Plasma — typen, eigenschappen en parameters

Plasma is de vierde aggregatietoestand van materie - een sterk geïoniseerd gas waarin elektronen, evenals positief en negatief geladen ionen, elkaars elektrische lading bijna volledig in evenwicht houden. Als gevolg hiervan, als we proberen de totale lading in een klein volume plasma te berekenen, zal deze nul zijn. Deze eigenschap onderscheidt plasma van elektronen- en ionenbundels. Deze eigenschap van plasma wordt quasi-neutraliteit genoemd.

Dienovereenkomstig (op basis van de definitie) wordt het plasma, afhankelijk van de verhouding van het aantal geladen deeltjes in zijn volume tot het totale aantal samenstellende deeltjes, gekenmerkt door de mate van ionisatie:

• zwak geïoniseerd plasma (deel van een percentage van het volume geïoniseerde deeltjes);

• matig geïoniseerd plasma (een paar procent van het deeltjesvolume is geïoniseerd);

• sterk geïoniseerd (bijna 100% van de deeltjes in het gasvolume is geïoniseerd).

Soorten plasma's - hoge temperatuur en gasontlading

Plasma kan een hoge temperatuur en gasontlading zijn. De eerste vindt alleen plaats onder omstandigheden van hoge temperatuur, de tweede - tijdens verdunning tot een gas.Zoals u weet, kan een stof zich in vier toestanden van materie bevinden: de eerste is vast, de tweede is vloeibaar en de derde is gasvormig. En aangezien een sterk verhit gas overgaat in de volgende staat - een staat van plasma, daarom is het plasma dat wordt beschouwd als de vierde aggregatietoestand van materie.

De bewegende gasdeeltjes in het plasmavolume hebben elektrische ladingdaarom zijn alle voorwaarden aanwezig voor het plasma om een ​​elektrische stroom te geleiden. Onder normale omstandigheden schermt het stationaire plasma een constant extern elektrisch veld af, aangezien in dit geval een ruimtelijke scheiding van elektrische ladingen binnen zijn volume plaatsvindt. Maar aangezien de geladen deeltjes van het plasma zich onder omstandigheden bevinden van een bepaalde temperatuur, verschillend van het absolute nulpunt, is er een minimale afstand wanneer de quasi-neutraliteit wordt geschonden op een kleinere schaal.

In een versnellend elektrisch veld hebben de geladen deeltjes van het gasontladingsplasma verschillende gemiddelde kinetische energieën. Het blijkt dat de temperatuur van het elektronengas verschilt van de temperatuur van het ionengas in het plasma; daarom is het gasontladingsplasma niet in evenwicht en wordt het een niet-evenwicht of niet-isotherm plasma genoemd.

Naarmate het aantal geladen deeltjes van een gasontladingsplasma tijdens hun recombinatie afneemt, worden onmiddellijk nieuwe geladen deeltjes gevormd in het proces van impactionisatie door elektronen die worden versneld door een elektrisch veld. Maar zodra het aangelegde elektrische veld wordt uitgeschakeld, verdwijnt het gasontladingsplasma onmiddellijk.

Een plasma op hoge temperatuur is een isotherm plasma of evenwichtsplasma. In zo'n plasma wordt de vermindering van het aantal geladen deeltjes door hun recombinatie aangevuld door thermische ionisatie.Dit gebeurt bij een bepaalde temperatuur. De gemiddelde kinetische energie van de deeltjes waaruit het plasma bestaat, is hier gelijk. De sterren en de zon zijn gemaakt van plasma op hoge temperatuur (bij temperaturen van tientallen miljoenen graden).

Om een ​​plasma te laten ontstaan, is een bepaalde minimale dichtheid van geladen deeltjes in zijn volume vereist. Plasmafysica bepaalt dit aantal uit de ongelijkheid L >> D. De lineaire grootte L van de geladen deeltjes is veel groter dan de Debye-afschermingsradius D, de afstand waarop de Coulomb-veldafscherming van elke plasmalading plaatsvindt.

Eigenschappen van plasma

Over de bepalende eigenschappen van plasma gesproken, het moet worden vermeld:

• hoge mate van gasionisatie (maximaal - volledige ionisatie);

• nul totale plasmalading;

• hoge elektrische geleidbaarheid;

• schijnen;

• sterke interactie met elektrische en magnetische velden;

• hoogfrequente (ongeveer 100 MHz) oscillaties van elektronen in het plasma, leidend tot trillingen van het gehele volume van het plasma;

• collectieve interactie van een groot aantal geladen deeltjes (en niet in paren, zoals in een gewoon gas).

Kennis van de karakteristieken van de fysische eigenschappen van plasma stelt wetenschappers niet alleen in staat om informatie te verkrijgen over de interstellaire ruimte (alleen voornamelijk gevuld met plasma), maar geeft ook aanleiding om te vertrouwen op de vooruitzichten voor gecontroleerde thermonucleaire fusie-installaties (gebaseerd op hoge-temperatuur plasma van deuterium en tritium).

Plasma op lage temperatuur (onder 100.000 K) wordt tegenwoordig al gebruikt in raketmotoren, gaslasers, thermionische omvormers en MHD-generatoren die thermische energie omzetten in elektrische energie.In plasmatrons wordt plasma op lage temperatuur verkregen voor het lassen van metalen en voor de chemische industrie, waar inerte gashalogeniden niet op andere manieren kunnen worden verkregen.