Ժամանակները, երբ մենք պլազման կապում էինք անիրական, անհասկանալի, ֆանտաստիկ բանի հետ, վաղուց անցել են: Այսօր այս հայեցակարգը ակտիվորեն կիրառվում է։ Պլազման օգտագործվում է արդյունաբերության մեջ։ Այն առավել լայնորեն օգտագործվում է լուսավորության ճարտարագիտության մեջ: Օրինակ՝ գազի արտանետման լամպերը լուսավորում են փողոցները։ Բայց այն առկա է նաև լյումինեսցենտային լամպերի մեջ: Այն նաև էլեկտրական եռակցման մեջ է։ Ի վերջո, եռակցման աղեղը պլազմա է, որը առաջանում է պլազմային ջահից: Շատ այլ օրինակներ կարելի է բերել:
Պլազմայի ֆիզիկան գիտության կարևոր ճյուղ է: Ուստի արժե հասկանալ դրա հետ կապված հիմնական հասկացությունները։ Ահա թե ինչին է նվիրված մեր հոդվածը։
Պլազմայի սահմանումը և տեսակները
Ի՞նչ է պլազման: Ֆիզիկայի սահմանումը բավականին պարզ է. Պլազմային վիճակը նյութի այնպիսի վիճակ է, երբ վերջինս ունի զգալի (մասնիկների ընդհանուր թվին համարժեք) լիցքավորված մասնիկների (կրողների) քանակ, որոնք կարող են քիչ թե շատ ազատ տեղաշարժվել նյութի ներսում։ Ֆիզիկայի մեջ կարելի է առանձնացնել պլազմայի հետևյալ հիմնական տեսակները. Եթե կրիչները պատկանում են նույն տեսակի մասնիկներին (ևՀակառակ լիցք ունեցող մասնիկները, չեզոքացնելով համակարգը, չունեն շարժման ազատություն), այն կոչվում է մի բաղադրիչ։ Հակառակ դեպքում դա երկու կամ բազմաբաղադրիչ է:
Պլազմայի հատկություններ
Այսպիսով, մենք համառոտ նկարագրել ենք պլազմայի հայեցակարգը: Ֆիզիկան ճշգրիտ գիտություն է, ուստի սահմանումները այստեղ անփոխարինելի են: Այժմ պատմենք նյութի այս վիճակի հիմնական հատկանիշների մասին։
Ֆիզիկայի մեջ պլազմայի հատկությունները հետևյալն են. Նախ, այս վիճակում, առանց այն էլ փոքր էլեկտրամագնիսական ուժերի ազդեցության տակ, առաջանում է կրիչների շարժում՝ հոսանք, որը հոսում է այս կերպ, մինչև այդ ուժերը անհետանան իրենց աղբյուրների զննման պատճառով: Հետևաբար, պլազման ի վերջո անցնում է մի վիճակի, որտեղ այն գրեթե չեզոք է: Այլ կերպ ասած, դրա ծավալները, ավելի մեծ, քան որոշ մանրադիտակային արժեք, ունեն զրոյական լիցք: Պլազմայի երկրորդ հատկանիշը կապված է Կուլոնյան և Ամպերի ուժերի հեռահար բնույթի հետ։ Այն բաղկացած է նրանից, որ այս վիճակում շարժումները, որպես կանոն, ունեն կոլեկտիվ բնույթ՝ ընդգրկելով մեծ թվով լիցքավորված մասնիկներ։ Սրանք ֆիզիկայի պլազմայի հիմնական հատկություններն են: Օգտակար կլինի հիշել դրանք։
Այս երկու հատկանիշներն էլ հանգեցնում են նրան, որ պլազմայի ֆիզիկան անսովոր հարուստ և բազմազան է: Դրա ամենավառ դրսեւորումը տարբեր տեսակի անկայունությունների առաջացման հեշտությունն է։ Դրանք պլազմայի գործնական կիրառմանը խոչընդոտող լուրջ խոչընդոտ են։ Ֆիզիկան գիտություն է, որն անընդհատ զարգանում է։ Հետեւաբար, կարելի է հուսալ, որ ժամանակի ընթացքում այդ խոչընդոտներըկվերացվի։
Պլազմա հեղուկներում
Դառնալով կառուցվածքների կոնկրետ օրինակներին, սկսենք խտացված նյութում պլազմայի ենթահամակարգերի դիտարկումից: Հեղուկների շարքում նախ և առաջ պետք է անվանել հեղուկ մետաղներ, օրինակ, որին համապատասխանում է պլազմային ենթահամակարգը, էլեկտրոնային կրիչների մեկ բաղադրիչ պլազմա: Խստորեն ասած, մեզ հետաքրքրող կատեգորիան պետք է ներառի նաև էլեկտրոլիտային հեղուկներ, որոնցում կան կրիչներ՝ երկու նշանների իոններ։ Այնուամենայնիվ, տարբեր պատճառներով էլեկտրոլիտները ներառված չեն այս կատեգորիայի մեջ: Դրանցից մեկն այն է, որ էլեկտրոլիտում չկան լույս, շարժական կրիչներ, ինչպիսիք են էլեկտրոնները։ Հետևաբար, վերը նշված պլազմայի հատկությունները շատ ավելի թույլ են արտահայտված։
Պլազմա բյուրեղներում
Բյուրեղներում պլազման ունի հատուկ անվանում՝ պինդ վիճակի պլազմա: Իոնային բյուրեղներում, թեև կան լիցքեր, բայց դրանք անշարժ են։ Հետեւաբար, պլազմա չկա: Մետաղներում դրանք հաղորդիչ էլեկտրոններ են, որոնք կազմում են մեկ բաղադրիչ պլազմա: Դրա լիցքը փոխհատուցվում է անշարժ (ավելի ճիշտ՝ երկար տարածություններ շարժելու անկարող) իոնների լիցքով։
Պլազման կիսահաղորդիչներում
Հաշվի առնելով պլազմայի ֆիզիկայի հիմունքները, պետք է նշել, որ կիսահաղորդիչների իրավիճակն ավելի բազմազան է։ Համառոտ բնութագրենք. Այս նյութերում մեկ բաղադրիչ պլազմա կարող է առաջանալ, եթե դրանց մեջ համապատասխան կեղտեր ներմուծվեն: Եթե կեղտերը հեշտությամբ նվիրաբերում են էլեկտրոններ (դոնորներ), ապա հայտնվում են n տիպի կրիչներ՝ էլեկտրոններ։ Եթե կեղտերը, ընդհակառակը, հեշտությամբ խլում են էլեկտրոնները (ընդունիչները), ապա առաջանում են p տիպի կրիչներ.- անցքեր (էլեկտրոնների բաշխման դատարկ տեղեր), որոնք իրենց պահում են որպես դրական լիցք ունեցող մասնիկներ. Երկու բաղադրիչ պլազմա, որը ձևավորվում է էլեկտրոններից և անցքերից, կիսահաղորդիչներում առաջանում է ավելի պարզ ձևով: Օրինակ, այն հայտնվում է լույսի պոմպային ազդեցության ներքո, որը վալենտային գոտուց էլեկտրոններ է նետում հաղորդման գոտի: Մենք նշում ենք, որ որոշակի պայմաններում միմյանց ձգվող էլեկտրոնները և անցքերը կարող են ձևավորել ջրածնի ատոմի նման կապված վիճակ՝ էքսիտոն, և եթե մղումը ինտենսիվ է, իսկ էքցիտոնների խտությունը՝ բարձր, ապա դրանք միաձուլվում են և ձևավորում կաթիլ։ էլեկտրոն-անցք հեղուկ. Երբեմն նման վիճակը համարվում է նյութի նոր վիճակ։
Գազի իոնացում
Վերոհիշյալ օրինակները վերաբերում էին պլազմային վիճակի հատուկ դեպքերին, և պլազման իր մաքուր ձևով կոչվում է իոնացված գազ: Նրա իոնացմանը կարող են հանգեցնել բազմաթիվ գործոններ՝ էլեկտրական դաշտ (գազի արտանետում, ամպրոպ), լույսի հոսք (ֆոտոիոնացում), արագ մասնիկներ (ռադիոակտիվ աղբյուրների ճառագայթում, տիեզերական ճառագայթներ, որոնք հայտնաբերվել են բարձրության հետ իոնացման աստիճանի մեծացմամբ)։ Այնուամենայնիվ, հիմնական գործոնը գազի տաքացումն է (ջերմային իոնացում): Այս դեպքում ատոմից էլեկտրոնի բաժանումը հանգեցնում է վերջինիս հետ բախման մեկ այլ գազի մասնիկի, որն ունի բավարար կինետիկ էներգիա բարձր ջերմաստիճանի պատճառով։
Բարձր և ցածր ջերմաստիճանի պլազմա
Ցածր ջերմաստիճանի պլազմայի ֆիզիկան այն է, ինչի հետ մենք շփվում ենք գրեթե ամեն օր: Նման վիճակի օրինակներ են բոցերը,նյութ գազի արտանետման և կայծակի մեջ, սառը տիեզերական պլազմայի տարբեր տեսակներ (մոլորակների և աստղերի իոնո- և մագնիտոսֆերաներ), տարբեր տեխնիկական սարքերում աշխատող նյութ (MHD գեներատորներ, պլազմային շարժիչներ, այրիչներ և այլն): Բարձր ջերմաստիճանի պլազմայի օրինակներ են աստղերի նյութն իրենց էվոլյուցիայի բոլոր փուլերում, բացառությամբ վաղ մանկության և ծերության, գործող նյութը կառավարվող ջերմամիջուկային միաձուլման օբյեկտներում (tokamaks, լազերային սարքեր, ճառագայթային սարքեր և այլն):
Նյութի չորրորդ վիճակը
Մեկուկես դար առաջ շատ ֆիզիկոսներ և քիմիկոսներ կարծում էին, որ նյութը բաղկացած է միայն մոլեկուլներից և ատոմներից: Դրանք համակցված են կամ ամբողջովին անկարգ, կամ քիչ թե շատ պատվիրված համակցություններով։ Ենթադրվում էր, որ կան երեք փուլեր՝ գազային, հեղուկ և պինդ: Նյութերն ընդունում են դրանք արտաքին պայմանների ազդեցության տակ։
Սակայն ներկայումս կարելի է ասել, որ կա նյութի 4 վիճակ. Դա պլազմա է, որը կարելի է նոր համարել, չորրորդը։ Նրա տարբերությունը խտացված (պինդ և հեղուկ) վիճակներից կայանում է նրանում, որ գազի պես այն չունի ոչ միայն կտրող առաձգականություն, այլև ֆիքսված ծավալ։ Մյուս կողմից, պլազման ընդհանուր խտացված վիճակի հետ ունի կարճ հեռավորության կարգի առկայությունը, այսինքն՝ տվյալ պլազմային լիցքին հարող մասնիկների դիրքերի և կազմի հարաբերակցությունը: Այս դեպքում նման հարաբերակցությունը ստեղծվում է ոչ թե միջմոլեկուլային, այլ Կուլոնյան ուժերով. տվյալ լիցքը վանում է իր հետ համանուն լիցքերը և ձգում հակառակը։
Պլազմայի ֆիզիկան համառոտ վերանայվել է մեր կողմից: Այս թեման բավականին ծավալուն է, ուստի մնում է միայն ասել, որ բացահայտել ենք դրա հիմքերը։ Պլազմայի ֆիզիկան, անշուշտ, արժանի է հետագա ուշադրության:
