Plasma — tipe, properti, dan parameter

Plasma adalah keadaan agregasi materi keempat — gas yang sangat terionisasi di mana elektron, serta ion bermuatan positif dan negatif, hampir sepenuhnya menyeimbangkan muatan listrik satu sama lain. Akibatnya, jika kita mencoba menghitung muatan total dalam volume plasma sekecil apa pun, itu akan menjadi nol. Karakteristik ini membedakan plasma dari berkas elektron dan ion. Properti plasma ini disebut kuasi-netralitas.

Dengan demikian (berdasarkan definisi), plasma dicirikan, tergantung pada rasio jumlah partikel bermuatan dalam volumenya dengan jumlah total partikel penyusunnya, berdasarkan derajat ionisasi:

• plasma terionisasi lemah (bagian dari persentase volume partikel terionisasi);

• plasma terionisasi sedang (beberapa persen volume partikel terionisasi);

• sangat terionisasi (hampir 100% partikel dalam volume gas terionisasi).

Jenis plasma — suhu tinggi dan pelepasan gas

Plasma dapat berupa suhu tinggi dan pelepasan gas. Yang pertama terjadi hanya pada suhu tinggi, yang kedua - selama pengenceran menjadi gas.Seperti yang Anda ketahui, suatu zat dapat berada dalam salah satu dari empat wujud materi: yang pertama padat, yang kedua cair, dan yang ketiga gas. Dan karena gas yang sangat panas masuk ke keadaan berikutnya - keadaan plasma, maka plasmalah yang dianggap sebagai keadaan keempat dari agregasi materi.

Partikel gas yang bergerak dalam volume plasma memiliki muatan listrikoleh karena itu, semua kondisi ada untuk plasma untuk menghantarkan arus listrik. Dalam kondisi normal, plasma stasioner melindungi medan listrik eksternal yang konstan, karena dalam hal ini terjadi pemisahan spasial muatan listrik di dalam volumenya. Tetapi karena partikel bermuatan plasma berada dalam kondisi suhu tertentu, berbeda dari nol absolut, ada jarak minimum ketika kuasi-netralitas dilanggar pada skala yang lebih kecil dari itu.

Dalam medan listrik yang dipercepat, partikel bermuatan plasma pelepasan gas memiliki energi kinetik rata-rata yang berbeda. Ternyata suhu gas elektron berbeda dengan suhu gas ion di dalam plasma; oleh karena itu, plasma pelepasan gas tidak dalam kesetimbangan dan disebut plasma non-kesetimbangan atau non-isotermal.

Karena jumlah partikel bermuatan dari plasma pelepasan gas berkurang selama rekombinasi mereka, partikel bermuatan baru segera terbentuk dalam proses ionisasi tumbukan oleh elektron yang dipercepat oleh medan listrik. Tetapi begitu medan listrik yang diterapkan dimatikan, plasma pelepasan gas segera menghilang.

Plasma suhu tinggi adalah plasma isotermal atau kesetimbangan. Dalam plasma seperti itu, pengurangan jumlah partikel bermuatan karena rekombinasinya ditambah karena ionisasi termal.Ini terjadi pada suhu tertentu. Energi kinetik rata-rata partikel yang menyusun plasma sama di sini. Bintang dan Matahari terbuat dari plasma bersuhu tinggi (pada suhu puluhan juta derajat).

Agar plasma mulai ada, diperlukan kerapatan minimum tertentu dari partikel bermuatan dalam volumenya. Fisika plasma menentukan angka ini dari pertidaksamaan L >> D. Ukuran linear L dari partikel bermuatan jauh lebih besar daripada radius skrining Debye D, yang merupakan jarak di mana skrining medan Coulomb dari setiap muatan plasma terjadi.

Sifat plasma

Berbicara tentang sifat-sifat yang menentukan plasma, harus disebutkan:

• derajat ionisasi gas yang tinggi (maksimum — ionisasi penuh);

• nol total muatan plasma;

• konduktivitas listrik yang tinggi;

• bersinar;

• interaksi yang kuat dengan medan listrik dan magnet;

• frekuensi tinggi (sekitar 100 MHz) osilasi elektron di dalam plasma, menyebabkan getaran seluruh volume plasma;

• interaksi kolektif dari sejumlah besar partikel bermuatan (dan tidak berpasangan, seperti pada gas biasa).

Pengetahuan tentang karakteristik sifat fisik plasma memungkinkan para ilmuwan tidak hanya untuk memperoleh informasi tentang ruang antarbintang (hanya diisi terutama dengan plasma), tetapi juga memberikan alasan untuk mengandalkan prospek instalasi fusi termonuklir terkontrol (berdasarkan plasma suhu tinggi dari deuterium dan tritium).

Plasma suhu rendah (di bawah 100.000 K) sudah digunakan saat ini di mesin roket, laser gas, konverter termionik, dan generator MHD yang mengubah energi panas menjadi energi listrik.Dalam plasmatron, plasma suhu rendah diperoleh untuk logam las dan untuk industri kimia, di mana halida gas inert tidak dapat diperoleh dengan metode lain.