ПЛАЗМА

Частично или полностью ионизованный газ, в котором плотности положит, и отрицат. зарядов практически одинаковы (выполняется условие квазинейтральности). П. - наиболее распространённое состояние вещества во Вселенной: Солнце, горячие звёзды, межзвёздная среда, звёздные атмосферы и галактич. туманности состоят в основном из П. Около Земли П. существует в космосе (в виде солнечного ветра), заполняет магнитосферу Земли и ионосферу. В лабораторных условиях П. обычно получают с помощью электрич. поля в газовых разрядах; применяются и др. способы, такие, как нагрев газа, воздействие ионизирующих излучений, ионизация с помощью ударных волн. Накопление П. осуществляют с помощью магн. ловушек. Многими характерными для П. свойствами обладают совокупности подвижных заряженных частиц в твёрдых проводниках (П. твёрдых тел) - электронов проводимости и дырок в полупроводниках (электронно-дырочная П.) и электронов проводимости (нейтрализуемых неподвижными положит, ионами) в металлах. Отличит, особенность П. твёрдых тел - возможность существования при сверхнизких для «газовой» П. температурах - комнатной и ниже, вплоть до абс. нуля температур. Широкое применение в технике получила низкотемпературная (холодная) П. Такую П. используют в газоразрядных приборах, газовых лазерах, магнитогидродинамич. и термоэмиссионных генераторах, плазмотронах, плазменных ускорителях, установках плазменной технологии и др. Особый интерес в связи с проблемой осуществления управляемых термоядерных реакций представляет высокотемпературная П.  

Основные свойства П. Гл. отличие П. от обычного газа связано прежде всего с сильным влиянием на неё электрич. и магн. полей - как внешних, так и внутренних, создаваемых заряженными частицами. Помимо хаотич. теплового движения частицы П. могут участвовать в разл. упорядоченных («коллективных») процессах. При этом взаимодействие заряженных частиц в П. осуществляется как при столкновениях, так и через самосогласованные электрич. и магн. поля (они сами определяются движением заряженных частиц).

Условие квазинейтральности П. соблюдается, если линейные размеры области, занимаемой П., много больше расстояния Гц, на к-рое распространяется в П. действие электрич. поля отд. заряда (дебаевского радиуса экранирования). П. по осн. свойствам близка к идеальному газу. Равновесная П. может быть получена нагреванием газа до температур, при которых тепловая энергия составляет заметную часть энергии ионизации. В лабораторных условиях чаще всего имеют дело с неравновесной П., характеризующейся разл. температурами электронов и ионов и с отличающимися от максвелловской функции распределения частиц по скоростям. В зависимости от степени ионизации различают слабоионизованную П., в которой осн. роль среди столкновений играют столкновения заряженных частиц с нейтральными, и сильноионизованную, в которой определяющим является взаимодействие между заряженными частицами.

Колебания и шумы в П. отличаются разнообразием свойств, обусловленным большим числом всевозможных степеней свободы П. Наиболее характерны плазменные колебания, представляющие собой колебания электронов относительно неподвижных ионов. Их угловая частота наз. плазменной частотой. Из-за теплового движения электронов эти колебания распространяются в виде продольных волн, наз. ленгмюровскими (по имени амер. физика И. Ленг-мюра).

В отсутствие внеш. магн. поля кроме ленгмю-ровских волн возможны продольные звуковые волны, а при частотах - поперечные электро-магн. волны. В присутствии внеш. магн. поля характеристики волн значительно усложняются и волны в общем случае не разделяются на поперечные и продольные. Процессы ионизации и деионизации в слабоионизованной плазме породают ионизационные волны (бегущие страты). Поскольку реальная П., как правило, неравновесна, уровень раскачки колебаний может быть весьма высоким; колебания могут быть как упорядоченными, так и некогерентными между собой и проявляться как шумы (на этом основана работа плазменных генераторов шума). Особенно высоким может быть уровень колебаний при введении в плазму пучков заряженных частиц или при генерации таких пучков самой П. в результате развития неустойчивостей.

Такие плазменно-пучковые системы могут быть источниками СВЧ колебаний. Колебания П. могут оказывать существ, влияние на осн. её характеристики, в частности на коэф. переноса.Диагностика П. Методы эксперим. исследования П. и измерения её параметров разделяют на пассивные, использующие излучение П., и активные, основанные на её зондировании. Среди пассивных наибольшее распространение получили методы, использующие оптич. излучение. Измерения интенсивности спектральных линий атомов и ионов дают возможность определить состав П. Анализ формы линий позволяет получить сведения о температуре излучающих частиц (по доплеровскому уширению; см. Доплера эффект), а в плотной П. - и о концентрации электронов (по штарковскому уширению; см. Штарка эффект). Измерения сплошного спектра тормозного излучения электронов в оптическом, а также в СВЧ и рентгеновском диапазонах позволяют определить концентрацию и температуру электронов. Диагностика П. в магн. поле осуществляется измерениями спектра СВЧ излучения в окрестности электронной циклотронной частоты и её гармоник; они дают сведения обэлектронном компоненте П. Для определения параметров низкотемпературной П. применяют электростатич. зонды. Большое распространение получили интерферометрич. и голографич. методы, основанные на зондировании П. СВЧ и оптич. излучением.

Всё шире применяются методы, использующие рассеяние света и СВЧ волн П. Для исследования высокотемпературной П. получили распространение корпускулярные методы, в основе которых лежит зондирование П. пучками нейтральных частиц или испускание П. атомов и ядерных частиц.

Copyright © 2002 - 2017 Ravnopravie.kharkov.ua. All Rights Reserved.