Plasma Plasma gazoasa – gaz in care macar o parte a atomilor si moleculelor se afla in stare ionizata. Cauzile ionizarii pot fi: temperaturi, inalte ciocnirile electronice (la descarcarile in gaze), radiatile electromagnetice s.a. Cea mai importanta caracteristica a plasmei este proprietatea ei de a fi cvazineutra, adica in orice punct al spatiului pe care-l ocupa ea, sarcina spatiala pozitiva este compensata (sau aproape compensata) de sarcina spatiala negativa. Aceasta proprietate a plasmei este o consecinta a faptului, ca in jurul oricarei sarcini e se grupeaza particulele incarcate, dar de semn opus, astfel, incit potentialul culonian φ egal e/r. exp(- r/D), unde D este raza de ecranare Debai, care depinde de densatea sarcinii si temperaturii particulelor, iar r – distanta dintre sarcina negativa e si punctul dat din spatiu. Daca dimensiunile liniare sint cu mult mai mari decit D, atunci sistemul isi mentine starea cvazineutra si in acest caz gazul ionizat poate fi numit plasma. Plasma gazoasa poseda o serie de particularitati specifice (conductibilitate electrica si plastitate mare, interactiuni puternice cu cimpurile electromagnetice exterioare s.a), ceea ce permite dea o considera stare deosebita («a patra» stare de agregare) a substantei. Plasma se intilneste destul de des in conditii naturale si de laborator. Orice flacara, explozie, fulger, comprimare si dilatare brusca este insotita de gaze ionizate. Plasma apare si la trecerea unui curent electric prin gaze (lampa cu lumina de zi, gazotron, s.a). straturile superioare ale atmosferei terestre (ionosfera), ionizate de radiatiile solare, deasemenea contin Plasma. Stelele fierbinti si unii nori interstelari, care au temperaturi inalte, sint formate din Plasma complect ionizata. Daca toate componentele Plasmei au aceeasi temperatura, atunci ea se numeste Plasma izotermica (de ex. Plasma din atmosfera stelelor). Intr-o astfel de plasma toate procesele de schimb de energie (ionizare, recombinare, radiatie, absorbtie s.a) sint procese echilibrate. Ca exemplu de plasma neizotermica poate servi plasma care apare la descarcarile in gaze, unde temperatura electronilor este cu mult mai mare decit temperatura ionilor. Odata cu oscilatiile acustice obisnuite ale densitatii substantei in plasma pot avea loc oscilatii ale densitatii sarcinilor: oscilarea electronilor fata de ionii grei cu frecventa ωe apropiata ca valoare de frecventa 29177zid69ujv4i Lengmiur ωL ~ ωe ~ 4π * eNe , unde m este masa electronului, iar Ne – m densitatea electronilor (pentru diferite tipuri de plasme. ωL se afla in limitile 10 la puterea a 5 – 10 la puterea a 15 ht); b) oscilatii ale ionilor (unde sonore ionice) cu frecvente mai mici decit ωL (10² - 10 la puterea a 7 ht). Din cauza rotatiei Larmor a ionilor si electronilor in prezenta unui cimp magnetic in plasma este posibila aparitia undelor elicoidale de inalta fregventa (heliconi), undelor Alfven si magnetosonor, undelor ciclotronice s.a. Cimpul magnetic exterior poate izola plasma de mediul inconjurator. Plasma poate fi inlaturata de la perretii unui vas prin contactarea ei intr-o coloana ingusta sub actiunea cimpului magnetic propriu al curentului (efectul Pinci). Insa izolarea magnetica a plasmei, care are o mare importanta la rezolvarea unor probleme de sinteza termonucleara dirijata, prezinta dificultati din cauza instabilitatii ei in cimpul magnetic. ij177z9269ujjv In tehnica plasma se foloseste ca substanta de lucru la motoarele reactive cu plasma, pentru transformarea directa a energiei termice in energie electrica s.a. Plasma a corpurilor solide – sistem de purtatori de sarcina (electroni si goluri) in corpurile solide. Se deosebesc: plasma electronica (in metale) si plasma electron-gol (in semiconductoare si semimetale). Deoarece reteaua cristalina nu se include in notiunea de «plasma» a corpurilor solide, apoi, spre deosebire de plasma gazoasa, plasma corpurilor solide poate sa nu fie cvazineutra. Pentru plasma gazoasa si plasma corpurilor solide este comuna prezenta in ele a excitatiilor colective – oscilatiile plasmei. In plasma electronica aceste oscilatii au loc cu frecventa Lengmiur ωL (pentru metale ωL ~10 la puterea a 15 ht). Oscilatiile plasmei excita unde electromagnetice longitudinale (care nu au analog in vid). Permitivitatea plasmei electromagnetice ε(ω)= -1- ωL² . Unda electromagnetica cu frecventa ω‹ ωL este ω² total frecventata de supr. de separatie a plasmei. In plasma neutra a corpurilor solide, pe linga undele Lengmiur, pot exista si unde sonore electron-gol transversale. In astfel de plasma are loc, deasemenea efectul Pinci si alte fenomene, ce se observa si in plasma gazoasa. In prezent plasma se foloseste pe larg in cele mai diverse ramuri ale stiintei si tehnicii: pentru tratamentul termic al metalelor, depunerea unor straturi de protectie, topire si pentru alte operatii metalurgice. In ultimul timp plasma este folosita pe larg de chimisti. Ei au constatat ca unele reactii chimice decurg mai repede si mai eficient daca sint realizate intr-un jet de plasma. De exemplu, metanul, fiind introdus intr-un jet de plasma hidrogenica, se transforma in acetilena, iar vaporii de petrol pot fi descompusi intr-o serie de compusi organici: etilena, propilena si altii, care servesc ca materie prima pentru obtinerea unor metale polimere. Cum poate fi obtinuta plasma? In acest scop a fost construit plasmatronul (generatorul de plasma.) Daca intr-un vas implut cu gaz se introduc doi electrozi de metal la care se aplica o tensiune inalta, intre ei se produce o descarcare electrica. In gaze dupa cum se stie exista electroni liberi. Ei sint accelerati de cimpul electric, iar atunci cind se ciocnesc cu atomii neutri de gaz ‹‹ zmulg›› , pun in libertate noi electroni, formind particule incarcate electric – ioni, adica ionizeaza atomii. Electronii eliberati, deasemenea, sint accelerati de cimpul electric si ionizeaza noi atomi, marind numarul de ioni si atomi liberi. Procesul se dezvolta in avalansa, atomii de substanta sint repede ionizati, iar substanta se transforma in plasma. Procesul acesta are loc in plasmotronul cu arc. Intre anod si catod se creaza o tensiune inalta. Drept catod poate servi, de exemplu, metalul care trebuie prelucrat cu ajutorul plasmei. In spatiul camerii de descarcare se debiteaza substanta care este transformata in plasma, de cele mai dese ori un gaz – aer, azot, hidrogen, metan, oxigen s.a. sub actiunea tensiunii inalte in gaz se produce o descarcare electrica, iar intre catod si anod se formeaza un arc de plasma. Pentru a evita supraincalzirea peretilor camerii de descarcare, acestea sint raciti cu apa. Instalatiile de acest tip se numesc plasmatroane cu arc de plasma in exterior. Ele se folosesc la taierea, sudarea, topirea metalelor s.a. Putin mai altfel sunt construite plasmatroanele cu jet de plasma. Schema unui plasmatron: 1- jet de plasma; 2- apa; 3- descarcare in arc; 4- canale de «ra- sucire» a gazului; 5- catod din metal greu fu- zibil; 6- gaz pentru formarea plasmei; 7- su- port de electrod; 8- camera de descarcare; 9- solenoid; 10- anod de cupru. Gazul care trebuie transformat in plasma este suflat cu o viteza mare printr-un sistem de canale spirale si «aprins» in spatiul dintre catod si peretii camerii de descarcare, care serversc drept anod. Plasma «rasucita» intr-un jet dens, datorita canalelor spirale, este aruncata printr-un ajutaj cu o viteza de 1 – 10000 m/s. Plasma este «desprinsa» de peretii camerii si indesita intr-un jet cu ajutorul cimpului magnetic creat de o bobina de inductanta. Temperatura jetului de plasma la iesirea din ajutaj este de 3000-25000 K. Schema de mai sus seamana cu schema unui motor reactiv. La el forta de tractiune este creata de un jet de gaze fierbinti aruncate cu viteza mare printr-un ajutaj. Cu cit viteza gazelor e mai mare, cu atit e mai mare si forta de tractiune. Dar cu ce e mai rea plasma? Viteza jetului ei e destul de mare – pina la 10 km/s. cu ajutorul unor cimpuri electrice speciale ea poate fi marita pina la 100 km/s. Aceasta viteza e de 100 de ori mai mare decit viteza gazelor la motoarele reactive existente. Deci si forta de tractiune a motoarelor cu plasma (electroreactive) poate fi mai mare, iar consumul de combustibil poate fi redus considerabil. Primele modele de motoare cu plasma au fost deja incercate in cosmos.
