Általános jellemzők alacsony hőmérsékletű plazma
Plazma Kohó - ércbányászattal, a olvasztás és feldolgozása fémek és ötvözetek hatása alatt a plazmában.
Plazma - a negyedik halmazállapot, amelyben az elektronok elszakadt és szerzett teljes mozgásszabadságot. Miután veszített a elektronok, atomok és molekulák szerez egy pozitív töltés halad ionokra. Azaz, a plazma - álló gáz pozitív és negatív töltésű részecskék olyan arányban, hogy a nettó töltés nulla. Ez a rendszer állapotát nevezzük kvazinetralnym.
A név „plazma” javasolta 1923-ban. Amerikai fizikusok Lengmyullerom és Tonks. Emellett a plazma gáz lehet említett minden olyan rendszer, amely legalább 1% ≈ molekulák ionizált.
A földi körülmények között a plazma halmazállapot meglehetősen ritka és szokatlan. De a világegyetemben az ömlesztett anyag ionizált. A csillagok ionizáció által okozott magas hőmérséklet, és a lemerült ködök csillagközi gáz - ultraibolya sugárzás csillagok. Ez a plazma (fúziós) létezik a magas hőmérsékletű tartományában nagyságrendileg 10 3 -10 6 K
Termonukleáris plazma tudósok szembe a tanulmány termonukleáris reakciók. A Naprendszer a Nap a plazmában. Ez a téma a asztrofizikus tanulmányok, geofizikus, a fizikusok - nukleáris. Együtt a magas hőmérsékletű plazma, van egy alacsony hőmérsékletű plazma, amelynek hőmérséklete körülbelül 10 3 -10 5 K, ami a részlegesen ionizált gázt. Ebben a plazma átlagos energia az elektronok nem több, mint 10 eV. Ez a fajta plazma használják a kohászat, vegyészmérnöki
Úgynevezett alacsony hőmérsékletű plazma, amelynél az átlagos elektron energia, mint a jellemző ionizációs potenciál (<10 эВ); температура её обычно не превышает 105 К. Плазма с более высокой температурой, называется горячей или высокотемпературной. Обычно Низкотемпературная плазма слабоионизованная, т. е. число нейтральных атомов и молекул значительно превышает число заряженных частиц – электронов и ионов. Отношение числа ионизованных атомов к полному их числу в единице объёма называется степенью ионизации плазмы. Поскольку кулоновское взаимодействие между заряженными частицами значительно сильнее, чем взаимодействие между нейтральными частицами, и это взаимодействие дальнодействующее, то наличие заряженных частиц в низкотемпературной плазме в большой степени определяет её свойства, в том числе электрические и электромагнитные. Много видов низкотемпературной плазмы существует в природе (рис. 1), создают низкотемпературную плазму и в различных специальных лабораторных системах (рис. 2). Низкотемпературная плазма в соответствии с физическими свойствами может быть стационарной, нестационарной, равновесной, неравновесной, идеальной, неидеальной.
Ábra 1. Alacsony hőmérsékletű plazma a természetben
2. ábra paraméterek laboratóriumi alacsony hőmérsékletű plazma
Helyhez alacsony hőmérsékletű plazma hosszú élettartamúak viszonyítva a relaxációs időt benne. Átmeneti (impulzus) alacsony hőmérsékletű plazma él korlátozott ideig, az az idő, az egyensúly létrehozásához szükséges a plazmában, és a külső környezet. Plazma, amelynek során az élet nagyobb, mint a karakterisztikus idő tranziensek, az úgynevezett kvázi-stacionárius. Például, a plazma csatorna van kialakítva a cipzár, és támogatja a rajta átfolyó villamos áram rajta. A jellemző ideje egyensúly megteremtése vezető csatorna
10 -5 s, egy karakterisztikus idő expanzió (t. E. törés) a vezető csatorna
10 -3 s, így áthaladása során áram segítségével a fő része a plazma a vezető csatorna úgy lehet tekinteni, kvázi-stacioner.
Egyensúlyi és nem egyensúlyi alacsony hőmérsékletű plazma. Alacsony hőmérsékletű plazma nevezzük egyensúlyi, ha a komponensei egyaránt termodinamikai egyensúlyban, azaz. E. hőmérséklet az elektronok, ionok és semleges részecskék egybeesnek. Az alacsony hőmérsékletű plazma könnyen képződik egyensúlyi körülmények eredményeként a szelektív hatása a külső villamos mezők: elektromos energia tőlük át a töltött részecskék, és adtak meg a gáz részecskék a ütközések. Egy ilyen eljárásban az energia adagolás átlagos energia a töltött részecskék lehet jelentősen eltér a hőenergia a semleges részecskék. Ez elsősorban az elektronok, amelyek miatt a kis tömegű hatékony cseréjét energia rugalmas ütközések semleges gáz részecskéket. Ebben az esetben nem csak az átlagos energia az elektronok, hanem alkotják az elektron energia eloszlás lényegesen eltérnek az egyensúlyi.
T - a gáz hőmérséklete: Te - elektron hőmérséklet
3. ábra paraméterek egyensúlyi és nem egyensúlyi alacsony hőmérsékletű plazma
Egy egyensúlyi plazma jellemzően végrehajtani nagynyomású gázzal, ahol a részecske ütközések gyakran előfordulhat, valamint gyorsítsa az ekvilibráló viszonylag nagy. Példák az ilyen plazma a plazma ívkisülés légköri nyomáson, a plazma elektromos kisülést, vagy villám a légkörben.
Egy tipikus példa a nem-egyensúlyi plazma egy parázsfény vagy plazmakisülés plazmadugovogo 400 K, míg az átlagos energia több eV elektron (ábra 3). Az „alacsony nyomás; így például, a plazmában a hélium-neon lézeres gáz nyomáson
10 torr gáz hőmérséklete a központban a kisülési cső. Ideális és nemideális plazmában. Plazma tekinthető ideális, ha az átlagos kinetikus energiája töltött részecskék (3/2) kT nagyobb, mint az átlagos energia való kölcsönhatásának a környező részecskék. ahol e - a töltés egy elektron, T - a hőmérséklet, rD - Debye szűrés hossza. Ideális plazma is definiálhatók, mint a plazma, amelyben a számos töltött részecskék a Debye sugár nagy. Mindkét definíció vezet ugyanaz a viszony az ideális plazma paramétereinek:
Numerikus együttható C a második feltételt. Ez a különbség teszi a határ közötti ideális ip, ha használja az első feltétel és 1/96 PB ez az arány egyenlő 9/32 a nemideális plazma nagyon homályos, és ez azt jelenti, hogy a köztes régió csatolású plazma paramétereinek jelentősen befolyásolhatja egyes tulajdonságait, és nem befolyásolják a mások.
Nemideális plazma tiszta Coulomb a szemcsék közötti kölcsönhatások (teljesen ionizált) valójában nem létezik. Egy ilyen plazmát nagy sebességgel is fordul elő rekombináció ionok és elektronok a karakterisztikus idők sokkal kisebb atomi. Az ilyen szer, a sűrűsége töltött részecskék jelentősen csökken, és azok hőmérséklet emelkedik, és a plazma megszűnik a nem ideális. Nemideális plazma létezik olyan többkomponensű rendszert, ahol a kiegészítő stabilizálás plazma körülmények között. Egy tipikus példa erősen kapcsolt plazma fém plazma, hogy továbbra is fennáll miatt nem ideális kölcsönhatás erők fémionokkal a rács. Így, ha van egy tökéletlen plazma részecskék sűrűsége hasonló a sűrűsége kondenzált anyagok. Gyengén ionizált gáz mindig ideális plazma. Nemideális plazma is osztható típusú módszerek szerint, a termelés vagy felhasználását: kisülés, gerenda, photoresonance, lézer, ionoszféra, napenergia, kozmikus plazma.
Az alacsony hőmérsékletű plazma töltött részecske kapcsolódó veszteségeket a rekombinációs elektronok és ionok, és a kezelést a töltött részecskék az edény falához, vagy kívül az elfoglalt térfogat. Annak érdekében, hogy a létezését plazma szükséges ionizációs folyamatok új töltött részecskék. A legrégebbi és legegyszerűbb módja annak, hogy hozzon létre egy alacsony hőmérsékletű plazma - gázkisüléses. A plazma jön létre ami egy gáz áramlását elektromos áram az elektródák között, amelyekhez az alkalmazott potenciális különbség mindig megmarad. Gázkisüléses tartalmaz számos olyan területeken, amelyek különböznek azok tulajdonságait, és ezért van többféle gáz kibocsátások. Gázkisüléses plazma jellemzi kvázi állandósult állapotot, azaz. E. A ideje fennállása, sokkal magasabb, mint a tipikus élettartama egy külön dedikált töltött részecskék. Mentesítés létrehozó eljárást alacsony hőmérsékletű plazma létrehozásához, mint a plazma-gáz elektromos bontásban amely végzik hatása alatt a potenciális különbség amelyet az elektródákon. Ebben az esetben, egy impulzusos plazmát, amelyet bomlik egyszer kimerült elektródák. Bontás gáz több szakaszból áll, mint amelynek eredményeként a vezető csatorna - a szikra kisülés. Hasonló jelenség tapasztalható a felszíni légkörben: zip - bontása a gáz között a felhők között, vagy egy felhő és a föld alatt zivatar.
Gáz bontása miatt előfordulhat, hogy a nagy intenzitású elektromágneses hullámok, amikor elhaladnak egy fókuszált lézersugár áthaladással egy gáz - lézeres bontását (lásd Optikai szinten.). az alacsony hőmérsékletű plazma-gáz képződik a lebontása során, bomlik, a rekombináció és diffúziója a töltött részecskék. Az ilyen plazma nevezzük bomló plazmában vagy a utánvilágítás plazmában és mérésére használt rekombinációs sebesség és a diffúziós koefficiens a töltött részecskék.
Az intézkedés alapján rezonancia előállított sugárzás photoresonance úgynevezett plazma. Rezonancia energia fotonok egybeesik a gerjesztési energia az atomok vagy molekulák a gáz. Alakult a felszívódását rezonáns foton gerjesztett atomok vagy molekulák ionizált, amikor további ütközések. Ahogy rezonancia sugárforrás egy kisülőlámpa, amely az aktív gáz, vagy egy hangolható lézer. Ez a plazma generációs módszer egyszerű beállítást tesz lehetővé a paraméterei, azonban photoresonance plazma létrehozásához használt plazma nemlineáris optikai elemek átalakításához és a frekvencia stabilizálása a lézersugárzás hogy hozzon létre egy ionforrást különböző típusú, akusztikus forrásokból, és így tovább. D. Photoresonance plazma eltér a gázkisüléses plazma annak paramétereket. A kisülési plazma keresztül van bevezetve energiájú elektronok, és onnan vezetjük a plazmához egy plazma photoresonance energia beágyazott és a gerjesztés atomok. Ezért, az átlagos energia az elektronok a plazmában photoresonance lényegesen alacsonyabb, mint a gázkisülés.
Amikor elhaladnak az elektronsugár keresztül a gerenda plazmagáz bekövetkezik. Jellemzően elektronsugarat használnak hozza létre azt az energiát több száz keV. Ezek az elektronok szabadon áthaladhat a vékony fólia, és így lehet szállítani a elektronágyú egy laboratóriumban növényi tartalmú gázzal magasabb nyomáson. Az alapvető folyamat gyors elektronok kölcsönhatásba atomok vagy molekulák a gáz - ionizációs atomok vagy ionok. Képződik, míg a másodlagos elektronok energiája több alkalommal az ionizációs potenciál atomok vagy molekulák. Így, amikor elhaladnak az elektronsugár keresztül a gáz energiáját gyors elektronok alakítjuk az energia a másodlagos elektronok (amely a továbbiakban használjuk) egy nagy transzformációs arányt. Ezért a hatékonyság eszközök által gerjesztett elektron nyaláb, elég nagy. Például, a hatékonysága a molekuláris, kémiai, és excimer lézereket gerjesztve egy elektronsugárral,> 10%. Azonban a fő előnye a plazma gerjesztés egy elektronsugár - gyors energiaellátást. A karakterisztikus idők plazma gerjesztés elektronsugárral
10-9. Ennek köszönhetően elektronsugár használata nem csak hogy hozzon létre egy impulzus az alacsony hőmérsékletű plazma, hanem a preionization. A nagy teljesítményű eszközökkel laboratóriumi elektronsugár létrehoz egy egységes primer plazma, ami tovább fejlődik hatása alatt egy elektromos impulzus kisülés.
1980-es években. széles körű fejlődését szerzett lézerplazma. A lézert használnak különböző feldolgozási műveletek - .. Felületkezelés, hegesztés, forgácsolás, stb kölcsönhatása lézersugárzás a felület által alkotott lézerplazma, amely kölcsönhatásba lép a lézerfény, képes felvenni, meggátolva a penetráció a lézersugárzás a kezelési felületen. Lézerplazma - konkrét fizikai objektum, amely megköveteli a kutatás szempontjából különleges eljárások.
Sok más módon generáló alacsony hőmérsékletű plazma. A plazmát lehet beszerezni hatása alatt kemény sugárzás, ionizáló gáz (ionoszféra Föld és más bolygók), hogy az ion nyaláb áthaladó gáz vagy neutronok. A radioaktív források is alkalmazhatók, mint az alacsony hőmérsékletű plazma generátor.
2. Milyen módon lehet létrehozni egy alacsony hőmérsékletű plazma?
3. Nem egyensúlyi plazmák.
4. Az egyensúlyi plazma.