Физика плазмы — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Фи́зика пла́змы — раздел физики, изучающий свойства и поведение плазмы, в частности, в магнитных полях. Плазма рассматривается как неструктурированная квазинейтральная система из большого числа заряженных частиц с коллективной динамикой^[1].

Для физики плотной плазмы справедливо утверждение, что её можно считать подразделом физики сплошных сред, так как при исследовании плотной плазмы речь идёт о макроскопическом поведении частично или полностью ионизованной сплошной среды. Однако разреженная плазма не всегда адекватно описывается методами механики сплошных сред.

• устойчивость плазмы во внешних полях
• волны в плазме
• электрические, магнитные и оптические свойства плазмы
• диффузия, проводимость и другие кинетические явления в плазме
• динамика плазмы с вмороженным в неё магнитным полем (магнитогидродинамика)
• физика космической плазмы (ионосфера, структура звёзд, плазма в межзвёздном и межгалактическом пространстве)
• турбулентность в плазме^[2]
• динамические нелинейные структуры в плазме^[2]
• коллективные явления в плазме^[1]

Организация исследований и образования[править | править код]

Журналы[править | править код]

Самым высоким импакт-фактором из специализированных журналов обладает журнал «Physics of Plasmas», издаваемый Американским институтом физики.

Российская академия наук издаёт журнал «Физика плазмы»

1. ↑ ^{1 2} Плазма как объект физических исследований, 1996, с. 103.
2. ↑ ^{1 2} Плазма как объект физических исследований, 1996, с. 104.
3. ↑ Элементарная физика плазмы, 1969, с. 164.
4. ↑ Элементарная физика плазмы, 1969, с. 180.
5. ↑ Элементарная физика плазмы, 1969, с. 188.

Пылевая плазма — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Пылевые образования вблизи анода в тлеющем разряде Пыль, образующаяся при горении тлеющего разряда

Пылевая плазма (комплексная плазма) — ионизированный газ, содержащий пылинки (частицы микронных и субмикронных размеров твёрдого вещества), которые либо самопроизвольно образуются в плазме в результате различных процессов, либо вводятся в плазму извне. Пылевая плазма была впервые экспериментально получена в 20-х годах XX века, предположительно Ирвингом Ленгмюром^[1].

Размеры частиц в ней относительно велики — от долей до сотен микрон (рекордом является 200 микрон). Расчёты равновесных свойств пылевой плазмы показывают, что её частицы могут выстраиваться в пространстве определённым образом и образовывать так называемый плазменный кристалл. Плазменный кристалл может плавиться и испаряться. Если частицы пылевой плазмы достаточно велики, то кристалл можно будет увидеть невооружённым глазом.

При охлаждении пылевой плазмы образуется осадок.

Пылевая плазма часто встречается в космосе (туманностях, планетарных кольцах, хвостах комет, а также у искусственных спутников Земли).

Можно отметить следующие этапы развития представлений о пылевой плазме в хронологическом порядке:

• 1920-е годы — И.Ленгмюр впервые наблюдает пылевую плазму в лабораторных условиях;
• 1959 год — упорядоченные квазикристаллические структуры заряженных микрочастиц экспериментально реализованы в модифицированной ловушке Пауля;
• 1986 год — возможность кристаллизации пылевой подсистемы в неравновесной газоразрядной плазме была предсказана Икези;
• конец 1980-х — изучение зарядки пыли, распространения электромагнитных волн, их затухания и неустойчивости применительно к пылевой плазме в космосе;
• начало 1990-х — изучение пылевой плазмы с целью уменьшения или предотвращения негативных эффектов пылевых частиц, образующихся в установках плазменного напыления и травления;
• 1994 год — группой Института внеземной физики им. М. Планка (Гархинг, Германия) в лабораторных условиях был впервые получен плазменно-пылевой кристалл, который они наблюдали в высокочастотном емкостном разряде;
• 1996 год — группой Института высоких температур (Москва, Россия) плазменно-пылевой кристалл получен в тлеющем разряде постоянного тока;
• 1998 год — группой Института высоких температур проведены первые эксперименты с пылевой плазмой в условия микрогравитации, проведенные на борту орбитального комплекса «Мир»;
• 2001 год — группа Института высоких температур и группа Института внеземной физики им. М. Планка совместно запустили космическую лабораторию «Плазменный кристалл» на Международной космической станции^[2][3][4].

Кулоновское взаимодействие

Пылевые образования наблюдались в разных типах плазмы: газоразрядная плазма, термическая плазма, ядерно-возбуждаемая плазма. Во всех случаях главной причиной образования пылевых структур является электрический заряд. Пылевые частицы заряжаются в плазме по разным причинам в зависимости от типа плазмы. В газоразрядной плазме пылинки, как правило, заряжаются отрицательно в связи с тем, что электроны гораздо подвижней ионов, и их поток на частицу намного больше. Их заряд может быть и положительным из-за ультрафиолетового облучения частиц и, как результат, фотоэлектронной эмиссии с поверхности частицы. В термической плазме заряд частиц может быть и положительным из-за термоэлектронной эмиссии с поверхности частицы, и отрицательным из-за потока электронов на пылинки. В ядерно-возбуждаемой плазме поток электронов тоже может зарядить частицу отрицательно, но вторичная электронная эмиссия может изменить знак заряда на противоположный

[5].

Типичный размер пылевых образований в тлеющем разряде

Заряженные частицы, взаимодействуя друг с другом и с электрическими полями в плазме, при определенных условиях зависают в некоторой области, образуя трехмерные пылевые структуры, аналогичные решетчатой структуре кристаллических материалов и характеризуются постоянной решётки, составляющей, в отличие от параметра обычных кристаллов, доли миллиметра, что позволяет наблюдать их невооруженным глазом.

Обсуждение:Плазма — Википедия

Particle-In-Cell против кинетического описания[править код]

В статье написано, что «Модели Particle-In-Cell являются более подробными чем кинетические.» (Плазма#Particle-In-Cell_(частица в ячейке)). По-моему, это неверное утверждение, скорее наоборот, кинетические являются более подробными, а Particle-In-Cell — это метод численного моделирования этих уравнений, который, конечно же, менее точный и подробный. По всей видимости, здесь имеется путаница с полным описанием плазмы как системы, состоящей из частиц (т.е. описанием на основе уравнений Ньютона). Таким описанием, естественно, никто не пользуется, поскольку оно невозможно даже с использованием самых современных вычислительных средств. Артём Коржиманов 20:07, 4 октября 2009 (UTC)

Мне кажется, что часть материала, изложенного в статье, следует перенести в физику плазмы. Всё-таки среднестатистический читатель, ища информацию про плазму, вряд ли ждёт изложения, например, основ математического описания плазмы. В то же время, статья по физике плазмы на данный момнет находиться в зачаточном состоянии и подобное вливание могло бы её значительно улучшить.Артём Коржиманов 20:22, 4 октября 2009 (UTC)

Статьи Плазма и Физика плазмы на одну тему. Вероятно, их следовало бы слить. Однако, это потребует изрядной редакторской работы. Yurakm 14:10 21 июля 2015 (UTC)

• Yurakm, нельзя, на разную тему.—Arbnos 17:40, 21 июля 2015 (UTC)

Что за бред про античную философию в начале статьи?[править код]

Ветхий Завет утверждает, что в первый день творения Земля «была безвидна и пуста, и тьма над бездною, и Дух Божий носился над водою». Это положение с учётом некоторых допущений укладывается в современное научное представление о зарождении жизни, причем духу божьему, очевидно, соответствуют разряды молнии, способствовавшие синтезу сложных органических соединений в древнем океане. Grysha 94.137.6.80 10:14, 15 июня 2010 (UTC)

Согласен. Что за:

Философы античности, начиная с Эмпедокла, утверждали, что мир состоит из четырёх стихий: земли, воды, воздуха и огня. Это положение с учётом некоторых допущений укладывается в современное научное представление о четырёх агрегатных состояниях вещества, причем плазме, очевидно, соответствует огонь.[1]

С чего вообще этот голый факт удостоился места в начале статьи? В начале!

Почему бы и нет? Это интересное прозрение. Оно в той же степени достойно упоминания, в какой — в статье про атомы — достоен упоминания Демокрит (тоже в начале, между прочим). 62.216.44.10 15:32, 20 декабря 2013 (UTC)

Современное научное представление об агрегатных состояниях кроме твёрдого тела (кристаллов), жидкости, газа и плазмы выделяет ещё как минимум стёкла (аморфные твёрдые вещества), жидкие кристаллы, свертекучие жидкости, сверхпроводники, сверхкритические жидкости, не говоря уже об экзотических состояниях вроде нейтронного состояния. Так вот их никак не четыре, их очень много. Да, был период, когда выделялось именно 4 состояния, но этот период был в начале 20го века, и был он по историческим меркам довольно краток. Кроме того, не все (даже не большинство) античных философы сводили всё к четырём стихиям, разных учений было много. Поэтому я считаю очень странным писать в статье о плазме о том, что один конкретный Эмпедокл и некоторые его последователи выделяли столько же стихий (элементов, из которых состоит материя, а не состояний материи!), сколько выделяла наука агрегатных состояний в начале 20го века. Так что это примерно настолько же обоснованное совпадение, как и известная корреляция между глобальным потеплением и уменьшением количества пиратов. 62.63.86.134 18:46, 1 марта 2015 (UTC)

Нелепые рассуждения в разделе температура[править код]

«При чтении научно-популярной литературы читатель зачастую видит значения температуры плазмы порядка десятков, сотен тысяч или даже миллионов °С или К. Для описания плазмы в физике удобно измерять температуру не в °С, а в единицах измерения характерной энергии движения частиц, например, в электрон-вольтах (эВ). Для перевода температуры в эВ можно воспользоваться следующим соотношением: 1 эВ = 11600 K (Кельвин). Таким образом становится понятно, что температура в „десятки тысяч °С“ достаточно легко достижима.»-Как это понять? С чего автор взял что температура в сотни тысяч что кельвинов, что градусов Цельсия легко достижима? Начинает про кельвины, а заканчивает про электрон-вольты, так и не объяснив своего тезиса про «легкую достижимость» температур в сотни тысяч кельвинов. Подожду немного, если никто не исправит-буду удалять.DarkSwordsman 14:41, 7 марта 2011 (UTC)*

• Согласен, написано не понятно о чем. Первый абзац вообще можно заменить на что-то вроде «Температура плазмы составляет порядка десятков (низкотемпературная), сотен тысяч или даже миллионов градусов (высокотемпературная плазма)».—kdn1982 17:34, 7 марта 2011 (UTC)
• Нужно развить раздел Классификация и добавить раздел Основные характеристики, тогда путаницы не будет. Нужно различать случаи равновесной плазмы, когда все сорта частиц имеют одинаковую температуру, и неравновесной, когда разную. В последнем (наиболее распространённом в повседневной жизни) случае говорить о температуре плазмы вообще нельзя, отсюда и путаница. Температура ионов и нейтралов вполне может быть всего лишь десятки и сотни градусов Цельсия, а температура электронов — 5-8 эВ. Inmodus 07:45, 30 сентября 2013 (UTC)

ядро атома состоящее из гиперонов и электронов содержит дополнительную внутреннюю энергию ядра. на стыке прилегания к друг-другу этих частиц существует плазма гиперядра атома придающая атому радиоактивность. иван.

прочему ничего не сказано, что плазма ведет себя по разному на земле и в космосе? 103.16.229.58 14:14, 24 ноября 2015 (UTC)

• потому что это не так. Или я ошибаюсь и Вы можете привести ссылку? —Inmodus 09:53, 4 декабря 2015 (UTC)

Ультрахолодная плазма. Ошибка насчёт «минимальной» температуры плазмы:[править код]

В статье утверждается, что температура «низкотемпературной» плазмы меньше миллиона K, что в сочетании с рассуждениями от температуре перехода в плазменное состояние и четырёх агрегатных состояниях (отличающихся, как правило, температурой) создаёт обманчивое впечатление, что при охлаждении плазма обязательно переходит в газ и ниже, и что минимальная температура несильно ниже миллиона К, но по сообщениям в СМИ выходит, что плазму охлаждают практически до -273 градусов, хотя при этом она остаётся плазмой, возможно всё дело в плотности/давлении? В статье явно сложился дефицит информации про ультрахолодную плазму, в роли примера статья ниже:

---

Получены данные о самоорганизации частиц в ультрахолодной пылевой плазме NASA/JLP-Caltech Физики Объединенного института высоких температур РАН впервые исследовали поведение частиц в пылевой плазме при температуре ниже 2 К, что соответствует -271 °С. Результаты эксперимента в будущем могут быть использованы для создания новых материалов с заданными и контролируемыми свойствами. Отчет опубликован в журнале Nature: Scientific Reports. Ученые ОИВТ РАН совместно с коллегами из филиала Института энергетических проблем химической физики РАН им. В. Л. Тальрозе и МФТИ впервые в мире исследовали многокомпонентную пылевую плазму в положительном столбе тлеющего разряда при сверхнизких температурах (температурах сверхтекучего гелия).

Новый метод получения низкотемпературной плазмы поможет излечить болезни По словам одного из авторов работы, директора ОИВТ РАН Олега Петрова, в ходе эксперимента удалось впервые наблюдать пылевую плазму в газовом разряде, охлаждаемом сверхтекучим гелием, при температуре 1,6—2 К. До сих пор пылевая плазма и даже газовые разряды не исследовались при температурах ниже 4,2 К (температура жидкого гелия).

В ходе эксперимента производилось ионное распыление полимеров из специальной вставки и наблюдались явления самоорганизации, а именно формирование нанокластеров размерами менее 100 нм и полимерных волокон длиной до 5 мм и диаметром около 10 мкм. Полученные при экстремальных температурах волокна не разрушаются, попадая в нормальные условия.

«При сверхнизких температурах становится возможным прецизионно контролировать состав распыляемого материала, так как в этих условиях любые примеси «вымерзают», выпадая в осадок, — комментирует Олег Петров. — В итоге в газообразном гелии при распылении вещества возможно получить сверхчистые материалы, и это может стать путем к получению волокон с новыми заданными свойствами: например, новых видов полимеров, которые невозможно получить обычным химическим путем. Такие материалы могут радикально отличаться от уже существующих».

Явления самоорганизации широко распространены в природе и наблюдаются в различных по сложности и масштабу системах: от физических, исследуемых в наномире и в астрономии, до биологических, социальных и экономических. Подобные явления характерны для так называемых открытых (неравновесных) систем, к которым относится в том числе и пылевая плазма, образованная заряженными частицами микронных размеров, удерживаемыми в плазме газового электрического разряда.

Интенсивное рассеяние лазерного излучения частицами позволяет наблюдать и исследовать системы, образованные заряженными частицами, отслеживая их координаты и скорости в реальном времени. Пылевая плазма является удобным инструментом для исследования разнообразных явлений, например трехмерных и двумерных фазовых переходов, а также формирования нелинейных волн. По сравнению с альтернативными системами, например кластерами микрокапель воды, левитирующими над разогретыми поверхностями, пылевая плазма дает уникальную возможность варьирования в широком диапазоне температуры плазмообразующего газа — газообразного гелия, и исследования влияния изменения температуры газа на свойства плазмы и происходящие в ней процессы.

Вопрос о нижней границе температур, при которых можно проводить экспериментальные исследования пылевой плазмы, до недавних пор оставался открытым. С этой точки зрения проведенный российскими физиками эксперимент по синтезу полимерных нанокластеров и волокон при температурах ниже 2 К является первым и пока единственным в мировой практике: до сих пор были проведены лишь немногочисленные сравнительные исследования пылевой плазмы при температуре 4,2 К.

Малая изученность плазмы газового разряда при температурах ниже 4,2 К связана с тем, что проблемой является не только достижение температуры жидкого гелия, чтобы использовать его для охлаждения трубки, но также ограничение на мощность, выделяемую в разряде и приводящую к разогреву газообразного гелия. Эксперимент был проведен на установке, собранной на базе оптического криостата и предназначенной для изучения плазменно-пылевых структур при гелиевых температурах. В настоящий момент ученые ОИВТ РАН планируют продолжить эксперименты и изучать явления самоорганизации в пылевой плазме при сверхнизких температурах с использованием различных дисперсных материалов.

---

03(Основные понятия физики плазмы)

3. Основные понятия физики плазмы

3.1. Определение плазмы и ее основные свойства

Плазмой называют ионизованный газ, содержащий свободные положительно и отрицательно заряженные частицы, в котором суммарный заряд в каждой единице объема стремится к нулю, то есть плазма представляет собой электрически нейтральную среду.

В общем случае плазма может состоять из положительно заряженных ионов, отрицательно заряженных частиц  электронов и отрицательных ионов  и нейтральных частиц. Отношение числа электронов n_е (или ионов) в единице объема плазмы к полному числу частиц n в этом же объеме m = n_е/n называют степенью ионизации плазмы. В предельном случае, когда число нейтральных частиц в плазме стремится к нулю, плазма называется полностью ионизованной, для которой m 1. В технических устройствах, как правило, имеют дело с неполностью или частично ионизованной плазмой, для которой m  1.

Степень ионизации плазмы в зависимости от условий ее образования и существования может изменяться в широких пределах. Столб тлеющего разряда  это слабоионизованный газ со степенью ионизации порядка 10^-810^-6. Положительный столб дугового разряда при атмосферном и более высоких давлениях имеет степень ионизации порядка 10^-310^-1 .

В соответствии с величиной концентрацией частиц может быть разреженная плазма, примером которой служит ионосфера Земли, в которой концентрация электронов составляет 10⁵ 1/см³, или плазма в столбе тлеющего разряда при низких давлениях газа, и плотная плазма, например, в канале лидера при разряде в длинных воздушных промежутках или в канале молнии, в котором концентрация электронов может достигать (15)10¹⁷ 1/см³.

В зависимости от условий, в которых образована и находится плазма, различают низкотемпературную и высокотемпературную плазму. В низкотемпературной плазме температура близка к температуре окружающей среды и составляет порядка 300  400 К. В высокотемпературной плазме температура может достигать тысяч и сотен тысяч Кельвинов.

Основное свойство плазмы  стремление к электрической нейтральности  является следствием взаимодействия полей отдельных заряженных частиц. В плазме, являющейся смесью заряженных частиц разного знака, силы притяжения, действующие между разноименно заряженными частицами, уравновешиваются силами отталкивания одноименно заряженных частиц. Учитывая статистический характер распределения частиц в плазме, говорят не о полной электрической нейтральности, а о квазинейтральности плазмы. Квазинейтральность означает, что суммарный заряд каждой единицы объема плазмы q = n₊ + n_{_} + n_e  0.

В нейтральном газе мерой средней кинетической энергии хаотического движения частиц является температура газа Т, определяемая из соотношения 1/2 mw² = 3/2 kT, где m  масса частиц газа, w  средняя скорость их хаотического движения, k  постоянная Больцмана. Таким же образом характеризуют и среднюю энергию частиц плазмы.

В этом случае средняя энергия электронов и ионов может характеризоваться температурой соответственно T_e и Т_и.

В слабых электрических полях и в установившемся режиме средние энергии электронной и ионной составляющих плазмы равны между собой и равны средней энергии нейтральных частиц, что соответствует T_e = T_и = Т_газа. Такое состояние означает полное термодинамическое равновесие, и плазма называется равновесной.

В сильных электрических полях энергия, приобретаемая электронами от поля, оказывается существенно больше энергии ионов из-за сильного различия в скоростях частиц. Энергия электронов при ограниченном времени взаимодействия не успевает выровняться с энергией ионов. Поэтому в такой плазме T_e  T_и = Т_газа. Такое состояние характеризует неравновесную плазму.

Даже в неравновесной плазме, образующейся, например, в канале лидера, из-за отклонений в распределении плотности частиц могут образоваться области, в которых плазма близка равновесной. Такие области называют областями локального (местного) термодинамического равновесия.

3.2. Дебаевский радиус экранирования

Как уже сказано выше, основным свойством плазмы является стремление к электрической нейтральности. Однако в процессе хаотического движения частиц в плазме возможно временное отклонение от нейтральности в отдельных областях, то есть происходит временное разделение зарядов в пространстве. Так же следует иметь в виду, что в общем случае заряды различного знака расположены на некотором расстоянии друг от друга.

Р

Рис. 3.1. К понятию о дебаевском радиусе

экранирования

ассмотрим элемент структуры поля состоящий из некоторой заряженной частицы и объемного заряда, например, ионов противоположного знака, расположенных на некотором расстоянии (рис. 3.1). В целом система нейтральна и на удалении поле стремится к нулю. Однако вблизи заряженной частицы электростатическое поле от этой частицы преобладает. Только начиная с некоторого расстояния начинает проявляться действие зарядов противоположного знака, стремящихся уменьшить суммарное поле.

Характерное расстояние, на котором перестают проявляться неоднородности структуры поля квазинейтральной плазмы носит название дебаевского радиуса экранирования.

В равновесной плазме, где температуры электронной и ионной составляющих плазмы одинаковы (Т_е = Т₊ = Т_газа) характерный радиус экранирования заряда равен

.

В неравновесной плазме при Т_е >> Т₊ = Т_газа

.

Дебаевский радиус связан с расстоянием, на которое возможно сильное разделение зарядов в плазме. Например, при Т_е = 1 эВ и n_e = 10¹⁴ 1/м³ дебаевский радиус d = 5,210^-4 м. Часто ионизованный газ называют плазмой, если дебаевский радиус экранирования много меньше других характерных расстояний области, занятой плазмой.

3.3. Плазма в электрическом поле

Выше было рассмотрено движение в электрическом поле отдельных заряженных частиц. В отличие от такого случая движение заряженных частиц в плазме во внешнем электрическом поле существенно усложняется, так как напряженность электрического поля, действующего на каждую отдельно взятую частицу, складывается из напряженности внешнего поля и напряженности полей всех остальных частиц. Учесть при анализе все эти поля практически невозможно, в особенности при наличии столкновений между частицами, поэтому переходят к макроскопическому рассмотрению, основанному на статистическом осреднении индивидуальных взаимодействий полей частиц.

Пусть в полностью ионизованной плазме, находящейся в электрическом поле, все столкновения частиц носят только упругий характер. Движение частиц плазмы можно представить как сумму направленного движения со скоростью u и хаотического движения со скоростью w. Если через v обозначить вектор полной скорости частиц, то для каждого момента времени v = u + w. Среднее значение скорости хаотического движения равно нулю (<w> = 0), и во внешнем поле <v> = <u>. Для однотипных частиц с одинаковой массой <v> = u, так как скорости u всех однотипных частиц одинаковы.

Рассчитаем энергию частиц участвующих в направленном и хаотическом движении. Энергия частиц определяется квадратом скорости. Среднее значение квадрата полной скорости

<v²> = <v²> =<(u +w)²> = <u²> + <2u  w> + < w²>.

Так как направления скорости хаотического движения равновероятны, то среднее значение произведения <2u  w> = 0. Среднее значение полной энергии частиц в плазме

1/2<(mv²)> = 1/2(mu² + m<w²>), где 1/2 m<w²>  есть средняя энергия хаотического движения.

Таким образом наложение внешнего электрического поля приводит к увеличению средней энергии частиц плазмы на величину кинетической энергии движения частиц в этом поле.

Что такое плазма? Для тех, кто не понимает физику | Futurist

5 июля 2018, 21:41

На фото — полное солнечное затмение, наблюдавшееся во Франции в 1999 году. Остроконечное гало света — это плазма из короны Солнца

Материя существует в четырех возможных состояниях: твердом, жидком, газообразном и в виде плазмы, представляющей собой электрифицированный газ. Мы редко сталкиваемся с естественной плазмой — ее можно увидеть при грозе и северном сиянии или если смотреть на Солнце через специальный фильтр. Тем не менее, плазма, при всей ее скудности в нашей повседневной жизни, составляет более 99% наблюдаемой материи во Вселенной (то есть если не учитывать темную материю).

Как образуется плазма

Представьте себе, что вы нагреваете контейнер, полный льда, и наблюдаете, как он переходит из твердого состояния в жидкое и затем в газ. По мере того как температура поднимается, молекулы воды становятся более энергичными и возбудимыми и перемещаются все более и более свободно. Если вы продолжите нагрев, то при температуре около 12 тысяч градусов по Цельсию атомы сами начнут распадаться. Электроны убегут из ядер, оставляя позади заряженные частицы, известные как ионы, которые, в итоге, оказываются в супе электронов. Это и есть состояние плазмы.

Плазма в физике и в крови

Связь между кровью и «физической» плазмой — это больше, чем просто совпадение. В 1927 году американский химик Ирвинг Ленгмюр заметил, что, как плазма переносит электроны, ионы, молекулы и другие примеси, так и плазма крови переносит красные и белые кровяные тела и микробы. Ленгмюр стал пионером в изучении плазмы. Вместе со своим коллегой Леви Тонксом он также обнаружил, что плазма характеризуется быстрыми колебаниями электронов из-за коллективного поведения частиц.

Еще одним интересным свойством плазмы является ее способность поддерживать так называемые гидромагнитные волны-выпуклости, которые движутся через плазму вдоль линий магнитного поля, подобно тому, как колебания распространяются вдоль гитарной струны. Когда в 1942 году шведский ученый Ханнес Альфвен, который впоследствии стал лауреатом Нобелевской премии, впервые предположил существование этих волн, сообщество физиков отнеслось к этому скептически. Но после того, как Альфвен прочитал лекцию в Чикагском университете, известный физик и преподаватель Энрико Ферми подошел к нему, чтобы обсудить теорию, признав, что такие волны могут существовать.

Термоядерный синтез

Одним из самых больших стимулов развития современной плазменной науки является перспектива управляемого термоядерного синтеза, при котором атомы сливаются вместе и выделяют интенсивные, но управляемые всплески энергии. Это обеспечило бы почти безграничный источник безопасной, экологически чистой энергии, но это не такая простая задача. Прежде чем на Земле произойдет такое слияние, плазма должна быть нагрета до более чем 100 миллионов градусов по Цельсию, что примерно в 10 раз горячее, чем центр Солнца. Но и это не самое сложное, поскольку ученым удалось достичь такой температуры в 1990-е годы. Однако горячая плазма очень нестабильна, поэтому ее трудно хранить и ею трудно управлять.

Попытки достичь управляемого термоядерного синтеза датируются началом 1950-х годов. В то время исследования проводились тайно Соединенными Штатами, а также Советским Союзом и Великобританией. В США, Принстонский Университет был точкой опоры для этого исследования. Там физик Лайман Спитцер начал проект Matterhorn, в рамках которого секретная группа ученых пыталась достичь управляемого термоядерного синтеза с помощью устройства под названием «стелларатор». У них не было компьютеров, и приходилось полагаться только на собственные расчеты. Хотя они не решили головоломку, они в конечном итоге разработали «энергетический принцип», который и сегодня остается мощным методом проверки идеальной стабильности плазмы.

Токамак

Между тем, ученые Советского Союза создали другое устройство — токамак. Эта машина, разработанная физиками Андреем Сахаровым и Игорем Таммом, использовала сильное магнитное поле, чтобы загнать горячую плазму в форму пончика. Токамак лучше удерживал плазму в горячем и стабильном состоянии, и по сей день большинство исследовательских программ по термоядерному синтезу опираются на дизайн токамака. Сегодня Китай, Европейский Союз, Индия, Япония, Корея, Россия и США объединились для строительства крупнейшего в мире реактора на токамаке, открытие которого ожидается в 2025 году. Тем не менее, в последние годы также возродился энтузиазм в отношении стеллараторов, и крупнейший в мире открылся в Германии в 2015 году. Инвестирование в оба метода, вероятно, дает нам лучший шанс в конечном итоге добиться успеха.

Плазма в околоземном пространстве

Плазма также связана с физикой пространства вокруг Земли, где вещества переносятся с помощью ветров, генерируемых в верхней атмосфере Солнца. Нам повезло, что магнитное поле Земли защищает нас от заряженных плазменных частиц и разрушительного излучения такого солнечного ветра, однако все наши спутники, космические корабли и астронавты подвергаются этому воздействию. Их способность выжить в этой враждебной среде зависит от понимания и приспособления к причудам плазмы.

В новой области, известной как «космическая погода», физика плазмы играет роль, аналогичную динамике жидкости в наземных атмосферных условиях. Есть такое явление, как магнитное пересоединение, при котором линии магнитного поля в плазме могут разрываться и пересоединяться, что приводит к быстрому высвобождению энергии. Считается, что этот процесс питает солнечные вспышки, хотя детальное понимание остается труднодостижимым. Но в будущем мы сможем предсказывать солнечные бури так же, как и плохую погоду на Земле.

В чем плазма помогает нам сегодня

Возможно, однажды физика плазмы даст нам представление о том, как впервые сформировались звезды, галактики и скопления галактик. Согласно стандартной космологической модели, плазма была распространена в ранней Вселенной, затем все стало остывать и заряженные электроны и протоны связывались вместе, чтобы сделать атомы водорода электрически нейтральными. Это состояние продолжалось до тех пор, пока не образовались первые звезды и черные дыры, которые начали излучать радиацию, после чего Вселенная «реионизировалась» и вернулась в состояние плазмы.

Сегодня благодаря плазме ученые могут находить черные дыры. Они настолько плотные, что практически не отражают свет, поэтому практически невидимы для прямого наблюдения. Однако черные дыры, как правило, окружены вращающимся диском плазменного вещества, который движется в пределах гравитационного притяжения черной дыры и испускает фотоны высокой энергии. Именно их ученые могут наблюдать в рентгеновском спектре.

Плазма все еще кажется нам довольно экзотичным состоянием вещества, но по мере того, как мы будем учиться использовать ее потенциал и расширять наш взгляд на космос, она в один прекрасны день может стать для нас такой же обычной, как лед и вода. А если мы когда-нибудь достигнем контролируемого ядерного синтеза, то без плазмы мы больше просто не сможем жить.

Источник: Aeon

Понравилась статья?

Поделись с друзьями!

  Поделиться 0   Поделиться 0   Твитнуть 0

Подпишись на еженедельную рассылку

Плазма — что это такое? Определение, значение, перевод

В физике плазма это газ, разогретый до сверхвысокой температуры и, как следствие, обладающий определёнными интересными свойствами. Плазма является ионизированным газом, то есть таким, из атомов которого «отпущены» один или несколько электронов, что делает плазму сверхпроводником. Иногда плазму называют «четвёртым агрегатным состоянием» вещества. Любое пламя содержит плазму получаемых при горении веществ, которая по мере охлаждения превращается в «обычный» газ.

Слово «плазма» в переводе с греческого языка означает «слепленный». Впервые ионизированный газ был назван «плазмой» в 1928 году, в работах американского физика Ирвинга Ленгмюра (1881-1957). Физика плазмы — важный и современный раздел физики, изучающий свойства плазмы, её виды и способы применения.

В физике плазма это газ, разогретый до сверхвысокой температуры и, как следствие, обладающий определёнными интересными свойствами. Плазма является ионизированным газом, то есть таким, из атомов которого «отпущены» один или несколько электронов, что делает плазму сверхпроводником. Иногда плазму называют «четвёртым агрегатным состоянием» вещества. Любое пламя содержит плазму получаемых при горении веществ, которая по мере охлаждения превращается в «обычный» газ.

Слово «плазма» в переводе с греческого языка означает «слепленный». Впервые ионизированный газ был назван «плазмой» в 1928 году, в работах американского физика Ирвинга Ленгмюра (1881-1957). Физика плазмы — важный и современный раздел физики, изучающий свойства плазмы, её виды и способы применения.

Плазма находится в списке: Наука

Вы узнали, откуда произошло слово Плазма, его объяснение простыми словами, перевод, происхождение и смысл.
Пожалуйста, поделитесь ссылкой «Что такое Плазма?» с друзьями:

И не забудьте подписаться на самый интересный паблик ВКонтакте!

 

Сайт новых и хорошо забытых слов Что-это-такое.ru
Добавить слово | Помочь проекту

Псст… Совесть есть?
А если найду?

ПЛАЗМА — это… Что такое ПЛАЗМА?

ПЛАЗМА — (греч.). 1) темно зеленый изумруд. 2) кровяная влага; 3) образование, творение. 4) растительная клеточка. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ПЛАЗМА 1) жидкая составная часть крови, содержащая в своем… …   Словарь иностранных слов русского языка

ПЛАЗМА — (от греч. plasma вылепленное оформленное), ионизованный газ, в котором концентрации положительных и отрицательных зарядов равны (квазинейтральность). В состоянии плазмы находится подавляющая часть вещества Вселенной: звезды, галактические… …   Большой Энциклопедический словарь

ПЛАЗМА — ПЛАЗМА, жидкая часть крови, составляющая около 50 57% всего объема крови. Плазма представляет собой прозрачную желтовато .зеленую жидкость (см. т. XIV, ст. 659 660, рисунок 16) слабощелочной, почти нейтральной реакции (рН=7,3 7,4), с уд. весом… …   Большая медицинская энциклопедия

ПЛАЗМА — частично или полностью ионизованный газ, в котором плотности положит. и отрицат. зарядов практически одинаковы. При сильном нагревании любое в во испаряется, превращаясь в газ. Если увеличивать темп ру и дальше, резко усилится процесс термич.… …   Физическая энциклопедия

ПЛАЗМА — ПЛАЗМА, пласма жен. темно зеленый агат. Толковый словарь Даля. В.И. Даль. 1863 1866 …   Толковый словарь Даля

ПЛАЗМА — (1) четвёртое (после твёрдого, жидкого и газообразного) агрегатное (см.) вещества; представляет собой частично млн. полностью ионизированный (см. ) газ, в котором плотности пространственных положительных и отрицательных зарядов практически… …   Большая политехническая энциклопедия

ПЛАЗМА — ПЛАЗМА, в физике ионизированный ГАЗ. Плазму часто называют четвертым агрегатным состоянием ВЕЩЕСТВА, которое возникает при очень высоких температурах, как, например, внутри Солнца и других звезд или в реакторах ТЕРМОЯДЕРНОГО СИНТЕЗА. см. также… …   Научно-технический энциклопедический словарь

ПЛАЗМА — ПЛАЗМА, плазмы, мн. нет, жен. (греч. plasma образование). 1. Жидкая составная часть различных органических тканей, преим. крови и лимфы (биол.). 2. Темнозеленый халцедон (минер.). Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 …   Толковый словарь Ушакова

ПЛАЗМА — ПЛАЗМА, ы, жен. (спец.). 1. Жидкая часть крови. 2. Ионизированный газ с равной концентрацией положительных и отрицательных зарядов. | прил. плазменный, ая, ое и плазматический, ая, ое (к 1 знач.). Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю.… …   Толковый словарь Ожегова

Плазма — жидкая фракция крови. От с ки отличается содержанием фибриногена и способностью свертываться под действием коагулаз. Получают центрифугированием крови, в присутствии коагулянта (напр., гепарин, натрия цитрат). В микробиол. практике применяют для… …   Словарь микробиологии