Застосування плазми в науці і техніці

Застосування плазми в науці і техніці

Електрична дуга - найбільш підходяще середовище для таких реакцій, які не можуть протікати в звичайних умовах по термодинамічних причин. Можна запалити плазму в кисні і використовувати високу реакційну здатність виходить при цьому озону. В азотній плазмі можна отримати такі екзотичні сполуки, як тетрафторид азоту N 2 F 4 або нітрид титану TiN. Воднева плазма проявляє відновлює дію, тому її можна застосовувати для розтину залізних руд. Тривалість реакцій у високотемпературній плазмі вкрай мала. Метан, наприклад, при 4 800 - 5 300 K за 1 / 10000 c на 75 - 80% перетворюється в ацітелен. Головною перевагою методів плазмохімії є те, що склад вихідної сировини може коливатися в широких межах. Реакції можуть протікати і в холодній плазмі при температурах нижче 400 K. Цікавим прикладом може послужити азотування в тліючому розряді, що застосовується для поверхневого зміцнення сталі.

Якщо будь-яка речовина загострити до дуже високої температури або пропускати через нього сильний електричний струм, його електрони починають відриватися від атомів. Те, що залишається від атомів після відриву електрона, має позитивний заряд і називається іоном, сам процес відриву електронів від атомів називається іонізацією. У результаті іонізації виходить суміш вільних частинок з позитивними і негативними зарядами. Цю суміш назвали плазмою.

При відриві електронів розриваються і всі зв'язки, які утримують частинки в кристалі або рідини. Здавалося б, у русі частинок не повинен залишитися ніякого порядку. І дійсно, плазма багато в чому схожа на газ. Іноді її так і називають - газом із заряджених частинок або іонізованних газом. Але самі чудові властивості плазми виявляються тоді, коли на неї діє магнітне поле. При цьому в русі частинок плазми проявляється деякого роду порядок і властивості плазми стають зовсім іншими, ніж у газу. За цим плазму і називають четвертим станом речовини. Порядок, який вносить магнітне поле в рух частинок плазми, - зовсім особливий порядок. Його можна назвати гвинтовим. Заряджена частинка може вільно рухатися вздовж напрямку магнітного поля. Але при цьому вона швидко обертається навколо напрямку магнітного поля. Це обертання відбувається за тим же законом, що і в круговому прискорювачі заряджених частинок - циклотроні. Тому обертання частинок плазми навколо напрямку магнітного поля так і називають - циклотронний обертанням. З поєднання вільного руху вздовж поля і циклотронного обертання поперек поля виходить гвинтовий рух частинок плазми. Якщо плазма не дуже щільна, то частинки рідко стикаються між собою: кожна рухається за своїм гвинту. У поперечному напрямку така плазма може рухатися тільки разом з магнітним полем. Для наочності кажуть, що магнітне поле як би вмерзатимуть в плазму. Але зовні магнітне поле не може проникнути в плазму. Якщо зовні виникає сильне магнітне поле, воно тисне на плазму з силою, яку так і називають - силою магнітного тиску. Звідси випливає, що плазму можна утримувати «магнітної стінкою», штовхати «магнітним поршнем». Можна сказати: якщо вздовж магнітного поля плазма рухається як газ, то при русі упоперек магнітного поля вона знаходить до певної міри властивості твердого тіла.

На цих властивостях плазми засновано багато природні явища, які починають використовувати в техніці. Сонце - величезна куля, що складається з розжареної плазми. З поверхні Сонця безперервно стікає спокійний потік плазми - так званий сонячний вітер. Час від часу на поверхні Сонця відбуваються спалахи. При кожній такій спалах у космос вихлюпується короткочасний потік плазми. Ці плазмові потоки, досягаючи атмосфери землі, викликають у ній багато чудових явищ: полярне сяйво, магнітні бурі, порушення радіозв'язку. Справа в тому, що й довкола Землі є плазмова оболонка, тільки ця оболонка знаходиться високо. Адже Сонце разом з видимим світлом посилає невидимі ультрафіолетові промені. Ці промені впливають на атоми повітря і відривають від електрони, тобто виробляють іонізацію. Так виходить, що верхні шари атмосфери - іоносфера - складаються з іонізованого повітря, інакше кажучи, з плазми. Плазма з кожним роком все частіше застосовується в техніці. У звичайній поки електричній лампочці світиться розпечена нитка металу. А в лампах денного світла світиться плазма, що заповнює скляну трубку. Починають входити у вжиток плазмові пальники для зварювання та різання металів.

На цих властивостях плазми засновано багато природні явища, які починають використовувати в техніці. Сонце - величезна куля, що складається з розжареної плазми. З поверхні Сонця безперервно стікає спокійний потік плазми - так званий сонячний вітер. Час від часу на поверхні Сонця відбуваються спалахи. При кожній такій спалах у космос вихлюпується короткочасний потік плазми. Ці плазмові потоки, досягаючи атмосфери землі, викликають у ній багато чудових явищ: полярне сяйво, магнітні бурі, порушення радіозв'язку. Справа в тому, що й довкола Землі є плазмова оболонка, тільки ця оболонка знаходиться високо. Адже Сонце разом з видимим світлом посилає невидимі ультрафіолетові промені. Ці промені впливають на атоми повітря і відривають від електрони, тобто виробляють іонізацію. Так виходить, що верхні шари атмосфери - іоносфера - складаються з іонізованого повітря, інакше кажучи, з плазми. Плазма з кожним роком все частіше застосовується в техніці. У звичайній поки електричній лампочці світиться розпечена нитка металу. А в лампах денного світла світиться плазма, що заповнює скляну трубку. Починають входити у вжиток плазмові пальники для зварювання та різання металів.