Плазма и термоядерный синтез

Что такое плазма и как ее получить?

Что же происходит с веществом при нагревании? Если поднимать температуру твердого вещества -оно превратится в жидкость. Нагреем жидкость еще сильнее - она испарится и превратится в газ. Эти три состояния вещества всем известны.

При повышении температуры газа появляются признаки совершенно новых явлений. Нейтральные атомы теряют принадлежащие им электроны и превращаются в положительные ионы. Образуется газообразная смесь свободно движущихся положительных ионов, электронов и нейтральных атомов. Это новое состояние вещества называется плазмой. Чем выше температура, тем больше ионов и электронов в плазме, тем меньше остается в ней нейтральных атомов. Например, для водорода при температуре выше 10 000 К практически все атомы теряют принадлежащие им электроны и превращаются в ионы. Для разных веществ полная ионизация наступает при различных температурах.

Итак, плазма есть четвертое состояние вещества, соответствующее очень высоким температурам. А так как высокая температура является необходимым условием термоядерных реакций, то легко понять, что в термоядерном реакторе нам придется иметь дело именно с плазмой. Поэтому давайте познакомимся с нею поближе.

Плазма - наиболее распространенное в природе состояние вещества. Солнце и все звезды - это сгустки очень горячей плазмы. Наша Земля окружена плазменной оболочкой - ионосферой. За пределами ионосферы существуют так называемые радиационные пояса - области, где тоже присутствует плазма. Во всем пространстве Солнечной системы дуют создаваемые Солнцем плазменные ветры, иногда достаточно сильные. Когда интенсивность этих плазменных ветров очень велика, они, как и радиационные пояса, представляют серьезную угрозу для космонавтов. В состав солнечных плазменных ветров и радиационных поясов Земли входят быстрые частицы, которые могут разрушать клетки человеческого организма. На Земле мы встречаемся с плазмой в различных формах электрических разрядов: это электрическая дуга, искра, молния или нарядно окрашенные разряды в разноцветных рекламных трубках.

Для получения плазмы нужно сильно нагреть вещество. Именно благодаря высокой температуре звёзды и Солнце представляют собой практически полностью ионизированную плазму. Но на Земле обычно получают плазму не путем нагрева вещества, а с помощью электрических разрядов. Если поместить в сосуд с газом металлические электроды и создать между ними достаточно высокое напряжение, происходит электрический разряд. В газе всегда присутствует небольшое количество свободных электронов. Под действием приложенного электрического поля они разгоняются и ионизируют нейтральные атомы газа. В результате ионизации высвобождаются новые электроны, которые тоже ускоряются электрическим полем и ионизируют новые атомы. Процесс ионизации разрастается лавинообразно.

Дуговой плазменный разряд Можно получить прямо в воздухе. Однако плазму с определенными, нужными нам свойствами мы создаем в герметичных установках. Это позволяет получить плазму необходимого состава, предохранить ее от смешивания с атомами различных газов, из которых состоит воздух.