Plasma — 類型、屬性和參數

等離子體是物質聚集的第四種狀態——一種高度電離的氣體,其中電子以及帶正電和帶負電的離子幾乎完全平衡彼此的電荷。因此,如果我們嘗試計算任何少量等離子體中的總電荷,它將為零。這一特性將等離子體與電子束和離子束區分開來。等離子體的這種特性稱為準中性。

因此(根據定義),等離子體的特徵取決於其體積中帶電粒子的數量與其組成粒子總數的比率,電離度為:

  • 弱電離等離子體(電離粒子體積百分比的一部分);

  • 適度電離的等離子體(粒子體積的百分之幾被電離);

  • 高度電離(氣體體積中幾乎 100% 的粒子被電離)。

等離子體的類型——高溫和氣體放電

等離子體可以高溫和氣體放電。第一個僅在高溫條件下發生,第二個發生在稀釋成氣體的過程中。如您所知,物質可以處於物質的四種狀態之一:第一種是固態,第二種是液態,第三種是氣態。由於高度加熱的氣體會進入下一個狀態——等離子體狀態,因此等離子體被認為是物質聚集的第四種狀態。

等離子體體積中移動的氣體粒子具有 電荷因此,等離子體傳導電流的所有條件都具備。在正常情況下,靜止等離子體屏蔽恆定的外部電場,因為在這種情況下,電荷在其體積內發生空間分離。但是由於等離子體的帶電粒子處於某個不同於絕對零溫度的條件下,因此當準中性在小於它的尺度上被破壞時,存在最小距離。

等離子 - 類型、屬性和參數

在加速電場中,氣體放電等離子體的帶電粒子具有不同的平均動能。事實證明,電子氣的溫度不同於等離子體內部離子氣的溫度;因此,氣體放電等離子體不處於平衡狀態,稱為非平衡或非等溫等離子體。

由於氣體放電等離子體的帶電粒子數量在其複合過程中減少,因此在電場加速的電子碰撞電離過程中立即形成新的帶電粒子。但是一旦關閉施加的電場,氣體放電等離子體就會立即消失。

高溫等離子

高溫等離子體是等溫或平衡等離子體。在這樣的等離子體中,由於熱電離而補充了由於帶電粒子的複合而導致的帶電粒子數量的減少。這發生在一定溫度下。構成等離子體的粒子的平均動能在這裡是相等的。恆星和太陽是由高溫等離子體(溫度達數千萬度)構成的。

要使等離子體開始存在,需要其體積中的帶電粒子達到一定的最小密度。等離子體物理學根據不等式 L >> D 確定該數字。帶電粒子的線性尺寸 L 遠大於德拜屏蔽半徑 D,後者是每個等離子體電荷發生庫侖場屏蔽的距離。

等離子體的性質

談到等離子體的定義特性,應該提到:

  • 高度的氣體電離(最大——完全電離);

  • 零總等離子體電荷;

  • 高導電性;

  • 閃耀;

  • 與電場和磁場的強相互作用;

  • 等離子體內部電子的高頻(約 100 MHz)振盪,導致整個等離子體體積的振動;

  • 大量帶電粒子的集體相互作用(而不是像普通氣體那樣成對出現)。

了解等離子體的物理特性,不僅可以讓科學家獲得有關星際空間(主要充滿等離子體)的信息,還可以讓我們有理由相信可控熱核聚變裝置(基於高溫等離子體)的前景。氘和氚)。

低溫等離子體(低於 100,000 K)如今已用於將熱能轉化為電能的火箭發動機、氣體激光器、熱電子轉換器和 MHD 發電機中。在等離子管中,低溫等離子體可用於焊接金屬和化學工業,而惰性氣體鹵化物無法通過其他方法獲得。

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