พลาสมา — ชนิด คุณสมบัติ และพารามิเตอร์

พลาสมาเป็นสถานะที่สี่ของการรวมตัวของสสาร ซึ่งเป็นก๊าซที่มีไอออนสูงซึ่งอิเล็กตรอน รวมทั้งไอออนที่มีประจุบวกและประจุลบ เกือบจะสมดุลกับประจุไฟฟ้าของกันและกัน ผลก็คือ หากเราพยายามคำนวณประจุทั้งหมดในพลาสมาปริมาตรเล็กน้อย ค่านั้นจะเป็นศูนย์ คุณลักษณะนี้ทำให้พลาสมาแตกต่างจากลำแสงอิเล็กตรอนและไอออน คุณสมบัติของพลาสมานี้เรียกว่ากึ่งกลาง

ดังนั้น (ตามคำจำกัดความ) พลาสมามีลักษณะเฉพาะขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของจำนวนอนุภาคที่มีประจุในปริมาตรต่อจำนวนอนุภาคที่เป็นส่วนประกอบทั้งหมดตามระดับของไอออไนเซชัน:

• พลาสมาที่แตกตัวเป็นไอออนอย่างอ่อน (ส่วนหนึ่งของเปอร์เซ็นต์ของปริมาตรของอนุภาคที่แตกตัวเป็นไอออน);

• พลาสม่าที่แตกตัวเป็นไอออนปานกลาง (ปริมาตรของอนุภาคบางส่วนแตกตัวเป็นไอออน);

• แตกตัวเป็นไอออนสูง (เกือบ 100% ของอนุภาคในปริมาตรก๊าซแตกตัวเป็นไอออน)

ประเภทของพลาสมา — อุณหภูมิสูงและการปล่อยก๊าซ

พลาสมาสามารถมีอุณหภูมิสูงและปล่อยก๊าซได้ ครั้งแรกเกิดขึ้นเฉพาะในสภาวะที่มีอุณหภูมิสูง ครั้งที่สอง - ระหว่างการเจือจางในก๊าซอย่างที่คุณทราบ สสารสามารถอยู่ในหนึ่งในสี่สถานะของสสาร สถานะแรกเป็นของแข็ง สถานะที่สองเป็นของเหลว และสถานะที่สามเป็นก๊าซ และเนื่องจากก๊าซที่มีความร้อนสูงผ่านเข้าสู่สถานะถัดไปซึ่งก็คือสถานะของพลาสมา ดังนั้นพลาสมาจึงถือเป็นสถานะที่สี่ของการรวมตัวของสสาร

อนุภาคของก๊าซที่เคลื่อนที่ในปริมาตรพลาสมาได้ ค่าไฟฟ้าดังนั้นจึงมีเงื่อนไขทั้งหมดสำหรับพลาสมาเพื่อนำกระแสไฟฟ้า ภายใต้สภาวะปกติ พลาสมาที่อยู่นิ่งจะป้องกันสนามไฟฟ้าภายนอกคงที่ เนื่องจากในกรณีนี้จะเกิดการแยกประจุไฟฟ้าเชิงพื้นที่ภายในปริมาตรของมัน แต่เนื่องจากอนุภาคที่มีประจุของพลาสมาอยู่ภายใต้สภาวะบางอย่าง ซึ่งแตกต่างจากอุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์ จึงมีระยะทางขั้นต่ำเมื่อความเป็นกึ่งกลางถูกละเมิดในระดับที่เล็กกว่า

ในสนามไฟฟ้าที่มีความเร่ง อนุภาคที่มีประจุของพลาสมาที่ปล่อยก๊าซมีพลังงานจลน์เฉลี่ยต่างกัน ปรากฎว่าอุณหภูมิของก๊าซอิเล็กตรอนแตกต่างจากอุณหภูมิของก๊าซไอออนภายในพลาสมา ดังนั้นพลาสมาที่ปล่อยก๊าซจึงไม่อยู่ในสภาวะสมดุลและเรียกว่าพลาสมาที่ไม่สมดุลหรือพลาสมาที่ไม่มีความร้อน

เนื่องจากจำนวนอนุภาคที่มีประจุของพลาสมาที่ปล่อยก๊าซลดลงในระหว่างการรวมตัวกันใหม่ อนุภาคที่มีประจุใหม่จะก่อตัวขึ้นทันทีในกระบวนการแตกตัวเป็นไอออนโดยอิเล็กตรอนที่ถูกเร่งโดยสนามไฟฟ้า แต่ทันทีที่ปิดสนามไฟฟ้าที่ใช้ พลาสม่าที่ปล่อยก๊าซจะหายไปทันที

พลาสมาที่มีอุณหภูมิสูงเป็นพลาสมาแบบอุณหภูมิความร้อนหรือสมดุล ในพลาสมาดังกล่าว มีการเสริมการลดลงของจำนวนอนุภาคที่มีประจุเนื่องจากการรวมตัวกันใหม่เนื่องจากการแตกตัวเป็นไอออนด้วยความร้อนสิ่งนี้เกิดขึ้นที่อุณหภูมิหนึ่ง พลังงานจลน์เฉลี่ยของอนุภาคที่ประกอบเป็นพลาสมามีค่าเท่ากัน ดาวฤกษ์และดวงอาทิตย์ประกอบด้วยพลาสมาที่มีอุณหภูมิสูง (ที่อุณหภูมิหลายสิบล้านองศา)

เพื่อให้พลาสมาเริ่มมีอยู่ จำเป็นต้องมีความหนาแน่นขั้นต่ำของอนุภาคที่มีประจุในปริมาตรของมัน ฟิสิกส์ของพลาสมากำหนดตัวเลขนี้จากความไม่เท่าเทียมกัน L >> D ขนาดเชิงเส้น L ของอนุภาคที่มีประจุนั้นใหญ่กว่ารัศมีการคัดกรอง Debye D ซึ่งเป็นระยะทางที่การคัดกรองสนามคูลอมบ์ของประจุพลาสมาแต่ละประจุเกิดขึ้น

คุณสมบัติของพลาสมา

เมื่อพูดถึงคุณสมบัติที่กำหนดของพลาสมา ควรกล่าวถึง:

• ไอออนไนซ์ในระดับสูง (สูงสุด - ไอออนไนซ์เต็ม);

• ค่าพลาสมาทั้งหมดเป็นศูนย์

• การนำไฟฟ้าสูง

• ส่องแสง;

• ปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงกับสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก

• การสั่นของอิเล็กตรอนในพลาสมาความถี่สูง (ประมาณ 100 MHz) ทำให้เกิดการสั่นของปริมาตรทั้งหมดของพลาสมา

• การทำงานร่วมกันของอนุภาคที่มีประจุจำนวนมาก (ไม่ใช่เป็นคู่เหมือนในก๊าซธรรมดา)

ความรู้เกี่ยวกับลักษณะเฉพาะของคุณสมบัติทางกายภาพของพลาสมาช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ไม่เพียงได้รับข้อมูลเกี่ยวกับอวกาศระหว่างดวงดาว (ส่วนใหญ่เต็มไปด้วยพลาสมา) แต่ยังให้เหตุผลในการพึ่งพาโอกาสในการติดตั้งเทอร์โมนิวเคลียร์ฟิวชันที่มีการควบคุม (ขึ้นอยู่กับพลาสมาอุณหภูมิสูงของ ดิวทีเรียมและทริเทียม)

ปัจจุบันมีการใช้พลาสมาอุณหภูมิต่ำ (ต่ำกว่า 100,000 K) ในเครื่องยนต์จรวด เลเซอร์แก๊ส เครื่องแปลงความร้อน และเครื่องกำเนิด MHD ที่เปลี่ยนพลังงานความร้อนเป็นพลังงานไฟฟ้าในพลาสมาตรอน พลาสมาอุณหภูมิต่ำสามารถหาได้สำหรับการเชื่อมโลหะและสำหรับอุตสาหกรรมเคมี ซึ่งวิธีอื่นไม่สามารถหาก๊าซเฉื่อยเฮไลด์ได้