Mindenütt elérhető plazma negyedik halmazállapot, Popular Mechanics magazin

A feltételezés, hogy létezik az első a halmazállapot túl a klasszikus hármas, ez volt a tizenkilencedik század elején, és 1920-ban kapta a nevét - a plazma

Plazma erőmű 70 km-re Marseille, Saint-Paul-les-Durance, a környéken a francia kutatóközpont Cadarache Atomenergia, Kutatási ITER fúziós reaktor épül # 40; a latin. iter - az úton). A fő feladat, hogy a tisztviselő a reaktor - „bizonyítani a tudományos és technológiai lehetőségét fúziós energia békés célokra.” Hosszú távon, # 40; 30-35) alapján kapott adatok a kísérletek során az ITER reaktor, akkor létre lehet hozni prototípusok, biztonságos, környezetbarát és gazdaságilag nyereséges erőművek

Hogy egy tokamak Tokamak - telepítése toroid alakú plazmaelkülönítés egy mágneses mezőt. Plazma, melegítjük egy nagyon magas hőmérsékletű, tekintet nélkül a kamra falai, és ezt megtartja mágneses mezők - toroid létrehozott tekercsek és poloidális amely akkor képződik, amikor áram folyik a plazmában. Plazma maga szerepel transzformátor szekunder # 40; elsődleges - tekercs létrehozása toroid mező), ami biztosítja az előmelegítés során a áramlását elektromos áram

Accelerator olyan erős elektrongyorsítók jellegzetes hossza több száz méter, vagy akár kilométer. Méretük jelentősen csökkenteni lehet, ha nem gyorsul elektronok vákuumban, és a plazma - „a gerincén” gyors szaporító perturbáció töltéssűrűségének plazma, úgynevezett emelt hullámok által gerjesztett lézer sugárimpulzusok

Negyedik halmazállapot plazma a külvilág szinte mindenütt - megtalálható nemcsak gázkisülések, hanem az ionoszféra a bolygó, a felületes és mély rétegeibe aktív csillagok. Ez a környezet a szabályozott termonukleáris fúzió és a munkaközeg helyiségek villamos hajtóművek, és még sok minden más

Százötven évvel ezelőtt, szinte minden vegyészek és sok fizikus úgy gondolta, hogy számít, az csak az atomok és molekulák jönnek össze egy többé-kevésbé rendezett vagy teljesen rendezetlen pályára. Kevés kétségbe vonta, hogy az összes, vagy majdnem az összes anyag létezhet három különböző fázisban - szilárd, folyékony és gáz halmazállapotú, amikor azok, attól függően, hogy a külső körülmények. De azt a hipotézist, hogy más államok az ügyet már kifejezte.

Ez a sokoldalú modell megerősített és tudományos megfigyelés, és évezredek tapasztalata a mindennapi élet. Végül, mindenki tudja, hogy a víz bele hűtés jeges, és a melegítés közben forrni kezd, és elpárolog. Ólom és vas is lehet lefordítani egy folyadék és egy gáz, csupán arra van szükség, hogy a hő, erősebbé. Mivel a végén a XVIII században, a kutatók tunk folyékony gázok, és úgy tűnt, nagyon valószínű, hogy bármely cseppfolyósított gáz, elvileg lehet, hogy megszilárduljon. Általában egyszerű és világos képet ad a három halmazállapot úgy tűnik, nem igényel semmilyen módosítást vagy kiegészítést.

A tudósok akkor sok lenne meglepve hallja, hogy a szilárd, folyékony és gáznemű államok atomi molekuláris anyagokat tárolják csak viszonylag alacsony hőmérsékleten nem haladja meg a 10.000 °, és ezen a területen nem merítik ki az összes lehetséges struktúrák (például - a folyékony kristály). Nehéz volt elhinni, és ezek adják legfeljebb 0,01 tömeg%, a jelenlegi világegyetem. Most már tudjuk, hogy az anyag felismeri magát a különféle egzotikus formákat. Némelyikük (pl degenerált elektron gáz és neutron számít) már csak belsejét szupersűrű égitestek (fehér törpék és neutroncsillagok), és néhány (például a kvark-gluon folyadék) születtek és eltűnt egy pillanatra nem sokkal az ősrobbanás után. Ugyanakkor érdekes, hogy az első feltételezés, hogy létezik az állam, túl a klasszikus hármas, ez volt minden ugyanabban a tizenkilencedik században, a legelején. A tudományos kutatás tárgya lett jóval később, az 1920-as. Ugyanakkor, és kapta a nevét - a plazmát.

A második felében a 70-es években a XIX században, tagja a Royal Society of London Uilyam Kruks, rendkívül sikeres meteorológus és kémikus (felfedezte tallium és nagyon pontosan meghatározni atomsúlya), vált érdekelt gázkisülések a vákuumcsövek. Mire volt ismert, hogy a negatív elektród bocsát ki a kisugárzása egy ismeretlen jellegű, ami a német fizikus Oygen Goldshteyn 1876 nevű katódsugarak. Miután sok kísérlet Crookes úgy döntött, hogy ezek a sugarak nem mások, mint a gáz részecskék ütközés után a katód szerzett negatív töltést, és elkezdett mozogni az anód felé. Ezek a töltött részecskék az úgynevezett „sugárzó anyag», sugárzó anyag.

Katódsugarak intenzíven tanulmányozták és után Crookes. 1895-ben, ezek a kísérletek által vezetett William Röntgen megnyitását egy új típusú elektromágneses sugárzás, és a huszadik század elején vált a találmány szerinti, az első rádiós csövek. De kruksovskaya negyedik halmazállapot hipotézis nem okoz érdeklődés fizikusok körében - valószínűleg azért, mert 1897-ben Dzhozef Dzhon Tomson bebizonyította, hogy katódsugarak töltetlen atomok a gáz, és egy nagyon könnyű részecskék, amit az úgynevezett elektronokat. Ez a felfedezés tűnt, hogy egy hipotézis Crookes felesleges.

Klasszikus plazmát - az ion-elektron gáz lehet hígítjuk semleges részecskék (szigorúan véve, még mindig jelen vannak a fotonok, de nem lehet figyelembe venni mérsékelt hőmérsékleten). Ha az ionizációs foka túl kicsi (általában egy százalék elegendő), a gáz mutat több specifikus tulajdonságok nem rendelkezett a konvencionális gázok. Azonban, lehetséges, hogy készítsen egy plazma, amelyekben a szabad elektronok egyáltalán nem, és azok feladatait vállalja negatív ionokat.

Az egyszerűség kedvéért úgy csak az elektron-ion plazma. A részecskéket vonzza vagy taszítja a Coulomb-törvény, és ez a kölcsönhatás látható nagy távolságra. Ez az ezek eltérnek az atomok és a molekulák a semleges gáz, ami úgy érzi, egymással csak nagyon kis távolságok. Mivel a plazma részecskék szabadon repülő, ezek könnyen által kiszorított hatására elektromos erők. A plazma egyensúly van, az szükséges, hogy a tértöltések elektronok és ionok teljesen kompenzálják egymást. Ha ez a feltétel nem teljesül, a plazma vannak elektromos áramok egyensúlyának helyreállítására (például, ha egy bizonyos területén feleslegben pozitív ionok rohan azonnal elektron). Ezért, egy egyensúlyi plazma részecskék különböző sűrűségű gyakorlatilag azonos jelei. Ez a legfontosabb tulajdonság az úgynevezett kvázi-semleges.

Szinte mindig az atomok vagy molekulák egy hagyományos gáz részt csak párosított kölcsönhatások - egymással ütköznek, és szétszórja az oldalán. Más a helyzet a plazmában. Mivel a részecskék vannak összekötve hosszú távú Coulomb erők, mindegyikük a közeli és távoli szomszédok. Ez azt jelenti, hogy a kölcsönhatás a plazma részecskék nem párosított, és a többes számú - fizikusok mondják, a kollektív. Ebből következik a normál felbontású plazma - quasineutral rendszer nagyszámú ellentétes töltésű részecskék mutató kollektív viselkedést.

A plazmát jellemzi semleges gáz, és a reakció, hogy a külső elektromos és mágneses mezők (hagyományos gáz őket gyakorlatilag nem veszi észre). A részecskék a plazmában, éppen ellenkezőleg, úgy érzi, egy önkényesen mezőgyengítő és azonnal elkezdenek mozogni, ami tértöltések és az elektromos áram. Egy másik fontos jellemzője az egyensúlyi plazma - töltés szűrés. Vegyük a plazma részecskék, például egy pozitív ion. Ez vonzza az elektronokat, amelyek egy felhő a negatív töltés. Field az ion viselkedik megfelelően Coulomb-törvény csak annak környezetében, és meghaladó távolságok egy bizonyos kritikus értéket, nagyon gyorsan nullára. Ez a paraméter a Debye szűrés - miután a holland fizikus Peter Debye, aki leírta ezt a mechanizmust 1923-ban.

Ez könnyen belátható, hogy fenntartja a plazma kvázi semlegesség csak akkor, ha a lineáris méretek minden dimenzióban sokkal nagyobb, mint a Debye hosszát. Érdemes megjegyezni, hogy ez a paraméter emelkedik a plazma fűtés és csökken a növekvő a sűrűsége. A plazma gázkisülés nagyságrendű ez 0,1 mm a Föld ionoszféra - 1 mm, egy napenergia mag - 0,01 nm.

Manapság plazma használják sokféle technológiát. Néhány ezek közül a mindenki számára ismert (gázkisüléses lámpák, plazma kijelzők), míg mások az érdeke, hogy a szakemberek (termelés nagy teherbírású védőfóliát bevonat, gyártási mikrocsipek, fertőtlenítés). Azonban a legnagyobb reményt a plazma feküdt kapcsolatban végrehajtásával kapcsolatos munka a szabályozott termonukleáris reakciók. Ez érthető. Ahhoz, hogy a hidrogén atommagok olvasztott hélium atommag, meg kell közelíteni a parttól körülbelül egy centiméter stomilliardnoy részvény - és ott már szerzett a nukleáris erők. Ez a konvergencia csak akkor lehetséges, ha a hőmérséklet a tízes és több száz millió fokos - ebben az esetben, a kinetikus energia a pozitív töltésű atommag elég lesz leküzdeni az elektrosztatikus taszítást. Ezért, a szabályozott nukleáris fúzió igényel magas hőmérsékletű hidrogén plazma.

Ugyanakkor a plazma alapul közönséges hidrogén itt nem segít. Ezek a reakciók fordulnak elő a csillagok, de a Föld energia, hogy haszontalan, mivel az túl alacsony intenzitású energia. A legjobb, hogy egy plazma keverékéből nehéz hidrogén izotópok deutérium és a trícium a 1: 1 arányban (a tiszta deutérium plazma is elfogadható, bár kevesebb energia és igényel magasabb hőmérsékletet meggyújtani).

Azonban ahhoz, hogy a reakció egy kicsit fűtés. A # 8209; Először is, a plazmát kell lennie elég vastag; a # 8209, a második, a részecskék csapdába a zónába a reakció ne hagyja túl gyorsan - különben a veszteség az energia meghaladja a kiosztás. Ezek a követelmények kifejezett kritérium, amely 1955-ben azt javasolta, hogy az angol fizikus Dzhon Louson. Ennek megfelelően általános képletű terméket a plazma sűrűsége a átlagos tartózkodási ideje a részecskék kell lennie egy bizonyos érték fölé hőmérséklete határozza meg, összetétele és a várható fúziós üzemanyag-felhasználásának hatékonyságát a reaktorba.

Alternatív módon, az egyik működhet úgy vigye plazma (sűrűség értéket a nanogramm per köbcentiméter), tartva a reakciózónában legalább néhány másodpercig. Ezekben a kísérletekben, a több, mint fél évszázad alkalmaznak különböző mágneses csapda, amelyek megtartják a plazmában egy adott térfogata miatt a szuperpozíció több mágneses mezők. A legígéretesebb a tokamakokat - zárt mágneses csapdák formájában egy tórusz, első által javasolt AD Szaharov és az IE Tamm 1950. Jelenleg a különböző országokban dolgozó egy tucat ilyen növények, amelyek közül a legnagyobb megengedett megközelíteni a végrehajtás a Lawson kritérium. Nemzetközi termonukleáris kísérleti reaktor, a híres az ITER, amelyet beépített Cadarache faluban, közel a francia város Aix-en-Provence - szintén tokamakon. Ha minden a tervek szerint halad, az ITER lehetővé teszi az első alkalommal, hogy készítsen a plazma megfelelő lousonovskomu kritériumnak, és felgyújtották azt a termonukleáris reakciót.

„Az elmúlt két évtizedben tettünk hatalmas előrelépést a folyamatok megértésével, hogy előfordulnak a plazma mágneses csapda, különösen - a tokamakon. Általában már tudjuk, hogyan mozog a plazma részecskék, amelyek instabil állapotban a plazma áramlik, és milyen mértékben a növekvő nyomás a plazma, úgy, hogy még mindig nem tudta tartani a mágneses mezőt. új, nagy pontosságú plazma diagnosztikai módszerek is megállapították, hogy van, a mérési különböző paraméterek plazmát, - mondta a „PM” professzora a nukleáris fizika és a nukleáris technológia MIT Ian Hutchinson, aki több mint 30 éves tapasztalattal rendelkezik a tokamakban. - A mai napig a legnagyobb tokamak elért teljesítmény kiosztás hőt deutérium-trícium plazma körülbelül 10 MW, egy vagy két másodpercig. Az ITER haladhatja meg az egy-két nagyságrenddel. Ha nem tévedek, a számítások, akkor tud adni, legalább 500 megawatt néhány perc alatt. Ha nem vagyunk igazán szerencsés, az energia jön létre időbeli korlátozás nélkül, stabil módon. "