Плазма

Пла́зма (ад  «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 ўтвараецца ў выніку тэрмічнай іанізацыі, з’яўляецца раўнаважнай або, іншымі словамі, ізатэрмічнай плазмай. Ступень яе іанізацыі вельмі вялікая, дзякуючы чаму яна з’яўляецца вельмі добрым правадніком — 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 выпраменьванні, абумоўленае тармажэннем электронаў у полі іонаў рэкамбінацыйнае выпраменьванне, абавязанае працэсу ўтварэння нейтральных атамаў з іонаў і электронаў, а таксама выпраменьванне ўзбуджаных іонаў і атамаў. Акрамя таго, згаданае вышэй лармараўскае кручэнне электронаў у магнітным полі прыводзіць да так званага бэтатрон-выпраменьвання.

 Гісторыя 
Упершыню плазма была распазнана і апісана ў 1879 годзе Уільямам Круксам, які назіраў яе ў  і назваў плазму «прамяністай матэрыяй» ()Крукс прачытаў лекцыю ў Брытанскай навуковай асацыяцыі, у Шэффілдзе, у пятніцу, 22 жніўня 1879   .
Назву «плазма» прапанаваў Ірвінг Ленгмюр у 1928 годзе, магчыма таму што яркі разрад, запаўняючы аб’ём трубкі, прымаў яе форму ( — вылепленае, адлітае, адфармаванае). 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.

 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 ; Z — зарадны лік; k — пастаянная Больцмана; λ — даўжыня хвалі; γ — адыябатычны індэкс; ln Λ — Кулонаўскі лагарыфм.

 Частоты 
 Лармарава частата электрона, вуглавая частата кругавога руху электрона ў плоскасці перпендыкулярнай магнітнаму полю:

 Лармарава частата іона, вуглавая частата кругавога руху іона ў плоскасці перпендыкулярнай магнітнаму полю:

 плазменная частата (частата плазменных ваганняў), частата з якой электроны вагаюцца каля становішча раўнавагі, быўшы зрушанымі адносна іонаў:

 іонная плазменная частата:

 частата сутыкненняў электронаў

 частата сутыкненняў іонаў


 Даўжыні 
 Дэ-Бройлева даўжыня хвалі электрона, даўжыня хвалі электрона ў квантавай механіцы:

 мінімальная адлегласць збліжэння ў класічным выпадку — мінімальная адлегласць, на якую могуць зблізіцца дзве зараджаныя часціцы пры лабавым сутыкненні і пачатковай скорасці, якая адпавядае тэмпературы часціц, калі не ўлічваць квантава-механічныя эфекты:

 гірамагнітны радыус электрона, радыус кругавога руху электрона ў плоскасці, перпендыкулярнай магнітнаму полю:

  гірамагнітны радыус іона, радыус кругавога руху іона ў плоскасці перпендыкулярнай магнітнаму полю:

 памер скін-слоя плазмы — адлегласць, на якую электрамагнітныя хвалі могуць пранікаць у плазму:

 Радыус Дэбая (даўжыня Дэбая) — адлегласць, на якую электрычныя палі экраніруюцца за кошт пераразмеркавання электронаў:


 Скорасці 
 цеплавая скорасць электрона, формула для ацэнкі скорасці электронаў пры размеркаванні Максвела. Сярэдняя скорасць, найбольш імаверная скорасць і сярэднеквадратычная скорасць адрозніваюцца ад гэтага выраза толькі пастаяннымі множнікамі парадку адзінкі:

 цеплавая скорасць іона, формула для ацэнкі скорасці іонаў пры размеркаванні Максвела:

 скорасць іоннага гуку, скорасць падоўжных іонна-гукавых хваль:

 Альфвенаўская скорасць, скорасць Альфвенаўскіх хваль:


 Безразмерныя велічыні 
 квадратны корань з адносіны мас электрона і пратона:

 Лік часціц у сферы Дэбая:

 адносіна Альфвенаўскай скорасці да скорасці святла

 адносіна плазменнай і лармараўскай частот для электрона

 адносіна плазменнай і лармараўскай частот для іона

 адносіна цеплавой і магнітнай энергій

 адносіна магнітнай энергіі да энергіі спакою іонаў


 Іншае 
 Бомаўскі каэфіцыент дыфузіі

 Папярочнае супраціўленне Спітцэра


 Гл. таксама 
 Фізіка плазмы

 Літаратура 

 Арцимович Л. А. Элементарная физика плазмы. 3 изд. — М., 1969.
 Трубников Б. А. Введение в теорию плазмы. Ч. 1—3. — М., 1969—78.
 Основы физики плазмы. Т. 1—2. — М., 1983—84.
 Чен Ф. Ф. Введение в физику плазмы: Пер. с англ. — М., 1987.

Катэгорыя:Вікіпедыя:Істотныя артыкулы