Плазма

, 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  «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» ().
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 \mu = m_i/m_p; *Z* — зарадны лік; *k* — пастаянная Больцмана; *&lambda;* — даўжыня хвалі; γ — адыябатычны індэкс; ln Λ — Кулонаўскі лагарыфм.

### Частоты 
* **Лармарава частата электрона**, вуглавая частата кругавога руху электрона ў плоскасці перпендыкулярнай магнітнаму полю:
: \omega_{ce} = eB/m_ec = 1.76 \times 10^7 B s^{-1}
* **Лармарава частата іона**, вуглавая частата кругавога руху іона ў плоскасці перпендыкулярнай магнітнаму полю:
: \omega_{ci} = eB/m_ic = 9.58 \times 10^3 Z \mu^{-1} B \mbox{s}^{-1}
* **плазменная частата** (частата плазменных ваганняў), частата з якой электроны вагаюцца каля становішча раўнавагі, быўшы зрушанымі адносна іонаў:
: \omega_{pe} = (4\pi n_ee^2/m_e)^{1/2} = 5.64 \times 10^4 n_e^{1/2} \mbox{s}^{-1}
* іонная плазменная частата:
: \omega_{pi} = (4\pi n_iZ^2e^2/m_i)^{1/2} = 1.32 \times 10^3 Z \mu^{-1/2} n_i^{1/2} \mbox{s}^{-1}
* частата сутыкненняў электронаў
: \nu_e = 2.91 \times 10^{-6} n_e\,\ln\Lambda\,T_e^{-3/2} \mbox{s}^{-1}
* частата сутыкненняў іонаў
: \nu_i = 4.80 \times 10^{-8} Z^4 \mu^{-1/2} n_i\,\ln\Lambda\,T_i^{-3/2} \mbox{s}^{-1}

### Даўжыні 
* **Дэ-Бройлева даўжыня хвалі электрона**, даўжыня хвалі электрона ў квантавай механіцы:
: \lambda\!\!\!\!- = \hbar/(m_ekT_e)^{1/2} = 2.76\times10^{-8}\,T_e^{-1/2}\,\mbox{cm}
* **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:
: e^2/kT=1.44\times10^{-7}\,T^{-1}\,\mbox{cm}
* **гірамагнітны радыус электрона**, радыус кругавога руху электрона ў плоскасці, перпендыкулярнай магнітнаму полю:
: r_e = v_{Te}/\omega_{ce} = 2.38\,T_e^{1/2}B^{-1}\,\mbox{cm}
* ** гірамагнітны радыус іона**, радыус кругавога руху іона ў плоскасці перпендыкулярнай магнітнаму полю:
: r_i = v_{Ti}/\omega_{ci} = 1.02\times10^2\,\mu^{1/2}Z^{-1}T_i^{1/2}B^{-1}\,\mbox{cm}
* **памер скін-слоя плазмы** — адлегласць, на якую электрамагнітныя хвалі могуць пранікаць у плазму:
: c/\omega_{pe} = 5.31\times10^5\,n_e^{-1/2}\,\mbox{cm}
* **Радыус Дэбая (даўжыня Дэбая)** — адлегласць, на якую электрычныя палі экраніруюцца за кошт пераразмеркавання электронаў:
: \lambda_D = (kT/4\pi ne^2)^{1/2} = 7.43\times10^2\,T^{1/2}n^{-1/2}\,\mbox{cm}

### 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:
: v_{Te} = (kT_e/m_e)^{1/2} = 4.19\times10^7\,T_e^{1/2}\,\mbox{cm/s}
* **цеплавая скорасць іона**, формула для ацэнкі скорасці іонаў пры размеркаванні Максвела:
: v_{Ti} = (kT_i/m_i)^{1/2} = 9.79\times10^5\,\mu^{-1/2}T_i^{1/2}\,\mbox{cm/s}
* **скорасць іоннага гуку**, скорасць падоўжных іонна-гукавых хваль:
: c_s = (\gamma ZkT_e/m_i)^{1/2} = 9.79\times10^5\,(\gamma ZT_e/\mu)^{1/2}\,\mbox{cm/s}
* **Альфвенаўская скорасць**, скорасць Альфвенаўскіх хваль:
: v_A = B/(4\pi n_im_i)^{1/2} = 2.18\times10^{11}\,\mu^{-1/2}n_i^{-1/2}B\,\mbox{cm/s}

### Безразмерныя велічыні 
* квадратны корань з адносіны мас электрона і пратона:
: (m_e/m_p)^{1/2} = 2.33\times10^{-2} = 1/42.9
* Лік часціц у сферы Дэбая:
: (4\pi/3)n\lambda_D^3 = 1.72\times10^9\,T^{3/2}n^{-1/2}
* адносіна Альфвенаўскай скорасці да скорасці святла
: v_A/c = 7.28\,\mu^{-1/2}n_i^{-1/2}B
* адносіна плазменнай і лармараўскай частот для электрона
: \omega_{pe}/\omega_{ce} = 3.21\times10^{-3}\,n_e^{1/2}B^{-1}
* адносіна плазменнай і лармараўскай частот для іона
: \omega_{pi}/\omega_{ci} = 0.137\,\mu^{1/2}n_i^{1/2}B^{-1}
* адносіна цеплавой і магнітнай энергій
: \beta = 8\pi nkT/B^2 = 4.03\times10^{-11}\,nTB^{-2}
* адносіна магнітнай энергіі да энергіі спакою іонаў
: B^2/8\pi n_im_ic^2 = 26.5\,\mu^{-1}n_i^{-1}B^2

### Іншае 
* Бомаўскі каэфіцыент дыфузіі
: D_B = (ckT/16eB) = 5.4\times10^2\,TB^{-1}\,\mbox{cm}^2/\mbox{s}
* Папярочнае супраціўленне Спітцэра
: \eta_\perp = 1.15\times10^{-14}\,Z\,\ln\Lambda\,T^{-3/2}\,\mbox{s} = 1.03\times10^{-2}\,Z\,\ln\Lambda\,T^{-3/2}\,\Omega\,\mbox{cm}

## 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