Plasma — 类型、属性和参数

等离子体是物质聚集的第四种状态——一种高度电离的气体,其中电子以及带正电和带负电的离子几乎完全平衡彼此的电荷。因此,如果我们尝试计算任何少量等离子体中的总电荷,它将为零。这一特性将等离子体与电子束和离子束区分开来。等离子体的这种特性称为准中性。

因此(根据定义),等离子体的特征取决于其体积中带电粒子的数量与其组成粒子总数的比率,电离度为:

  • 弱电离等离子体(电离粒子体积百分比的一部分);

  • 适度电离的等离子体(粒子体积的百分之几被电离);

  • 高度电离(气体体积中几乎 100% 的粒子被电离)。

等离子体的类型——高温和气体放电

等离子体可以高温和气体放电。第一个仅在高温条件下发生,第二个发生在稀释成气体的过程中。如您所知,物质可以处于物质的四种状态之一:第一种是固态,第二种是液态,第三种是气态。由于高度加热的气体会进入下一个状态——等离子体状态,因此等离子体被认为是物质聚集的第四种状态。

等离子体体积中移动的气体粒子具有 电荷因此,等离子体传导电流的所有条件都具备。在正常情况下,静止等离子体屏蔽恒定的外部电场,因为在这种情况下,电荷在其体积内发生空间分离。但是由于等离子体的带电粒子处于某个不同于绝对零温度的条件下,因此当准中性在比它更小的范围内被破坏时,存在最小距离。

等离子 - 类型、属性和参数

在加速电场中,气体放电等离子体的带电粒子具有不同的平均动能。事实证明,电子气的温度不同于等离子体内部离子气的温度;因此,气体放电等离子体不处于平衡状态,称为非平衡或非等温等离子体。

由于气体放电等离子体的带电粒子数量在其复合过程中减少,因此在电场加速的电子碰撞电离过程中立即形成新的带电粒子。但是一旦关闭施加的电场,气体放电等离子体就会立即消失。

高温等离子

高温等离子体是等温或平衡等离子体。在这样的等离子体中,由于热电离而补充了由于带电粒子的复合而导致的带电粒子数量的减少。这发生在一定温度下。构成等离子体的粒子的平均动能在这里是相等的。恒星和太阳是由高温等离子体(温度达数千万度)构成的。

要使等离子体开始存在,需要其体积中的带电粒子达到一定的最小密度。等离子体物理学根据不等式 L >> D 确定该数字。带电粒子的线性尺寸 L 远大于德拜屏蔽半径 D,后者是每个等离子体电荷发生库仑场屏蔽的距离。

等离子体的性质

谈到等离子体的定义特性,应该提到:

  • 高度的气体电离(最大——完全电离);

  • 零总等离子体电荷;

  • 高导电性;

  • 闪耀;

  • 与电场和磁场的强相互作用;

  • 等离子体内部电子的高频(约 100 MHz)振荡,导致整个等离子体体积的振动;

  • 大量带电粒子的集体相互作用(而不是像普通气体那样成对出现)。

了解等离子体的物理特性,不仅可以让科学家获得有关星际空间(主要充满等离子体)的信息,还可以让我们有理由相信可控热核聚变装置(基于高温等离子体)的前景。氘和氚)。

低温等离子体(低于 100,000 K)如今已用于将热能转化为电能的火箭发动机、气体激光器、热电子转换器和 MHD 发电机中。在等离子管中,低温等离子体可用于金属焊接和化学工业,而惰性气体卤化物无法通过其他方法获得。

我们建议您阅读:

为什么电流是危险的?