प्लाझ्मा - प्रकार, गुणधर्म आणि पॅरामीटर्स

प्लाझ्मा ही पदार्थाच्या एकत्रीकरणाची चौथी अवस्था आहे - एक उच्च आयनीकृत वायू ज्यामध्ये इलेक्ट्रॉन, तसेच सकारात्मक आणि नकारात्मक चार्ज केलेले आयन एकमेकांच्या विद्युत शुल्कांमध्ये जवळजवळ पूर्णपणे संतुलित असतात. परिणामी, जर आपण प्लाझ्माच्या कोणत्याही लहान व्हॉल्यूममध्ये एकूण शुल्क मोजण्याचा प्रयत्न केला तर ते शून्य होईल. हे वैशिष्ट्य प्लाझ्मा इलेक्ट्रॉन आणि आयन बीमपासून वेगळे करते. प्लाझ्माच्या या गुणधर्माला अर्ध-तटस्थता म्हणतात.

त्यानुसार (परिभाषेच्या आधारावर), प्लाझ्मा त्याच्या आकारमानातील चार्ज कणांच्या संख्येच्या गुणोत्तरावर आणि त्याच्या घटक कणांच्या एकूण संख्येवर, आयनीकरणाच्या प्रमाणात अवलंबून असतो:

• कमकुवतपणे ionized प्लाझ्मा (आयनीकृत कणांच्या व्हॉल्यूमच्या टक्केवारीचा भाग);

• माफक प्रमाणात ionized प्लाझ्मा (कणांच्या प्रमाणात काही टक्के आयनीकृत आहे);

• उच्च आयनीकृत (वायूच्या खंडातील जवळजवळ 100% कण आयनीकृत आहेत).

प्लाझमाचे प्रकार - उच्च तापमान आणि गॅस डिस्चार्ज

प्लाझमा उच्च तापमान आणि गॅस डिस्चार्ज असू शकते. पहिला फक्त उच्च तापमानाच्या परिस्थितीत होतो, दुसरा - गॅसमध्ये पातळ करताना.तुम्हाला माहिती आहे की, पदार्थ चारपैकी एका स्थितीत असू शकतो: पहिला घन असतो, दुसरा द्रव असतो आणि तिसरा वायू असतो. आणि अत्यंत तापलेला वायू पुढील अवस्थेत जातो - प्लाझमाची स्थिती, म्हणून प्लाझ्मा ही पदार्थाच्या एकत्रीकरणाची चौथी अवस्था मानली जाते.

प्लाझ्मा व्हॉल्यूममध्ये हलणारे वायूचे कण असतात इलेक्ट्रिक चार्जम्हणून, प्लाझ्माला विद्युत प्रवाह चालविण्यासाठी सर्व अटी आहेत. सामान्य परिस्थितीत, स्थिर प्लाझ्मा स्थिर बाह्य विद्युत क्षेत्राचे संरक्षण करते, कारण या प्रकरणात विद्युत शुल्काचे अवकाशीय पृथक्करण त्याच्या व्हॉल्यूममध्ये होते. परंतु प्लाझ्माचे चार्ज केलेले कण विशिष्ट, निरपेक्ष शून्य, तापमानापेक्षा भिन्न स्थितीत असल्याने, अर्ध-तटस्थतेचे उल्लंघन त्याच्यापेक्षा लहान प्रमाणात होते तेव्हा किमान अंतर असते.

प्रवेगक विद्युत क्षेत्रामध्ये, गॅस-डिस्चार्ज प्लाझ्माच्या चार्ज केलेल्या कणांमध्ये भिन्न सरासरी गतीज ऊर्जा असते. असे दिसून आले की इलेक्ट्रॉन वायूचे तापमान प्लाझ्माच्या आत असलेल्या आयन वायूच्या तापमानापेक्षा वेगळे असते; म्हणून, गॅस-डिस्चार्ज प्लाझ्मा समतोल नसतो आणि त्याला नॉन-इक्विलिब्रियम किंवा नॉन-इसोथर्मल प्लाझ्मा म्हणतात.

गॅस-डिस्चार्ज प्लाझ्माच्या चार्ज केलेल्या कणांची संख्या त्यांच्या पुनर्संयोजनादरम्यान कमी होत असताना, विद्युत क्षेत्राद्वारे प्रवेगित इलेक्ट्रॉन्सद्वारे प्रभाव आयनीकरण प्रक्रियेत नवीन चार्ज केलेले कण लगेच तयार होतात. परंतु लागू केलेले विद्युत क्षेत्र बंद होताच, गॅस-डिस्चार्ज प्लाझ्मा त्वरित अदृश्य होतो.

उच्च तापमानाचा प्लाझ्मा हा समताप किंवा समतोल प्लाझ्मा असतो. अशा प्लाझ्मामध्ये, त्यांच्या पुनर्संयोजनामुळे चार्ज केलेल्या कणांच्या संख्येत होणारी घट थर्मल आयनीकरणामुळे पूरक आहे.हे एका विशिष्ट तापमानात घडते. प्लाझ्मा बनवणाऱ्या कणांची सरासरी गतीज ऊर्जा येथे समान आहे. तारे आणि सूर्य उच्च-तापमान प्लाझ्मा (दशलक्ष अंशांच्या तापमानात) बनलेले आहेत.

प्लाझ्मा अस्तित्वात येण्यासाठी, त्याच्या व्हॉल्यूममध्ये चार्ज केलेल्या कणांची विशिष्ट किमान घनता आवश्यक आहे. प्लाझ्मा भौतिकशास्त्र ही संख्या असमानता L >> D वरून निर्धारित करते. चार्ज केलेल्या कणांचा रेखीय आकार L हा Debye स्क्रीनिंग त्रिज्या D पेक्षा खूप मोठा आहे, जे प्रत्येक प्लाझ्मा चार्जचे कुलॉम्ब फील्ड स्क्रीनिंग ज्या अंतरावर होते.

प्लाझमाचे गुणधर्म

प्लाझमाच्या परिभाषित गुणधर्मांबद्दल बोलताना, याचा उल्लेख केला पाहिजे:

• उच्च प्रमाणात गॅस आयनीकरण (जास्तीत जास्त - पूर्ण आयनीकरण);

• शून्य एकूण प्लाझ्मा शुल्क;

• उच्च विद्युत चालकता;

• चमकणे

• विद्युत आणि चुंबकीय क्षेत्रांसह मजबूत परस्परसंवाद;

• उच्च-वारंवारता (सुमारे 100 मेगाहर्ट्झ) प्लाझ्माच्या आत इलेक्ट्रॉनचे दोलन, ज्यामुळे प्लाझ्माच्या संपूर्ण व्हॉल्यूमची कंपन होते;

• मोठ्या संख्येने चार्ज केलेल्या कणांचा सामूहिक संवाद (आणि सामान्य वायूप्रमाणे जोड्यांमध्ये नाही).

प्लाझमाच्या भौतिक गुणधर्मांच्या वैशिष्ट्यांचे ज्ञान शास्त्रज्ञांना केवळ इंटरस्टेलर स्पेस (फक्त मुख्यतः प्लाझ्माने भरलेले) बद्दल माहिती मिळवू शकत नाही, तर नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन इंस्टॉलेशन्सच्या संभाव्यतेवर अवलंबून राहण्याचे कारण देखील देते (उच्च-तापमानाच्या प्लाझमावर आधारित. ड्युटेरियम आणि ट्रिटियम).

कमी-तापमानाचा प्लाझमा (100,000 K च्या खाली) आज आधीच रॉकेट इंजिन, गॅस लेझर, थर्मिओनिक कन्व्हर्टर आणि MHD जनरेटरमध्ये वापरला जातो जे थर्मल उर्जेचे विद्युत उर्जेमध्ये रूपांतर करतात.प्लाझमेट्रॉनमध्ये, कमी-तापमानाचा प्लाझ्मा धातू वेल्डिंगसाठी आणि रासायनिक उद्योगासाठी प्राप्त केला जातो, जेथे अक्रिय वायू हॅलाइड्स इतर पद्धतींनी मिळवता येत नाहीत.