Ubiquitous плазма четвъртото състояние на материята, популярното списание Механика
Предположението за съществуването на първия от щатите значение отвъд класическата триада, това беше в началото на деветнадесети век, а през 1920 г. той получава своето име - плазма
електроцентрали Plasma 70 км от Марсилия, Сен Пол-ле-Durance, в близост до френския изследователски център Кадараш за атомна енергия, реактор синтез ITER за научни изследвания, за да се изградят # 40; от латински. ITER - между другото). Основната задача на служителя на реактора - ", за да демонстрира научната и технологична възможност на термоядрената енергия за мирни цели." В дългосрочен план, # 40; 30-35), въз основа на данните, получени по време на експериментите върху ITER реактор, той може да бъде създаден прототипи на безопасни, екологично чисти и икономически рентабилни електроцентрали
Как е токамак токамак - монтаж на тороидална форма за плазмено затвор от магнитно поле. Плазма, загрява се до много висока температура без оглед на стените на камерата и се задържа от магнитни полета - тороидални намотки създаден и poloidal което се формира, когато настоящите потоци в плазмата. Плазмата се действа като трансформатор вторичната намотка # 40; първичен - бобина за създаване на тороидални област), която осигурява предварително загряване по време на протичане на електрически ток
Accelerator толкова мощни електронни ускорители имат характерна дължина на стотици метри или дори километра. Техният размер може да бъде значително намален, ако не се ускори електрони във вакуум и плазма - "на гребена на" плазма бързо размножителен плътност смущение заряд, така наречените събуждане вълни задействат от лазерни импулси на радиация
Четвърто състояние на плазма материя във външния свят е почти повсеместно - това може да се намери не само в изхвърлянето на газ, но и в йоносферата на планетата, в повърхностни и дълбоки слоеве на активните звездите. Тази рамка за прилагането на контролирания термоядрен реакции, а работният флуид за пространство електрически реактивни двигатели, както и много, много повече
Преди сто и петдесет години, почти всички химици и много физици вярват, че материята се състои само от атоми и молекули, които идват заедно в повече или по-малко се нарежда или напълно разстроен комбинация. Малко съмнение, че всички или почти всички вещества, могат да съществуват в три различни фази - твърди, течни и газообразни, които те влизат в зависимост от външните условия. Но хипотезата, че други състояния на материята вече е изразена.
Този гъвкав модел, се потвърждава и научни наблюдения и хилядолетия опит от всекидневния живот. И накрая, всеки знае, че водата при охлаждане в лед, и при нагряване се свежда и се изпарява. Олово и желязо също може да се преведе в течност и газ, е необходимо само да се нагрява по-силен. От края на ХVIII век, учените са били замразени в течни газове, и изглеждаха доста правдоподобни, че всяко втечнен газ, по принцип може да се направи, за да се втвърди. Като цяло, проста и ясна картина на трите състояния на материята, изглежда не изисква никакви изменения или допълнения.
Учените след много ще бъдат изненадани да научат, че твърди, течни и газообразни страни на атомно-молекулни вещества се съхраняват само при относително ниски температури, които не надвишават 10 000 °, и в тази област не изчерпват всички възможни структури (например - течни кристали). Беше трудно да се повярва, и че те съставляват не повече от 0.01% от теглото на настоящото Вселената. Сега, ние знаем, че самата материя реализира в най-различни екзотични форми. Някои от тях (например, изроден електронен газ и неутронна материя) съществува само в рамките на superdense небесни тела (бели джуджета и неутронни звезди), а някои (като кварк-глуонен течност) са родени и изчезна в един кратък момент, малко след Големия взрив. Въпреки това е интересно, че първото предположение за съществуването на държавата, отвъд класическата триада, че всичко е в една и съща деветнадесети век, а в самото начало. Предмет на научни изследвания стана много по-късно, през 1920 година. В същото време, и е получил името си - плазмата.
През втората половина на 70-те години на XIX век, член на Лондонското кралско дружество Уилям Kruks, изключително успешен метеоролог и химик (той открил, талий и много точно определи атомно тегло), се интересува от изхвърлянето на газ в вакуумни тръби. По времето, когато е било известно, че отрицателния електрод излъчва еманация на неизвестен характер, което немската физик Oygen Goldshteyn през 1876, наречен катодните лъчи. След много експерименти Крукс реши, че тези лъчи са нищо друго, освен частиците на газ, който след сблъсък с катода придобити отрицателен заряд и започна да се движи към анода. Тези заредени частици той нарича "лъчиста материя», лъчиста материя.
Катоден лъч изследват интензивно и след Крукс. През 1895 г. тези експерименти, водени от Уилям Рьонтген за откриването на нов вид електромагнитно излъчване, както и в началото на ХХ век се превърнаха в изобретяването на първите радио тръби. Но kruksovskaya четвъртото състояние на материята хипотеза не предизвиква интерес сред физиците - най-вероятно, защото през 1897 Dzhozef Джон Томсън доказа, че катодните лъчи са незаредени атоми на газа, както и много леки частици, които той нарича електрони. Това откритие изглежда да се направи хипотеза Крукс ненужни.
Класически плазма - е йон-електронна газ може да бъде разреден с неутрални частици (строго погледнато, винаги има представя фотоните, но те не могат да бъдат взети предвид при умерени температури). Ако степента на йонизация е твърде малък (обикновено един процент е достатъчна), газът проявява множество специфични свойства не притежавани от конвенционалните газове. Въпреки това е възможно да се получи плазма, в която свободни електрони никак няма да и техните задължения ще поемат отрицателни йони.
За простота, ние разглеждаме само плазмата електрон-йонна. Неговите частици се привличат или отблъскват в съответствие със закона на Кулон, и това взаимодействие е показано на големи разстояния. Тя е тази те се различават от атомите и молекулите на неутрален газ, които се чувстват помежду си само в много малки разстояния. Тъй като плазмени частици са в свободен полет, те лесно се измества чрез действието на електрически сили. Към плазмата е в равновесие, необходимо е, че разходите пространство на електрони и йони напълно се компенсират взаимно. Ако това условие не е изпълнено, плазмата има електрически ток, които възстановяват равновесието (например, ако по някакъв зона за излишните положителните йони да бързат веднага електрони). Следователно, в плазма равновесие частици с различни плътности са практически еднакви признаци. Това е най-важното свойство се нарича квази-неутрален.
Почти винаги атоми или молекули на конвенционален газ участват само в сдвоени взаимодействия - сблъскват една с друга и разпръсват към страните. Положението е различно, плазма. Тъй като частиците са свързани с далечен обсег на Кулон сили, всеки един от тях е в близки и далечни съседи. Това означава, че взаимодействието между плазмените частици не са сдвоени и множествено число - както казват физика, колектива. От това следва стандартната плазмата определение - quasineutral система на голям брой противоположно заредени частици показващи колективно поведение.
Плазмата се характеризира с неутрален газ и реакция на външни електрически и магнитни полета (конвенционален газ тях практически не забелязва). Частиците на плазмата, а напротив, да се чувстват слаби произволно поле и веднага започват да се движат, създавайки космически такси и електрически ток. Друга важна характеристика на плазмата на равновесие - такса скрининг. Обърнете плазмените частиците, например, положителен йон. Той привлича електроните, които образуват облак от отрицателен заряд. Област на йон се държи в съответствие със закона на Кулон само в околностите на града, както и на разстояния надвишава определена критична стойност, много бързо до нула. Този параметър се нарича прожекцията Дебай - след холандски физик Питър Дебай, който е описал този механизъм през 1923.
Лесно е да се разбере, че поддържа плазма квази-неутралност, само ако неговите линейни размери във всички размери много по-големи от дължината на Дебай. Заслужава да се отбележи, че този параметър се увеличава в плазмата отопление и намалява с увеличаване на неговата плътност. В изпълнение плазмен газ в порядък е 0,1 мм в земната йоносфера - 1 mm, слънчева основни - 0.01 пМ.
В днешно време, плазма се използва в голямо разнообразие от технологии. Някои от тях са известни на всички (газоразрядни лампи, плазмени дисплеи), а други са от интерес за специалисти (производство на тежкотоварни защитно фолио покритие, производство на микрочипове, дезинфекция). Въпреки това, най-голямата надежда за плазмата лежеше във връзка с работата по изпълнението на контролирания термоядрен реакции. Това е разбираемо. За водородни ядра кондензирани в хелиеви ядра, те трябва да се обърне на разстояние от около еднаcm stomilliardnoy дял - и вече са спечелили ядрените сили. Това сближаване е възможно само при температури от порядъка на десетки и стотици милиони градуса - в този случай, кинетичната енергия на положително заредените ядра ще бъде достатъчно, за да се преодолее електростатично отблъскване. Следователно, за контролирания ядрен синтез изисква висока температура плазма водород.
Въпреки това, плазмата се основава на обикновения водород не помага тук. Тези реакции се срещат в звезди, но и за земната енергия, те са безполезни, тъй като твърде ниска интензивност на енергия. Най-добре е да се използва плазма на смес от тежки изотопи водород деутерий и тритий, в съотношение 1: 1 (чист деутерий плазмата също е приемливо, въпреки че по-малко енергия и ще изисква по-високи температури, за да възпламени).
Въпреки това, за да започне реакцията малко отопление. В # 8209; Първо, плазмата се изисква да бъде достатъчно дебел; в # 8209; второ, частиците в капан в зоната на реакцията не трябва да го оставят твърде бързо - в противен случай загубата на енергия е над неговото разпределение. Тези изисквания могат да бъдат изразени като критерий, който през 1955 г. Предполага се, че английският физик Джон Louson. В съответствие с тази формула продукта от плазмената плътността на средното време на престой на частиците трябва да бъде над определена стойност, определена от температура, състав и очаква слят горивна ефективност на реактора.
Алтернативно, може да се работи с разредена плазма (плътност в нанограма на кубичен сантиметър), го държи в реакционната зона на поне няколко секунди. В тези експерименти, в продължение на повече от половин век се използват различни магнитен капан, които задържат плазмата в даден обем се дължи на наслагване на няколко магнитни полета. Най-обещаващите са токамаци - затворени магнитни капани, под формата на изпъкналост, предложени за първи път от АД Сахаров и IE Там през 1950 година. В момента в различните страни се работи с една дузина такива растения, най-големият от които е позволено да се доближат на изпълнението на критерия Лоусън. Международен експериментален термоядрен реактор, известният на ITER, който ще бъде построен в село Кадараш близо до френския град Екс-ан-Прованс - също токамак. Ако всичко върви по план, на ITER ще даде възможност за първи път да произвежда плазма задоволяване lousonovskomu критерий, и подпали го в термоядрена реакция.
"През последните две десетилетия, ние постигнахме огромен напредък в разбирането на процесите, които се случват в рамките на плазмените магнитни капани, по-специално - токамак. Като цяло, ние вече знаем как да се движат частиците на плазмата като имащи нестабилно състояние на плазмените потоци и до каква степен нарастващия натиск на плазмата, така че тя все още може да се запази на магнитното поле. диагностични методи нова висока точност плазмени също са били установени, т.е. измерване на различни параметри на плазмата, - заяви пред "PM" професор по ядрена физика и ядрена технология MIT Иън Хътчинсън, който повече от 30 години опит в токамаци. - Към днешна дата най токамак постига мощност топлина разпределение в деутерий-тритий плазмата от около 10 MW за една или две секунди. ITER ще надхвърли цифрите за няколко порядъка. Ако ние не грешим в изчисленията, той ще бъде в състояние да даде най-малко 500 мегавата в рамките на няколко минути. Ако ние сме наистина щастливи, енергията ще бъде генериран без ограничение във времето, по един стабилен начин. "