ordin de mărime) decât lungimea De-bai. Numai atunci când toate potențialele externe vor fi proiectate la curse, distanțe mai mici decât dimensiunea plasmei, cvasi-neutralitatea va fi menținută. Mai mult decât atât, screening-ul Debye va fi de natură statistică, în cazul în care numărul de particule incarcate va fi suficient de mare. Inclus Cantitate mici TION de perechi electron-ion nu pot fi considerate ca plasma.
Temperatura - rezultatul mișcării particulelor. Cu toate acestea, temperatura plasmei necesită o interpretare ușor diferită decât în mod obișnuit. În plasmă, de înaltă tem-peratura nu este asociat cu energia termică ridicată. De exemplu, în termen de fluorescență conducta de refulare cu arc de presiune joasă „arde“ într-un amestec de vapori de Ar și Hg. Temperaturi diferite există în aceeași plasmă ca elec-trona și ionii au mase diferite și diferite accelerat într-un câmp electric cer. De aceea, ei au energii diferite medii. Electronice de comandă peratura este de ordinul a T * 104K. Cu toate acestea, presiunea gazului este scăzută, concentrația de h-particule este relativ mică, iar capacitatea calorică este scăzută. Energia termică este transferată într-un tub de sticlă prin acțiunea particulelor emise în CFE din jur fac. Temperatura este dată de distribuția statistică a particulelor cială-energetice individuale [58]. Conform relației E = kT, unde k - constanta Boltzmann-mana, o temperatură T = 11 600 K corespunde E = 1 eV energie. Acest fenomen se observă și în atmosfera Pământului. La înălțimi mai mari de h = 10 000 m de la suprafața Pământului, atmosfera este mai puternic ionizat sub influența radiațiilor cosmice. Temperatura plasmatică atinge o valoare mai mare decât T 10> 000 K, în timp ce temperatura aerului este foarte scăzută. Se podcherk-nut, că la o astfel de ionizare cu plasmă de temperatură scăzută este de obicei foarte scăzută. Cei mai mulți atomi sunt într-o stare neutră, și numai unele sunt ionizate. Procentul atomilor ionizați - cantitate mică.
Fig. 4.3 arată zona tipică a unor tipuri de plasmă în dependența de densitatea și energia electronului. Pentru unele zone sunt, de asemenea, având în vedere ordinele de mărime din lungimea Debye în metri. Este evident că plasma are o gamă foarte largă. Acesta poate exista atunci când concentrația de-tiile de particule incarcate din 106m I“
3 în spațiul interstelar, înainte de „“ Hume în miezurile de stele. Atunci când o densitate de explozie supernovă poate fi chiar mai mare. În mod similar, energia particulelor incarcate pot fi despre valoarea E „10 februarie eV in spatiul interstelar, in jur de £„10 februarie eV în gazul de ioni de electroni într-un solid și până la E * 104 eV în nucleele cele mai fierbinti stele. Dar, cu o plasmă, putem întâlni, de obicei, pe Pământ?
Gradul de ionizare în flacără de plasmă de ardere în procesele clasice sau oxidare rapidă este foarte scăzută. La temperaturi de ardere tipice în pla-Meni se ridică la aproximativ T = 1000 K și o arzatoare ruirovannyh special-skonst atinge un maxim - T = 4500 K.
Din punctul de vedere al temperaturii plasmei sunt foarte mici, dar acest tip de plasmă este cel mai frecvent tip de plasmă în condiții terestre.
În mod semnificativ temperaturi mai ridicate pot fi realizate în plasmă-mi descărcarea electrică. Lightning este, probabil, singura forma de mai plasma temperatură SEASON cu un grad ridicat de ionizare, care are loc în mod spontan în natură. Lightning - o descărcare prin scânteie gigant, în care plasma cu o temperatură T = 3x104 K este formată în prezent desen, diametrul canalului de circa r = 0,1 m pentru o perioadă de ordinul a / = 10 „se extinde 6 de gaz încălzit rapid, creând o undă acustică. adică tunet. create în mod artificial într-o descărcare electrică de plasmă este utilizat pe scară largă în diverse zuetsya-tehnologie, descrierea care este dincolo de domeniul de aplicare al acestei dis aspect publicații.
UI elemente grele nuclei devin complet „purificat“ la temperaturi de circa T „10e K. La asemenea temperaturi în nucleele atomilor de hidrogen (pro-tone) are suficientă energie cinetică pentru a depăși repulsiei forță vayuschie sarcini electrice identice, și mai aproape de fiecare foarte aproape (= 1 (T | 5m) pentru a declanșa reacții nucleare există o astfel de plasmă, de exemplu, în miezurile de stele, și în adâncul Soarelui nostru, în special, pentru a „curăța“ nuclee mai grele, chiar mai mare ritm-turii, .. deoarece energia nucleară aryady mai mare, și, prin urmare, Ott-încuviințând forțe electrostatice între nuclee mai mari. La temperaturi de aproximativ T = 10n K realizabile pentru perioade scurte de timp în timpul exploziei supernovei divizat miez complet, formând o plasmă în care poate exista doar nucleele de hidrogen liberi ( protoni), iar electronii liberi.
În continuare ne întoarcem la fizica energiei nucleare. Nucleele atomilor cu stand-up de protoni și neutroni. Cu toate acestea, masa de repaus nuclear mai mică decât cantitatea de masă de repaus de protoni liberi și neutroni din care este compus din miez. Acest defect de masă este transformată într-o energie de legare nucleară care deține nucleul.
Acest lucru este exprimat prin formula cunoscută E - Ate2 Einstein. Figura 4.4 ori mai mare de legare dependența nyaet energia de numărul de masă al nucleului. Evident, Ener-ogy pot fi obținute sau fuziunea nucleelor ușoare în nuclee mai grele la plimbare într-o stare de nuclee stabile sau nuclee de clivaj mai grele în nuclee stabile. Fuziunea se numește fuziune a nucleelor usoare
reacție sau fuziunea nucleară are loc în miezurile stea. masa Sun este formată în principal din nucleele de hidrogen și electroni liberi, o mică proporție de nuclee de heliu și urme de nuclee de litiu, și elemente eventual mai grele. Tabel. 4.1 [13] Exemple de unele reacții în miezul soarelui. Este demonstrat ca cantitatea de energie eliberată-scheesya un rezultat al diferitelor reacții.
Tabelul 4.1. Exemple de reacții nucleare în miezul Soarelui
Procesul de divizare nuclee grele pot trece într-o reacție de scindare manieră controlată și reactoarele nucleare sau ca o explozie nucleară necontrolată. Plasma de temperatură ridicată pot fi create în mod artificial de o explozie nucleară, sau în dispozitive foarte complexe [6], este de obicei folosită în modul în impulsuri cu durata impulsului în intervalul de la microsecunde milisecunde.
Aceste dispozitive includ așa-numitele închis tori (Tokamak), capcana magnetică. capcane magnetice - un dispozitiv care funcționează cu efect de strângere, folosind încălzire cu laser etc. Cu toate acestea Importanța practică-lic a unor astfel de dispozitive pentru producerea de energie, prin intermediul reacțiilor termo-nucleare în prezent limitate în mod considerabil, în ciuda eforturilor yn intensitate .. îmbunătățirea lor tehnică și de utilizare pentru a genera electricitate. explozie nucleară reală este întotdeauna minim util în scopuri pașnice.
plasma temperatura ridicată este complet nuclee „purificate“ Obra-zuetsya când toți electronii sunt eliminate din nucleele atomice, ca rezultat al ionizării-set dly. Un astfel de plasma nu poate emite un spectru de linie, deoarece electronii sunt complet libere și nu pot demonstra supra-
deplasări între nivelele de energie ale atomilor în cojile de electroni. Prin urmare, numai fotonii emiși de sunet cu caracteristica distinctivă că un coș-pătrunzând din ciocnirile de particule încărcate electric la co-toryh schimbă brusc direcția de deplasare, care este însoțită de unde electromagnetice emițătoare-niem (foton). Un spectru de emisie în plasmă este foarte largă și continuă. Acesta este distribuit prin regiunea ultra-violet mare de energie la raze X. Această energie a unui foton este emis, adică, acesta este eliminat din plasmă. Fără ei alcătuiesc temperatura plasmei Nachi-Nala va scădea, iar electronii și ionii ar începe să recombina, adică. E. Plasma ar dispărea pur și simplu. Energia radiată de stele out este compensată de energia eliberată prin reacții termonucleare în miezurile lor. În cazul plasmei artificiale (în absența reacțiilor nucleare), pentru a menține energia trebuie, oricum, este livrat în mod continuu din exterior, de exemplu sub formă de energie electrică, putere de înaltă frecvență, sau câmpul electric al radiației laser