Сьогодні я розповім Вам про дуже цікаву речі з фізики плазми та пов'язаної з нею проблемою. Спочатку ми постараємося зрозуміти: Що ж таке плазма? Для чого її вивчати? Де вона застосовується?
Потім я розповім про стан плазмових технологій, далі про проблему керованого термоядерного синтезу, навіщо вона потрібна, з чим пов'язана? І приведу кілька прикладів: як вона вирішується, в тому числі в інституті ядерної фізики ім. Будкера, на кафедрі фізики плазми університету.
Отже, що тут зображено?
Вгадайте, що це?
Відповідь: абсолютно правильно, права частина картинки # 151; це сонце. Темна, тому що знята відповідним чином, щоб затінити НЕ яскраву частину сонця, а навпаки відтінити спалах на сонці. Ось вона спалах, тут видно такі еліпси, це плазма рухається в магнітному полі, яке виникає на сонці. У космічному масштабі Земля приблизно, як «точка від указки». У космосі на Сонце, зокрема, плазмові явища відбуваються часто-густо, а Сонце # 151; це і є термоядерний реактор. Це те, що відбувається в космосі.
Сонце і його поверхню
А ось на жаль на Землі в звичайних умовах плазма зустрічається досить рідко, ось тільки лише кілька прикладів можна назвати природною плазмою. Наприклад: Північне сяйво # 151; дуже красиве видовище, воно пов'язане якраз із плазмовими явищами, а точніше з явищами перенесення частинок з магніту в сфері Землі. Інший прояв плазми, це полум'я (низько # 151; температурна плазма), просто блискавка і т. д.
На Землі плазма зустрічається досить рідко в природних умовах, може бути тому тривалий час плазмою, як наукою не займалися, але зате в космосі велика частина видимої всесвіту # 151; це і є плазма. Таким чином, плазма найбільш поширена форма речовини у Всесвіті. Природно це і є одна з рушійних сил, внаслідок якої плазма і вивчається.
Так що ж таке плазма?
Що буде, якщо нагрівати речовину поступово до все більш високої температури
Ось зараз по сходинках пройдемо від твердого тіла, тут воно позначене, як кристал, візьмемо звичайне тверде тіло і подогреем його, станеться плавлення і тверде тіло перетворитися в рідину, на це потрібно витрати не яку енергію. Далі ще нагріємо, рідина перейде в газ, будемо нагрівати ще, газ перейде в новий стан, такий стан називається плазмою. Це фазовий перехід плавлення потім випаровування і іонізація, т. Е атоми або молекули розпадаються на окремо складові частини на електрони і іони, т. Е. Вони вже живуть окремо. Ось стався ще один фазовий перехід, але на нього енергії було витрачено значно більше, ніж на попередній фазі переходу. Що буде якщо ще нагріти плазму? Якщо ми ще подогреем плазму = 10 0000 ° C, з'явиться ще одне нове стан, коли в цьому розпеченому газі # 151; плазми, почнуть відбуватися реакції термоядерні і вийти термоядерна плазма. Виникає питання: А що буде, якщо ми ще нагріємо? Щось буде, що саме ми не знаємо, тому що далі тут ядерний бар'єр і т. Д. Ну і так плазма # 151; це іонізований газ. Газ володіє деякими властивостями, як газу, так і властивостями відмінними від властивостей газу. Я вже говорив про нагріванні, але це не зовсім точно, потрібно розглядати повне стан речовини, т. Е. Нагрівання і його щільність, концентрація, т. Е. Число частинок, одиниця обсягу в м 3. а це T 0 про яку я говорив . Ми почали від твердого тіла, стали його нагрівати, т. Е. T 0 # 151; піднімається і можна йти багатьма шляхами, наприклад, якщо зберігати щільність і нагрівати, тоді ми перейдемо до сонячного ядра, де відбувається інтенсивна термоядерна реакція, а можна опустити тверде тіло, тоді воно випаруватися і буде дуже рідкісна плазма, низько температурна типу полум'я або Північного сяйва .
Плазма в природі, науці і техніці
Далі є явища різні в атмосфері, наприклад # 151; блискавка, це газорозрядна лампа, сонячна корона має відносно низькі T 0 # 151; це туманність. Ось ми і дізналися, що ж таке плазма.
В кінці нашої бесіди спробуємо дізнатися, це область, де відбуваються термоядерні реакції.
Спочатку запитаємо себе: Для чого взагалі вивчати плазму?
Філософія (фізика) найбільше ґрунтується на двох речах: на нестачі гостроти очей і на душевному бажанні знати завжди нове # 133;
Але як оне бажання, відчувати причини всякої речі, людям властиво і вроджене, то і спонукає їх входити в випробування оних # 133;
Відповідь: Я думаю, що головне і досить очевидна причина, це просто пізнання світу. Ми бачимо, що з плазми складається значна частина нашого навколишнього світу. Пізнання світу воно не минуемо веде до того, що ми починаємо використовувати наші знання в практичних цілях. Що стосується науки про плазму. Вважається, що наука про плазму відносно молода, але вже зараз плазмові технології займають досить широке місце в індустрії, річне виробництво за допомогою плазмових технологій становить 200 млр. доларів.
Основний напрямок плазмових технологій, це переробка відходів # 151; т. е. екологія, це спалювання відходів в плазмових гарматах, тоді не утворюється шкідливих газів, очищення води, у нас, на жаль, очищення води за допомогою плазми мало відома. Далі різні плівкові технології. Це плівки окис кремнію, т. Е. Скло, мікроелектроніка, за допомогою плазмової технології вирощують алмази. Алмаз чудовий тим, що він діелектрик з дуже хорошою тепло провідністю, тому крізь нього можна гнати велику потужність.
Далі, покриття, а саме, всі сучасні вікна покриті за допомогою плазмової технології, для того щоб холод не проникав всередину квартири і тепло не виходило назовні.
далі # 151; це електроніка. Тут мається на увазі: мікроелектроніка і велика електроніка, з лампами газорозрядними приладами, комп'ютерними технологіями, мікросхемами, освітлення, лазерні технології і т. Д.
Фізика плазми пов'язана, як частина науки, це прилади для науки, космічні дослідження за допомогою плазми в космосі, плазмохімія, екологія, оборона, енергетика.
За допомогою плазми можна зробити багато чого. Плазмовий дисплей це, якщо в електро-променевому дисплеї використовується люмінофор, який знаходиться в осередку, які висвітлюються електронним пучком, для цього використовується електронно-променева трубка. У плазмовому дисплеї використовується осередок газорозрядна, її розмір невеликий. Подається напруга за відповідною координаті і в певному місці загоряється розряд, який висвітлює ультрафіолетовим випромінюванням. В результаті плазмовий дисплей має товщину близько 1 см, являє собою 2 стінки з окремими осередками, в яких розташовані мікро розряди.
В даний час в Кореї є завод з виробництвом тисячі плазмових дисплеїв в рік.
Переходимо до термоядерного синтезу. Головна мета цих досліджень # 151; отримання невичерпних джерел енергії. Зараз це теплові станції і ядерні станції. Ми намагаємося отримати нову теплову станцію за допомогою плазми на основі реакції синтезу. Найпоширеніша для термоядерних досліджень це реакція дейтерію і тритію. Дейтерій це важкий водень, в якому крім протона, є нейтрон, а тритій має крім протона два нейтрона, це звичайний водень. Коли відбувається їх злиття, утворюється спочатку проміжне ядро, а потім виділяється енергія і вилітає дві частинки вже інші: нейтрон і альфа частинки, # 151; гелій частки.
Термоядерних реакцій багато.
Ця реакція де-гелій 3, вона дійсно без нейтрона. Ця реакція нейтрона не випускає, тому якщо ця реакція буде використовуватися в реакторі то, активуючи навколишніх тіл, буде набагато менше, але перетин реакції ДД при таких температурах приблизно в 100 разів вище і в максимумі раз в 10 більше, ніж де-гелій 3.
Якщо побудувати реактор на паливі де-гелій 3, то екологічно вигідно доставляти його з Місяця, де він є.
Щоб про ці реакції треба виконати дві умови:- Нагріти речовина до 100 млн. Градусів і утримувати деякий час, щоб частинки перестрибнули невловимий бар'єр, відштовхнулися один від одного.
- І друге, щоб частинки зіткнулися багато разів, для цього потрібно утримувати.
- гравітаційне утримування;
- штучне утримування;
- магнітне утримання.