Плазма(Четвертое состояние вещества. Плазма и магнитное поле. Волны в плазме. Удержание плазмы)

К сожалению, по мере увеличения параметров установок и роста температуры оказалось, что и ионная теплопроводность является аномальной. Неоклассическая же теория дает лишь минимально возможные коэффициенты переноса. В плазме обычно присутствуют различные колебания. Самые крупномасштабные из них, такие, как, например, приводящие к вытеканию воды из опрокинутого стакана, удается подавить за счет неоднородного профиля магнитного поля в магнитных ловушках. Однако многочисленные мелкомасштабные неустойчивости, как правило, переводят плазму в турбулентное состояние. Плазменная турбулентность характеризуется случайными колебаниями плотности и связанными с ними колебаниями электрических полей, которые возникают, чтобы поддержать квазинейтральность плазмы. Электроны и ионы под действием хаотического электрического поляЕи основного невозмущенного магнитного поля В дрейфуют со скоростью E/B, то есть испытывают случайные блуждания, приводящие к диффузии. Амплитуда блужданий определяется уровнем плазменной турбулентности, а частота смены на- правлений движения зависит от характерных частот плазменных колебаний. Так как типов колебаний в плазме может быть много, то и соответствующих коэффициентов переноса может быть также несколько.6 Плазма в космосеВ условиях Землипо причиневысокой плотности земного вещества и достаточно низкой температуры естественная плазма встречается крайне редко. Исключениемявляются разве что разряды молнии в нижних слоях земной атмосферы.В верхних слоях атмосферы на высотах порядка сотен километров существует протяженный слой частично ионизованной плазмы, называемый ионосферой, который создается благодаря ультрафиолетовому излучению Солнца. Наличие ионосферы обеспечивает возможность дальней радиосвязи на коротких волнах, поскольку электромагнитные волны отражаются на определенной высоте от слоев ионосферной плазмы. При этом радиосигналы благодаря многократным отражениям от поверхности нашей планетыи от ионосферы оказываются способными огибать выпуклую поверхность Земли.Основная масса вещества во Вселенной (порядка 99,9%) находится в состоянии плазмы. Звезды и Солнце состоят из плазмы, ионизация которой вызывается высокой температурой. Так, к примеру, во внутренней области Солнца, где протекают реакции термоядерного синтеза, температура достигает величины 16 миллионов градусов. Тонкая область поверхности Солнца, называемая фотосферой, толщина которой составляет порядка тысячи километров, и с которой излучается основная часть солнечной энергии, образует плазму при температуре около 6 тысячградусов по Кельвину. В межзвездном газе и разреженных туманностях ионизация возникает под действием ультрафиолетового излучения звезд.Над поверхностью Солнца находится разреженная сильно нагретая область (при температуре около одного миллиона градусов), которая носит название солнечной короны. Стационарный поток ядер атомов водорода (протонов), испускаемый солнечной короной, называют солнечным ветром. Потоки плазмы с поверхности Солнца создают межпланетную плазму. Электроны этой плазмы захватываются магнитным полем Земли и образуют вокруг нее (на расстоянии в несколько тысяч километров от поверхности Земли) радиационные пояса. Потоки плазмы, возникающие в результате мощных солнечных вспышек, изменяют состояние ионосферы. Быстрые протоны и электроны при попадании в земную атмосферу, становится причиной появления полярных сияний в северных широтах.7 Применение плазмы в науке и техникеВ настоящее время плазма находит применение в огромном количестве технологий. Одни изних широко известны (плазменные дисплеи,газосветные лампы), другие представляют интерес для узких специалистов (дезинфекция,производство микрочипов, изготовлениезащитных сверхпрочных пленочных покрытий).Например, в обычной электрической лампочке свет излучает раскаленная металлическая нить, а в лампах дневного света светится плазма, которой заполнена стеклянная трубка. В употребление начинают входить плазменные горелки, применяемые при сварке и резке металлов.Всякий, кому случалось устраиватькороткое замыкание в электрической сети, встречался с плазмой. Проскакивающая между проводами искра состоит из плазмы электрического разряда в воздухе. Дуга электрической сварки также является плазмой.Любое вещество, которое нагрето до достаточно высокой температуры, переходит в состояние плазмы. Легче всего это происходит с парами щелочных металлов, таких, как цезий, калий и натрий. Обычное пламя обладает некоторой теплопроводностью: оно, хотя и в слабой степени, ионизировано, то есть представляет собой плазму. Для полной ионизации газа нужна температура в десятки тысяч градусов.Кроме того, плазма используется в самых разных газоразрядных приборах: счётчиках космических частиц, генераторах сверхвысоких частот, плазменных усилителях, стабилизаторах напряжения,выпрямителях электрического тока. Все т.н. газовые лазеры (на диоксиде углерода, криптоновый, гелий-неоновый т. д.) на самом деле являются плазменными: в них газовые смеси ионизованы электрическим разрядом.Для таких реакций, которые по термодинамическим причинам не могут протекать в обычных условиях,электрическая дуга является наиболее подходящей средой.В азотной плазме можно получить такие экзотические соединения, как нитрид титана TiNи тетрафторид азота N2F4.Водородная плазма проявляет восстанавливающее действие, поэтому её можно использовать при вскрытии железных руд.Основным преимуществом методов плазмохимии является то, что состав исходного сырья может варьироваться в широких пределах. Реакции могут протекать и в холодной плазме при температурах ниже 400 K. Интересным примером может послужить азотирование в тлеющем разряде, применяемое для поверхностного упрочнения стали.Плазменное оружие— наиболее часто встречающееся применение плазмы вфантастике. Гражданские применения значительно скромнее: обычно речь идет оплазменных двигателях. Такие двигатели существуют ивреальности.Существуют генераторы низкотемпературной плазмы - плазмотроны, в которых используется электрическая дуга. При помощи плазмотрона можно практически любой газ нагреть до 7-10 тысяч градусов за сотые и тысячные доли секунды. С созданием плазмотрона сформировалась новая область науки - плазменная химия: многие химические реакции ускоряются или идут только в плазменной струе. Плазмотроны применяются и в горно-рудной промышленности, и для резки металлов.Созданы также плазменные двигатели, магнитогидродинамические электростанции.Использование плазмы позволяет решать задачи, которые еще нетак давно решению неподдавались. Возьмем, кпримеру, переработку угля или биомассы вгорючий газ, богатый водородом. Немецкие химики научились этому еще всередине 30-х годов прошлого века, что позволило Германии вовремя Второй мировой войны создать мощную индустрию повыпуску синтетического горючего. Однако этатехнология является чрезвычайно затратной, ивмирное время она неконкурентоспособна.В настоящее время уже созданы установки для генерации мощных разрядов холодной плазмы, вкоторой температура ионов непревышает сотен градусов. Они позволяют дешево иэффективно получать водород изугля ибиомассы для синтетического горючего илиже заправки топливных элементов. Причем установки эти достаточно компактны, чтобы ихможно было разместить наавтомобиле (настоянке, например, для работы кондиционера ненужно будет включать двигатель— источником энергии будут топливные элементы). Отлично работают иполупромышленные пилотные установки для переработки угля всинтез-газ спомощью холодной плазмы.Однако наибольшие надежды наплазму возлагают всвязи сработами поосуществлению управляемых термоядерных реакций. Это ипонятно. Чтобы ядра водорода слились вядра гелия, ихнадо сблизить нарасстояние порядка одной стомиллиардной доли сантиметра— атам уже заработают ядерные силы. Такое сближение возможно лишь при температурах вдесятки исотни миллионов градусов— вэтом случае кинетической энергии положительно заряженных ядер хватит для преодоления электростатического отталкивания. Поэтой причине для управляемого термоядерного синтеза требуется высокотемпературная водородная плазма.ЗаключениеПлазма - ещё малоизученный объект не только в физике, но и в химии (плазмохимии), астрономии и многих других науках. Поэтому важнейшие технические положения физики плазмы до сих пор не вышли из стадии лабораторной разработки. В состоянии плазмы, утверждают ученые, находится подавляющая часть вещества Вселенной: звезды, галактические туманности, межзвездная среда. Солнечный ветер также, по мнению физиков, представляет собой плазму.Плазма представляет собой состояние вещества, наиболее распространённое в космосе и обладающее очень интересными свойствами, которые находят всё более широкое применение в разработках, посвящённых большим проблемам современной техники. Например, Звезды и Солнце представляют собой не что иное, как сгустки высокотемпературной плазмы. Верхний слой атмосферной оболочки Земли также образован из плазмы - это так называемая ионосфера.В настоящее время плазма активно изучается т.к. имеет огромное значение для науки и техники. Эта тема интересна ещё и тем, что плазма - четвёртое состояние вещества, о существовании которого люди не подозревали до XX века. Возможно, что плазма и есть тот первоэлемент, который так упорно искали алхимики средних веков.Список использованных источниковОсновы физикиплазмы,подред.А.А.Галеева,Р.Судана,т.1-2,М.,1983Каррерас Б.А., Ньюман Д., Линч В.Е., Даймонд П.Х. Самоорганизованная критичность как парадигма для процессов переноса в плазме, удерживаемой магнитным полем // Физика плазмы. 1996. Т. 22, № 9Чен Ф. Введение в физику плазмы. М.: Мир, 1987, 299 сВоронов Г.С. Штурм термоядерной крепости. М.: Наука, 1985, 191 сАрцимович Л.А., Сагдеев Р.З. Физика плазмы для физиков. – М.: Атомиздат, 1979. – 320 сМетоды исследования плазмы/Под ред. В. Лохте-Хольтгревена. – М.: Издательство "Мир", 1971. – 551 сКривобоков В.П. Радиационные и плазменные технологии: терминологический справочник. – Новосибирск: Наука, – 2010. – 334 с