"Κρύσταλλο πλάσματος" και τα μυστικά του σύμπαντος. Πειραματιστείτε "Crystal Plasma" στο ISS πραγματοποιήθηκε με νέο εξοπλισμό

Ακαδημαϊκός V. Fortov, Διευθυντής του Ινστιτούτου Θερμικής Φυσικής των ακραίων κρατών της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών.

Τον Απρίλιο του 2005, ο ακαδημαϊκός Vladimir Evenievich FORTOV έλαβε ένα διάσημο διεθνές βραβείο - το χρυσό μετάλλιο που ονομάστηκε μετά τον Albert Einstein, που του απονεμήθηκε για μια εξαιρετική συμβολή στην ανάπτυξη της φυσικής επιστήμης και της διεθνούς επιστημονικής συνεργασίας. Τα επιστημονικά συμφέροντα του ακαδημαϊκού Fortov βρίσκονται στον τομέα της φυσικής των ακραίων ουσιών, συμπεριλαμβανομένου του πλάσματος. Εάν δεν μετράτε τη σκοτεινή ύλη, το πλάσμα είναι η πιο κοινή κατάσταση της ουσίας στη φύση: σύμφωνα με εκτιμήσεις, σε αυτή την κατάσταση, υπάρχει περίπου 95% του συνηθισμένου θέματος στο σύμπαν. Τα αστέρια είναι τσαμπιά πλάσματος, ιονισμένο αέριο με θερμοκρασίες σε δεκάδες και εκατοντάδες εκατομμύρια πτυχίων. Οι ιδιότητες πλάσματος αποτελούν τη βάση των σύγχρονων τεχνολογιών, το πεδίο εφαρμογής του οποίου είναι εκτεταμένο. Το πλάσμα εκπέμπει το φως σε ηλεκτρικούς λαμπτήρες, δημιουργεί έγχρωμη εικόνα σε πάνελ πλάσματος. Οι αντιδραστήρες πλάσματος Οι ροές πλάσματος χρησιμοποιούνται για την παραγωγή μικροκυκλωμάτων, σκληρυντικών μετάλλων και επιφανειών καθαρισμού. Οι ρυθμίσεις πλάσματος ανακυκλώνουν τα απόβλητα και παράγουν ενέργεια. Το Plasma Phassic είναι μια ενεργά αναπτυσσόμενη περιοχή της επιστήμης, η οποία σε αυτή τη μέρα εκτελούνται εκπληκτικές ανακαλύψεις, παρατηρούνται ασυνήθιστα φαινόμενα, που απαιτούν κατανόηση και εξήγηση. Ένα από τα πιο ενδιαφέροντα φαινόμενα που ανακαλύφθηκαν σε πλάσμα χαμηλής θερμοκρασίας είναι ο σχηματισμός ενός "κρυστάλλου πλάσματος", δηλαδή μια χωρική διατομή από λεπτά σωματίδια - σκόνη πλάσματος.

Επιστήμη και ζωή // εικονογράφηση

Επιστήμη και ζωή // εικονογράφηση

Cosmonauts S. Krikalev και Y. Gyzenko εγκαθιστούν τον εξοπλισμό "Plasma Crystal" για το ISS (2001).

Τι είναι ένα πλάσμα σκόνης;

Η σκόνη του πλάσματος είναι ένα ιονισμένο αέριο που περιέχει σκόνη - σωματίδια ενός στερεού. Αυτό το πλάσμα συχνά βρίσκεται στο διάστημα: σε πλανητικά δαχτυλίδια, εξοχικές κατοικίες κομήτης, διαπλανητικό και διαστρικό σύννεφα. Έχει βρεθεί κοντά στους τεχνητούς δορυφόρους της Γης και στην περιοχή Trim των θερμοπυρηνικών φυτών με μαγνητική κατακράτηση, καθώς και στους αντιδραστήρες πλάσματος, τόξα, απορρίψεις.

Στις εργαστηριακές συνθήκες, ο Αμερικανός Irving Langmür Irving Langmür έλαβε ένα πλάσμα σκόνης για πρώτη φορά στις δεκαετία του '20 του περασμένου αιώνα. Ωστόσο, το μελετούσε ενεργά μόνο την τελευταία δεκαετία. Αυξημένο ενδιαφέρον για τις ιδιότητες του πλάσματος σκόνης προέκυψε με την ανάπτυξη τεχνολογιών ψεκασμού πλάσματος και χάραξης σε μικροηλεκτρονική, καθώς και την παραγωγή λεπτών μεμβρανών και νανοσωματιδίων. Η παρουσία στερεών σωματιδίων που εμπίπτουν στο πλάσμα ως αποτέλεσμα της καταστροφής των ηλεκτροδίων και των τοιχωμάτων του θαλάμου εκκένωσης, όχι μόνο οδηγεί σε μόλυνση της επιφάνειας των τσιπ ημιαγωγών, αλλά επίσης διαταράχνει το πλάσμα, συχνά απρόβλεπτο τρόπο. Για να μειωθούν ή να αποφευχθούν αυτά τα αρνητικά φαινόμενα, είναι απαραίτητο να καταλάβουμε πώς οι διαδικασίες σχηματισμού και ανάπτυξης συμπυκνωμένων σωματιδίων στο πλάσμα εκκένωσης αερίου έρχονται και καθώς η σκόνη πλάσματος επηρεάζει τις ιδιότητες εκκένωσης.

Κρύσταλλο πλάσματος

Οι διαστάσεις των σωματιδίων σκόνης είναι σχετικά μεγάλες - από τις μετοχές του μικρού σε αρκετές δεκάδες, μερικές φορές εκατοντάδες μικρά. Η χρέωσή τους μπορεί να έχει ένα εξαιρετικά μεγάλο ποσό και να υπερβεί το ηλεκτρονικό φορτίο σε εκατοντάδες και ακόμη και εκατοντάδες χιλιάδες φορές. Ως αποτέλεσμα, η μέση ενέργεια Coulomb της αλληλεπίδρασης των σωματιδίων, ανάλογα με το τετράγωνο του φορτίου, μπορεί να υπερβεί το μέσο της μέσης θερμικής ενέργειας. Αποδεικνύεται το πλάσμα, το οποίο ονομάζεται sylnoneal, δεδομένου ότι η συμπεριφορά της δεν υπόκειται στους νόμους του ιδανικού αερίου. (Ανάκληση ότι το πλάσμα μπορεί να θεωρηθεί ως τέλειο αέριο εάν η ενέργεια της αλληλεπίδρασης των σωματιδίων είναι πολύ μικρότερη από τη θερμική τους ενέργεια).

Οι θεωρητικοί υπολογισμοί των ιδιοτήτων ισορροπίας της πλάσματος σκόνης δείχνουν ότι υπό ορισμένες συνθήκες, η ισχυρή ηλεκτροστατική αλληλεπίδραση "παίρνει την κορυφή" πάνω από τη χαμηλή θερμική ενέργεια και προκαλεί τα φορτισμένα σωματίδια να ευθυγραμμίζονται στο διάστημα με κάποιο τρόπο. Δημιουργείται μια βελτιωμένη δομή, η οποία έλαβε το όνομα του κρυστάλλου Coulomb ή του πλάσματος. Οι κρύσταλλοι πλάσματος είναι παρόμοιες με τις χωρικές δομές σε ένα υγρό ή στερεό. Οι μεταβάσεις φάσεων όπως η τήξη και η εξάτμιση μπορούν να εμφανιστούν εδώ.

Εάν τα σωματίδια πλάσματος σκόνης είναι αρκετά μεγάλα, ο κρύσταλλος πλάσματος μπορεί να παρατηρηθεί με γυμνό μάτι. Στα πρώτα πειράματα, ο σχηματισμός κρυσταλλικών δομών καταγράφηκε στο σύστημα φορτισμένων σωματιδίων σιδήρου και αλουμινίου μεγεθών μεγεθών που κρατούνται από μεταβλητές και στατικά ηλεκτρικά πεδία. Σε μεταγενέστερα έργα, πραγματοποιήθηκε η κρυστάλλωση Coulomb των σωματιδίων σε ένα ασθενώς ενθαρρυμένο πλάσμα από εκκένωση υψηλής συχνότητας σε χαμηλή πίεση. Η ενέργεια ηλεκτρονίων σε ένα τέτοιο πλάσμα είναι κάπως ηλεκτρονικό μέσο (EV) και η ενέργεια των ιόντων είναι κοντά στη θερμική ενέργεια των ατόμων που έχουν θερμοκρασία δωματίου (~ 0,03 EV). Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι τα ηλεκτρόνια είναι πιο κινητά και το ρεύμα τους απευθύνεται στο ουδέτερο σωματίδιο σκόνης υπερβαίνει σημαντικά τη ροή των ιόντων. Το σωματίδιο "συλλαμβάνει" ηλεκτρόνια και αρχίζει να φορτίζει αρνητικά. Αυτή η συσσώρευση αρνητικού φορτίου με τη σειρά του προκαλεί την απέλαση των ηλεκτρονίων και την έλξη ιόντων. Η χρέωση των αλλαγών των σωματιδίων μέχρι τα ρεύματα ηλεκτρονίων και ιόντων στην επιφάνεια του είναι ίσες. Σε πειράματα με εκκένωση υψηλής συχνότητας, η χρέωση σωματιδίων σκόνης ήταν αρνητική και μάλλον μεγάλη (περίπου 10 4 - 10 5 ηλεκτρονικές χρεώσεις). Το σύννεφο των φορτισμένων σωματιδίων σκόνης εξαρτάται κοντά στην επιφάνεια του κατώτερου ηλεκτροδίου, καθώς υπήρχε ισορροπία μεταξύ βαρυτικών και ηλεκτροστατικών δυνάμεων. Με τη διάμετρο του νέφους σε αρκετά εκατοστά στην κατακόρυφη κατεύθυνση, ο αριθμός των στρωμάτων σωματιδίων ήταν αρκετές δεκάδες και η απόσταση μεταξύ των σωματιδίων είναι αρκετές εκατοντάδες μικρόμετρα.

Παραγγείλουσες δομές σε θερμικό πλάσμα ...

Στο Ινστιτούτο Θερμικής Φυσικής των ακραίων κρατών της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών (ITP RAS) από το 1991 μελετά ένα πλάσμα σκόνης και δημιουργεί μια ποικιλία μεθόδων για τη διάγνωσή του. Η σκόνη του πλάσματος των διαφόρων τύπων μελετώνεται: το θερμικό πλάσμα, το πλάσμα εκφόρτωσης αερίου απορροής και απορρίψεων υψηλής συχνότητας, φωτοεκπάχης και πυρηνικού πλάσματος.

Το θερμικό πλάσμα που σχηματίζεται στη φλόγα του καυστήρα αερίου σε ατμοσφαιρική πίεση έχει θερμοκρασία από 1700 έως 2200 Κ, και η θερμοκρασία των ηλεκτρονίων, ιόντων και ουδέτερων σωματιδίων είναι ίση σε αυτήν. Στη ροή αυτού του πλάσματος, μελετήθηκε η συμπεριφορά των σωματιδίων διοξειδίου του δημητρίου (CEO 2). Η ιδιαιτερότητα αυτής της ουσίας είναι ότι τα ηλεκτρόνια είναι αρκετά εύκολο να πετάξουν από την επιφάνεια της - η λειτουργία μιας εξόδου ηλεκτρονίων είναι μόνο περίπου 2,75 EV. Επομένως, τα σωματίδια σκόνης φορτίζονται τόσο από ροές ηλεκτρονίων και ιόντων πλάσματος και λόγω ηλεκτροηλεκτρονικών ηλεκτρονίων εκπομπών εκπομπών με ένα θερμαινόμενο σωματίδιο, το οποίο δημιουργεί μια θετική χρέωση.

Οι χωρικές δομές των σωματιδίων αναλύθηκαν με ακτινοβολία λέιζερ που δίνει τη λειτουργία συσχέτισης g (r), η έννοια του οποίου έχει ως εξής. Εάν διορθώσετε τη θέση στο χώρο ενός από τα σωματίδια, η λειτουργία δείχνει την πιθανότητα να βρεθούν οποιοδήποτε άλλο σωματίδιο σε απόσταση r. από αυτό. Και αυτό μας επιτρέπει να συμπεράνουμε τη χωρική διάταξη των σωματιδίων - χαοτικών ή παραγγελιών, χαρακτηριστικών υγρών και κρυσταλλικών δομών.

Τυπικές λειτουργίες συσχέτισης g (r) Για τα σωματίδια CEO 2 στο Jet Aerosol σε θερμοκρασία δωματίου και το πλάσμα αντιπροσωπεύονται σε άρρωστα. 1. Σε υψηλή θερμοκρασία πλάσματος (2170 Κ) και χαμηλή συγκέντρωση μακρο-μάζας (Β), η λειτουργία συσχέτισης έχει σχεδόν την ίδια μορφή όπως για ένα πίδακα ενός συμβατικού αεροζόλ σε θερμοκρασία δωματίου (Α). Αυτό σημαίνει ότι τα σωματίδια πλάσματος αλληλεπιδρούν ασθενώς και ο σχηματισμός των παραγγελιών δεν συμβαίνει. Σε μικρότερη θερμοκρασία πλάσματος (1700 Κ) και υψηλότερη συγκέντρωση σωματιδίων, η λειτουργία συσχέτισης λαμβάνει τη μορφή χαρακτηριστικά ενός υγρού: υπάρχει ένα έντονο μέγιστο, το οποίο υποδηλώνει την παρουσία χαμηλής τάξης στη θέση των σωματιδίων (Β) . Σε αυτό το πείραμα, η θετική χρέωση των σωματιδίων ήταν περίπου 1000 χρεώσεις ηλεκτρονίων. Μια σχετικά αδύναμο τάξη της δομής μπορεί να εξηγηθεί από ένα μικρό χρόνο της ύπαρξης πλάσματος (περίπου 20 χιλιοστά ενός δευτερολέπτου), για το οποίο η διαδικασία σχηματισμού ενός κρυστάλλου πλάσματος δεν έχει χρόνο να ολοκληρωθεί.

... και απομάκρυνση

Στο θερμικό πλάσμα, η θερμοκρασία όλων των σωματιδίων είναι η ίδια και στο πλάσμα της αποχέτευσης του λαμπερού αερίου, η κατάσταση είναι διαφορετική - η ηλεκτρονική θερμοκρασία είναι πολύ περισσότερο ιόν. Αυτό δημιουργεί προϋποθέσεις για την εμφάνιση των παραγγελιών δομών πλάσματος σκόνης - κρυστάλλων πλάσματος.

Στη λαμπερή εκκένωση αερίου υπό ορισμένες συνθήκες υπάρχουν στάσιμες στάσιμες - σταθερές ζώνες ανώμαλης φωτεινότητας, τακτικά εναλλασσόμενα με τα σκοτεινά διαστήματα. Η συγκέντρωση των ηλεκτρονίων και το ηλεκτρικό πεδίο είναι έντονα ανομοιογενές κατά μήκος του μήκους των στρωμάτων. Επομένως, στην κεφαλή κάθε διατύπωσης σχηματίζεται μια ηλεκτροστατική παγίδα, η οποία, με κατακόρυφη θέση του σωλήνα εκκένωσης, μπορεί να συγκρατήσει λεπτά σωματίδια στην περιοχή της θετικής θέσης απόρριψης.

Η διαδικασία σχηματισμού της δομής έχει ως εξής: Τα σωματίδια μικρά που χύνεται από το δοχείο στην εκκένωση φορτώνεται στο πλάσμα και είναι ενσωματωμένα στη δομή που επιμένει πόσο καιρό με τις αμετάβλητες παραμέτρους της απαλλαγής. Η δέσμη λέιζερ υπογραμμίζει τα σωματίδια σε ένα οριζόντιο ή κατακόρυφο επίπεδο (άρρωστο 2). Ο σχηματισμός της χωρικής δομής καθορίζει τη βιντεοκάμερα. Τα ξεχωριστά σωματίδια μπορούν να δουν με γυμνό μάτι. Στο πείραμα, χρησιμοποιήθηκαν σωματίδια διαφόρων τύπων - κοίλες μικροσφαίρες από βοροπυριτικό γυαλί και σωματίδια μελαμιμώδευστα με διάμετρο από ένα έως εκατό μικρόμετρα.

Στο κέντρο της Στράτης, ένα σύννεφο σκόνης σχηματίζεται με διάμετρο έως και αρκετών δεκάδων χιλιοστών. Τα σωματίδια βρίσκονται σε οριζόντια στρώματα, σχηματίζοντας εξαγωνικές δομές (άρρωστοι 3α). Οι αποστάσεις μεταξύ των στρωμάτων είναι από 250 έως 400 μm, η απόσταση μεταξύ των σωματιδίων στο οριζόντιο επίπεδο είναι από 350 έως 600 μm. Λειτουργία κατανομής σωματιδίων g (r) Έχει αρκετά έντονη μέγιστη, η οποία επιβεβαιώνει την ύπαρξη μιας σειράς μεγάλης εμβέλειας στη θέση των σωματιδίων και σημαίνει τον σχηματισμό μιας κρυσταλλικής δομής, αν και οι κρύσταλλοι σκόνης πλάσματος είναι σαφώς ορατό και γυμνό μάτι.

Με την αλλαγή των παραμέτρων της εκκένωσης, είναι δυνατόν να επηρεαστεί η μορφή του σύννεφου σωματιδίων και να παρατηρήσει ακόμη και τη μετάβαση από την κρυσταλλική κατάσταση στο υγρό ("τήξη" του κρυστάλλου) και στη συνέχεια στο αέριο. Χρησιμοποιώντας μη σφαιρικά σωματίδια - κυλίνδρους νάιλον μήκους 200-300 μm, ήταν επίσης δυνατόν να ληφθεί μια δομή παρόμοια με έναν υγρό κρύσταλλο (άρρωστος 4).

Πλάσμα σκόνης στο διάστημα

Στο έδαφος, η αντοχή της βαρύτητας εμποδίζεται στη Γη για περαιτέρω μελέτη κρυστάλλων πλάσματος. Ως εκ τούτου, αποφασίστηκε να ξεκινήσει πειράματα στο διάστημα, σε συνθήκες μικροβροχίτεων.

Το πρώτο πείραμα που διεξήγαγε αστροναύτες Α. Ya. Solovyov και P. V. Vinogradov στο ρωσικό τροχιακό συγκρότημα "Mir" τον Ιανουάριο του 1998. Έπρεπε να μελετήσουν το σχηματισμό των παραγγελιών δομών σκόνης πλάσματος σε βαρύτητα κάτω από τη δράση του ηλιακού φωτός.

Σε γυάλινες αμπούλες γεμάτες με νέον, βρέθηκαν σφαιρικά σωματίδια χάλκινα με επικάλυψη καισίου σε πιέσεις 0,01 και 40 torr. Η αμπούλα εγκαταστάθηκε κοντά στην θύρα, κλονίστηκε και καταγράφηκε με μια κίνηση βιντεοκάμερας σωματιδίων που επισημαίνονται με λέιζερ. Οι παρατηρήσεις έδειξαν ότι τα σωματίδια κινούνται αρχικά χαοτικά και κατόπιν εμφανίστηκε κατεύθυνση κίνησης, η οποία συσχετίζεται με τη διάχυση πλάσματος στους τοίχους της αμπούλας.

Ένα άλλο ενδιαφέρον γεγονός βρέθηκε: Μετά από λίγα δευτερόλεπτα, αφού κούνημα της αμπούλης, τα σωματίδια άρχισαν να κολλάνε μαζί, σχηματίζοντας συσσωματώματα. Κάτω από τη δράση του ηλιακού φωτός, τα συσσωματώματα αποσυντεθούν. Η συσσωμάτωση μπορεί να συσχετιστεί με το γεγονός ότι οι αρχικές στιγμές φωτισμού σωματιδίων αποκτούν πολυδιάστατες χρεώσεις: θετική - λόγω της εκπομπής των φωτοελλεκτών, αρνητικών - που φορτίζονται από τις ροές των ηλεκτρόνων πλάσματος που εκπέμπονται από άλλα σωματίδια - και μεταγενέστερα φορτισμένα σωματίδια μαζί μεταξύ τους.

Ανάλυση της συμπεριφοράς των σωματιδίων, μπορείτε να υπολογίσετε το ποσό της φόρσής τους (περίπου 1000 χρεώσεις ηλεκτρονίων). Στις περισσότερες περιπτώσεις, τα σωματίδια σχημάτισαν μόνο μια υγρή δομή, αν και εμφανίστηκαν μερικές φορές κρύσταλλοι.

Στις αρχές του 1998 αποφασίστηκε να διεξαχθεί ένα κοινό ρωσικό-γερμανικό πείραμα "κρυστάλλινο πλάσμα" στο ρωσικό τμήμα του Διεθνούς Διαστημικού Σταθμού (PC MKC). Το σκεύασμα και η προετοιμασία του πειράματος διεξήχθη από επιστήμονες του Ινστιτούτου Θερμικής Φυσικής των ακραίων κρατών της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών με τη συμμετοχή του Ινστιτούτου Εξωτερικής Φυσικής του Max Planck (Γερμανία) και Energy Rocket και Space Corporation.

Το κύριο στοιχείο του εξοπλισμού είναι ένας θάλαμος πλάσματος κενού (άρρωστος 5), που αποτελείται από δύο τετραγωνικές πλάκες από χάλυβα και ένθετα γυαλιού ενός τετραγωνικού τμήματος. Σε κάθε μία από τις πλάκες, τα ηλεκτρόδια δίσκου είναι τοποθετημένα για να δημιουργήσουν μια απαλλαγή υψηλής συχνότητας. Τα ηλεκτρόδια είναι χτισμένα στην ένεση σωματιδίων σκόνης στο πλάσμα. Όλο το οπτικό σύστημα, συμπεριλαμβανομένων δύο ψηφιακών θαλάμων και δύο λέιζερ ημιαγωγών για να φωτίσει το σύννεφο σωματιδίων, τοποθετείται σε μια κινούμενη πλάκα, η οποία μπορεί να μετακινηθεί με τη σάρωση μιας δομής πλάσματος-σκόνης.

Δύο σύνολα εξοπλισμού αναπτύχθηκαν και κατασκευάζονται: Τεχνολογική (Εκπαίδευση) και πτήση. Τον Φεβρουάριο του 2001, μετά τη δοκιμή και την προπόνηση πριν από την πτήση στο Baikonur, το κιτ πτήσης παραδόθηκε στη μονάδα υπηρεσίας του ρωσικού τμήματος του ISS.

Το πρώτο πείραμα με σωματίδια από τη μελαμίνη φορμαλδεΰδη πραγματοποιήθηκε το 2001. Οι προσδοκίες των επιστημόνων ήταν δικαιολογημένες: Για πρώτη φορά το σχηματισμό τρισδιάστατων διαταγμένων διαταγμένων σωματιδίων μεγέθους μικρού μεγέθους με μια μεγάλη παράμετρο nonialeality - τρισδιάστατους κρυστάλλους πλάσματος με λωρίδες με γκαζόν και τα πλέγματα που έχουν επικεντρωθεί στον όγκο βρέθηκαν (Ille 7 ).

Η δυνατότητα λήψης και διερεύνησης σχηματισμών πλάσματος διαφόρων διαμορφώσεων και επεκτάσεων αυξάνεται, εάν χρησιμοποιείτε απαλλαγή επαγωγής υψηλής συχνότητας. Στην περιοχή μεταξύ του ομοιογενούς πλάσματος και του περιορισμού του τοίχου ή του περιβάλλοντος ουδέτερου αέριο, είναι δυνατόν να αναμείνεις την έκκληση (παγώνει) και των δύο μεμονωμένων φορτισμένων μακρύτερων και των συνόλων τους. Στους κυλινδρικούς γυάλους σωλήνες, όπου η απόρριψη είναι ενθουσιασμένη από ένα ηλεκτρόδιο δακτυλίου, ένας μεγάλος αριθμός σωματιδίων κρέμεται πάνω από το σχηματισμό πλάσματος. Ανάλογα με την πίεση και την ισχύ, προκύπτουν είτε σταθερές κρυσταλλικές δομές ή δομή με ταλαντευόμενα σωματίδια ή ροές σωματιδίων. Όταν χρησιμοποιείτε ένα επίπεδο ηλεκτρόδιο, τα σωματίδια κρέμονται πάνω από τη φιάλη νέον που γεμίζουν κάτω από το κάτω μέρος και σχηματίζουν μια παραγγέλλουσα δομή - ένα κρύσταλλο πλάσματος. Μέχρι στιγμής, τα πειράματα αυτά διεξάγονται σε εργαστήρια στη Γη και στις συνθήκες παραβολικής πτήσης, αλλά στο μέλλον σχεδιάζεται η εγκατάσταση αυτού του εξοπλισμού για την εγκατάσταση του ISS.

Οι μοναδικές ιδιότητες των κρυστάλλων πλάσματος (απλότητα της απόκτησης, παρατήρησης και ελέγχου παραμέτρων, καθώς και μικρές χρόνοι χαλάρωσης σε ισορροπία και απόκριση σε εξωτερικές διαταραχές) τα καθιστούν ένα εξαιρετικό αντικείμενο στη μελέτη τόσο των ιδιοτήτων τόσο των ιδιοτήτων του ισχυρού Plasma και των θεμελιωδών ιδιοτήτων από κρύσταλλα. Τα αποτελέσματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την προσομοίωση πραγματικών ατομικών ή μοριακών κρυστάλλων και τη μελέτη των φυσικών διαδικασιών με τη συμμετοχή τους.

Οι δομές των μακροσκοπικών στο πλάσμα είναι ένα καλό εργαλείο και για τα εφαρμοζόμενα προβλήματα που σχετίζονται με την μικροηλεκτρονική, ιδίως με την απομάκρυνση ανεπιθύμητων σωματιδίων σκόνης στην παραγωγή τσιπ, με το σχεδιασμό και τη σύνθεση ενός μικρού κρυστάλλου - νανοειδείς, με με με Απόθεση πλάσματος, με διαχωρισμό σωματιδίων σε μέγεθος, αναπτύσσοντας νέες εξαιρετικά αποδοτικές πηγές φωτός, τη δημιουργία ηλεκτρικών πυρηνικών μπαταριών και λέιζερ, το υγρό εργασίας στα οποία είναι μέρη της ραδιενεργού ουσίας.

Τέλος, είναι αρκετά ρεαλιστικό να δημιουργηθούν τεχνολογίες που θα επιτρέψουν την ελεγχόμενη απόθεση των σωματιδίων σταθμισμένο στο πλάσμα στο υπόστρωμα και έτσι να δημιουργήσει επικαλύψεις με ειδικές ιδιότητες, συμπεριλαμβανομένου του πορώδους και σύνθετου συστήματος, καθώς και σωματιδίων μορφής με επικάλυψη πολλαπλών στρωμάτων Υλικά με διάφορες ιδιότητες.

Ενδιαφέρουσες εργασίες προκύπτουν σε μικροβιολογία, ιατρική, οικολογία. Ο κατάλογος της πιθανής χρήσης του πλάσματος σκόνης συνεχώς επεκτείνεται.

Υπογραφές σε εικονογραφήσεις

Εγώ θα. 1. Η λειτουργία συσχέτισης g (r) δείχνει πόσο πιθανό να βρει ένα άλλο σωματίδιο σε απόσταση r από αυτό. Για τα σωματίδια CEO 2 στον αεριωθούμενο αέρα σε θερμοκρασία δωματίου 300 k (α) και στο πλάσμα σε θερμοκρασία 2170 k (b), η λειτουργία υποδεικνύει μια κατανομή χαοτικών σωματιδίων. Στο πλάσμα σε θερμοκρασία 1700 k (b), η λειτουργία έχει ένα μέγιστο, δηλαδή, μια δομή προκύπτει παρόμοια με το υγρό.

Εγώ θα. 2. Εγκατάσταση για τη μελέτη πλάσματος σκόνης στην εκκένωση της εκκένωσης DC είναι ένας κάθετα προσανατολισμένος σωλήνας γεμάτος με νέον σε χαμηλή πίεση στην οποία δημιουργείται μια λαμπερή εκκένωση. Υπό ορισμένες συνθήκες, υπάρχουν στάσιμες στάσιμες - σταθερές ζώνες ανώμαλης φωτεινότητας. Τα σωματίδια σκόνης περιέχονται σε ένα δοχείο με πλέγμα πάνω από την περιοχή εκκένωσης. Όταν κουνώντας το δοχείο σωματιδίων, τα σωματίδια πέφτουν και κρεμάστε στα Στράτα, σχηματίζοντας παραγγελίες δομών. Προκειμένου η σκόνη να είναι ορατή, επισημαίνεται με μια επίπεδη δέσμη λέιζερ. Το διάσπαρτο φως καταγράφεται από τη βιντεοκάμερα. Στην οθόνη παρακολούθησης, η εικόνα βίντεο των δομών σκόνης πλάσματος, που λαμβάνονται με σωματίδια σκόνης φωτισμού με δέσμη λέιζερ σε περιοχή πράσινου φάσματος.

Εγώ θα. 3. Στην λαμπερή εκφόρτιση, προκύπτει μια διαταραχή δομή σκόνης (α), η οποία αντιστοιχεί στη συνάρτηση συσχέτισης g (R) με αρκετά έντονη μέγιστη χαρακτηριστική του κρυστάλλου (Β).

Εγώ θα. 4. Τα επιμηκυμένα σωματίδια σκόνης (που έχουν μορφή κυλίνδρου) είναι χτισμένες παράλληλα με κάποιο κοινό άξονα. Αυτή η κατάσταση ονομάζεται κρύσταλλο υγρού πλάσματος με αναλογία με μοριακούς υγρούς κρυστάλλους, όπου υπάρχει επιλεγμένη κατεύθυνση στον προσανατολισμό των μακριών μορίων.

Εγώ θα. 5. Θάλαμος πλάσματος κενού για τη μελέτη του πλάσματος σκόνης στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό (ISS).

Εγώ θα. 6. Μια ειδική εγκατάσταση για τη μελέτη των κρυστάλλων πλάσματος σε εκκένωση υψηλής συχνότητας χαμηλής πίεσης σχεδιάστηκε στο Ινστιτούτο Θερμοφυσικής των ακραίων κρατών της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών. Η κρυσταλλική δομή είναι σαφώς ορατή όταν τα σωματίδια σκόνης φωτίζονται με δέσμες λέιζερ σε περιοχές πράσινου και κόκκινου φάσματος.

Εγώ θα. 7. Οι δομές σωματιδίων σκόνης στα τρία οριζόντια στρώματα της εκπαίδευσης πλάσματος-δίπλωμα ευρεσιτεχνίας: με ένα λουτρό όγκου-Centrino με ένα πλέγμα (στην κορυφή), ένα πλέγμα γιαγιά (στο κέντρο) και με εξαγωνική πυκνή συσκευασία (κάτω).

1

Sakharov ta (R.P.N N-Kryviy, Mkou Nizhnekislyayskaya Sosh. Πολυτάκοβα)

1. Artsimovich La "Στοιχειώδης φυσική πλάσματος".

2. http://www.nkj.ru/archive/articles/1318/ (Επιστήμη και ζωή, κρύσταλλοι στο πλάσμα σκόνης).

3. Robert L. Merlino. Πειραματικές έρευνες από Dusty Plasmas (Αγγλικά) (PDF). Τμήμα Φυσικής και Αστρονομίας, Πανεπιστήμιο Αϊόβα (17 Ιουνίου 2005). - Ιστορική ανασκόπηση της έρευνας Dusty Plasma. Έλεγχος στις 18 Ιουλίου 2009. Αρχείο από την αρχική 2 Απριλίου 2012.

4. Fortov V.E., A.G. Βγαλιστό, S.A. Βαρωμένο, V.I. Molotkov, O.F. Petrov. Plasma σκόνης (Rus) // UFN. - 2004. - Τ. 174. - Σ. 495-544.

5. Tsytovich V.N. Κρύσταλλοι σκόνης πλάσματος, σταγόνες και σύννεφα (Rus) // UFN. - 1997. - Τ. 167. - Σ. 57-99.

6. Σκόνη πλάσματος // εγκυκλοπαίδεια πλάσματος χαμηλής θερμοκρασίας. - Μ.: Janus-K, 2006. - Τ. 1.

7. FORTOV V.E. Κρύσταλλοι και υγρά πλάσματος και υγρά στη γη και στο διάστημα (Rus) // Δελτίο της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών. - 2005. - Τ. 75, Νο. 11. - Σ. 1012-1027.

8. Klammov B.A. Σχετικά με τα κριτήρια για την τήξη του πολύπλοκου πλάσματος (Rus) // UFN. - 2010. - Τ. 180. - Σ. 1095-1108.

9. Βίντεο από το YouTube "μελετώντας κρυστάλλους πεδίου στο διάστημα".

Το πλάσμα είναι η πιο κοινή κατάσταση της φύσης της ουσίας: εκτιμάται ότι σε αυτή την κατάσταση υπάρχει περίπου το 95% του συνηθισμένου θέματος στο σύμπαν. Τα αστέρια είναι τσαμπιά πλάσματος, ιονισμένο αέριο με θερμοκρασίες σε δεκάδες και εκατοντάδες εκατομμύρια πτυχίων. Οι ιδιότητες πλάσματος αποτελούν τη βάση των σύγχρονων τεχνολογιών, το πεδίο εφαρμογής του οποίου είναι εκτεταμένο.

Έκανα αυτό το ερευνητικό έργο, επειδή ενδιαφέρομαι για την τέταρτη κατάσταση της ουσίας - πλάσμα στον σύγχρονο κόσμο. Το φαινόμενο που ανακαλύφθηκε πρόσφατα σε πλάσμα χαμηλής θερμοκρασίας ήταν συναρπαστικό - ο σχηματισμός ενός "κρυστάλλου πλάσματος", δηλαδή μια διατομική διατομή από λεπτά σωματίδια - σκόνη πλάσματος.

σκοπός Η έρευνά μου: απόκτηση πλάσματος χαμηλής θερμοκρασίας με πείραμα, γνωριμία με κρυστάλλους πεδίου πλάσματος.

Ερευνητικά καθήκοντα:

1. Επεκτείνετε τη γνώση του "Plasma".

2. Πάρτε πλάσμα χαμηλής θερμοκρασίας στο σπίτι.

3. Μάθετε το πεδίο εφαρμογής του πλάσματος.

4. Να αναλύσει τις πληροφορίες που λαμβάνονται από διάφορες πηγές και πειραματικά δεδομένα.

Η συνάφεια αυτού του έργου είναι ότι η Plasma Phasma Physic είναι μια ενεργά αναπτυσσόμενη περιοχή της επιστήμης, η οποία σε αυτή την ημέρα πραγματοποιούνται εκπληκτικές ανακαλύψεις, παρατηρούνται ασυνήθιστα φαινόμενα, που απαιτούν κατανόηση και εξηγήσεις. Η ανακάλυψη σε αυτόν τον τομέα θα βελτιώσει την ποιότητα της ανθρώπινης ζωής: να οργανώσει την ανακύκλωση των αποβλήτων. Παραγωγή εναλλακτικής ενέργειας. παραγωγή μικροκυκλωμάτων · αύξηση της αντοχής των μετάλλων · εφεύρεση νέων κινητήρων πλάσματος. να νικήσει επιβλαβή μικρόβια. Βελτιώστε την ποιότητα των χρώματος εικόνων σε πάνελ πλάσματος. Εξηγήστε την εξέλιξη του σύμπαντος κλπ.

Εργασία με πηγές πληροφοριών

Ιστορικό ανοίγματος πλάσματος

Η τέταρτη κατάσταση της ύλης άνοιξε από τον W. Crox (Εικ. 1) το 1879 και ονομάζεται "πλάσμα" Ι. Langmur (Εικόνα 2) το 1928, λόγω των ενώσεων με την τέταρτη κατάσταση της ουσίας (πλάσμα) με πλάσμα αίματος .

Σύκο. 1. W. KROVONZ

Σύκο. 2. Ι. Lengmür

I. Langmür έγραψε: "Εξαιρουμένης του χώρου κοντά στα ηλεκτρόδια, όπου βρίσκεται μια μικρή ποσότητα ηλεκτρονίων, το ιονισμένο αέριο περιέχει ηλεκτρόνια και ιόντα σε σχεδόν τα ίδια ποσά, ως αποτέλεσμα της οποίας η συνολική χρέωση του συστήματος είναι πολύ μικρή. Χρησιμοποιούμε τον όρο "πλάσμα" για να περιγράψουμε αυτή την εξ ολοκλήρου μια ηλεκτρικά ουδέτερη περιοχή που αποτελείται από ιόντα και ηλεκτρόνια. " .

Η έννοια του πλάσματος

Πλάσμα - μερικώς ή εντελώς ιονισμένο αέριο που σχηματίζεται από ουδέτερα άτομα (ή μόρια) και φορτισμένα σωματίδια (ιόντα και ηλεκτρόνια). Το πιο σημαντικό χαρακτηριστικό του πλάσματος είναι η ουδετερότητα του οιονεί, πράγμα που σημαίνει ότι οι χύδην πυκνότητες των θετικών και αρνητικών φορτισμένων σωματιδίων, των οποίων σχηματίζονται, είναι σχεδόν οι ίδιες.

Το αέριο περνάει στην κατάσταση πλάσματος, εάν ορισμένα από τα συστατικά των ατόμων τους (μόρια) έχουν χάσει ένα ή περισσότερα ηλεκτρόνια για οποιονδήποτε λόγο, δηλ. μετατράπηκε σε θετικά ιόντα. Σε ορισμένες περιπτώσεις, τα αρνητικά ιόντα μπορεί να προκύψουν στο πλάσμα ως αποτέλεσμα της "κολλήσεως" των ηλεκτρονίων σε ουδέτερα άτομα.

Εάν τα ουδέτερα σωματίδια παραμένουν στο αέριο, το πλάσμα ονομάζεται πλήρως ιονισμένο. Το Plasma Obeys Laws φυσικού αερίου και από πολλές απόψεις συμπεριφέρεται σαν φυσικό αέριο. Ταυτόχρονα, η συμπεριφορά του πλάσματος σε ορισμένες περιπτώσεις, ειδικά όταν εκτίθεται σε ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία, αποδείχθηκε τόσο ασυνήθιστο ότι συχνά μιλάει για τη νέα τέταρτη κατάσταση της ουσίας (Εικ. 3).

Σύκο. 3. Τέταρτη κατάσταση της ύλης

Τι είναι ένα πλάσμα σκόνης;

Η σκόνη του πλάσματος είναι ένα ιονισμένο αέριο που περιέχει σκόνη - σωματίδια ενός στερεού. Αυτό το πλάσμα βρίσκεται συχνά στο διάστημα: σε πλανητικούς δακτυλίους, ουρές κομητών, διαπλανητικών και διαστρεφικών σύννεφων (Εικ. 4). Έχει βρεθεί κοντά στους τεχνητούς δορυφόρους της Γης και στην περιοχή Trim των θερμοπυρηνικών φυτών με μαγνητική κατακράτηση, καθώς και στους αντιδραστήρες πλάσματος, τόξα, απορρίψεις.

Σύκο. 4. Comet ουρά πλάσματος

Στις εργαστηριακές συνθήκες, ο Αμερικανός Irving Langmür Irving Langmür έλαβε ένα πλάσμα σκόνης για πρώτη φορά στις δεκαετία του '20 του περασμένου αιώνα. Ωστόσο, το μελετούσε ενεργά μόνο την τελευταία δεκαετία. Αυξημένο ενδιαφέρον για τις ιδιότητες του πλάσματος σκόνης προέκυψε με την ανάπτυξη τεχνολογιών ψεκασμού πλάσματος (Σχήμα 5) και χάραξη σε μικροηλεκτρονική (Σχήμα 6), καθώς και η παραγωγή λεπτών μεμβρανών (Σχήμα 7) και νανοσωματίδια (Εικ. 8).

Σύκο. 5. Ψεκασμός πλάσματος

Εικ.6. Χαρακτική πλατίνα σε υδρογόνο

Σύκο. 7. Λεπτή ταινία ημιαγωγών

Εικ.8. Νανοσωματίδια

Κρύσταλλο πλάσματος

Οι διαστάσεις των σωματιδίων σκόνης είναι σχετικά μεγάλες - από τις μετοχές του μικρού σε αρκετές δεκάδες, μερικές φορές εκατοντάδες μικρά (Εικ. 9). Η χρέωσή τους μπορεί να έχει ένα εξαιρετικά μεγάλο ποσό και να υπερβεί το ηλεκτρονικό φορτίο σε εκατοντάδες και ακόμη και εκατοντάδες χιλιάδες φορές. Ως αποτέλεσμα, η μέση ενέργεια Coulomb της αλληλεπίδρασης των σωματιδίων, ανάλογη με το τετράγωνο του φορτίου, μπορεί να είναι πολύ υπέροχο στη μεσαία θερμική ενέργεια (Εικ. 10). Αποδεικνύεται ότι το πλάσμα, ο οποίος ονομάζεται πολύ ατελής, δεδομένου ότι η συμπεριφορά της δεν υπόκειται στους νόμους του ιδανικού αερίου. (Ανάκληση ότι το πλάσμα μπορεί να θεωρηθεί ως τέλειο αέριο εάν η ενέργεια της αλληλεπίδρασης των σωματιδίων είναι πολύ μικρότερη από τη θερμική τους ενέργεια).

Σύκο. 9. Κρύσταλλο πλάσματος

Σύκο. 10. Coulomb Probre

Οι θεωρητικοί υπολογισμοί των ιδιοτήτων ισορροπίας της πλάσματος σκόνης δείχνουν ότι υπό ορισμένες συνθήκες, η ισχυρή ηλεκτροστατική αλληλεπίδραση "παίρνει την κορυφή" πάνω από τη χαμηλή θερμική ενέργεια και προκαλεί τα φορτισμένα σωματίδια να ευθυγραμμίζονται στο διάστημα με κάποιο τρόπο. Δημιουργείται μια βελτιωμένη δομή, η οποία έλαβε το όνομα του κρυστάλλου Coulomb ή του πλάσματος. Οι κρύσταλλοι πλάσματος είναι παρόμοιες με τις χωρικές δομές σε ένα υγρό ή στερεό (Εικ. 11). Οι μεταβάσεις φάσεων όπως η τήξη και η εξάτμιση μπορούν να εμφανιστούν εδώ.

Σύκο. 11. Crystal Plasma

Εάν τα σωματίδια πλάσματος σκόνης είναι αρκετά μεγάλα, ο κρύσταλλος πλάσματος μπορεί να παρατηρηθεί με γυμνό μάτι.

Να πάρει πλάσμα χαμηλής θερμοκρασίας στο σπίτι

Μετά από μερικές μελέτες, ιδιότητες και χαρακτηριστικά του πλάσματος, ήμουν σε θέση να αποκτήσω εμπειρία στο σπίτι πλάσμα χαμηλής θερμοκρασίας (το βίντεο "plasma parting"). Για να γίνει αυτό, χρειάζομαι τον ακόλουθο εξοπλισμό: φούρνος μικροκυμάτων, ανθεκτικά στα νερά, γυάλινο βάζο.

Σύκο. 12. Προπαρασκευαστικό στάδιο

Εμπειρία:

1. Από την αρχή, έβγαλα ένα γυάλινο πιάτο από το φούρνο μικροκυμάτων, στο οποίο τα προϊόντα περιστρέφονται όταν θερμαίνονται. Προετοίμασε έναν αγώνα (Εικ. 12).

2. Στη συνέχεια, στο Κέντρο μικροκυμάτων, έβαλα έναν αγώνα και την ανάβω.

3. Μετά από αυτό, κάλυψα τον αγώνα με ένα γυάλινο βάζο, έπειτα έκλεισε το φούρνο μικροκυμάτων, το ενεργοποίησε ρυθμίζοντας τη λειτουργία θέρμανσης του προϊόντος (Εικ. 13).

4. Μετά από ένα ορισμένο χρονικό διάστημα, μπορεί να θεωρηθεί ως ένα πλάσμα σχηματίζεται σε γυάλινο βάζο με έναν αγώνα καύσης (Εικ. 14).

Σύκο. 13. Ταίριασμα κάτω από ένα γυάλινο βάζο σε φούρνο μικροκυμάτων

Σύκο. 14. πλάσμα χαμηλής θερμοκρασίας

Χάρη σε αυτή την απλή εμπειρία, μπορεί να δει κανείς πώς το αέριο είναι ιονισμένο υπό τη δράση της θερμοκρασίας και επομένως λαμβάνοντας μερικώς ιονισμένο πλάσμα. Εάν κατάφερα τόσο απλά ένα πλάσμα χαμηλής θερμοκρασίας, τότε μπορεί να ληφθεί στις επιχειρήσεις, ενώ το κόστος της απόκτησης είναι ελάχιστο.

Συμπεράσματα

Κατάφερα να πάρω ένα πλάσμα χαμηλής θερμοκρασίας στο σπίτι. Έκανα τις γνώσεις μου για αυτό το ζήτημα, έμαθα πολλά νέα και ενδιαφέροντα. Ήμουν πολύ ενδιαφέρεται για αυτό το θέμα και είμαι βέβαιος ότι όταν θα επιλέξω ένα επάγγελμα, αυτή η ερευνητική εργασία θα αφήσει το σημάδι σας.

Το "χαοτικό" πλάσμα είναι η 5η κατάσταση της ουσίας. Το κρυσταλλικό πλάσμα είναι η κατάσταση του "οργανωμένου" πλάσματος, όπου δεν είναι απαραίτητο να συγκρατηθεί το μαγνητικό πεδίο. Οι ιδιότητες πλάσματος αποτελούν τη βάση των σύγχρονων τεχνολογιών, το πεδίο εφαρμογής του οποίου είναι εκτεταμένο.

Πιστεύω ότι το πλάσμα είναι ένα σύμβολο του μέλλοντος, η σημαντικότερη βιομηχανία, χωρίς την οποία η περαιτέρω ανάπτυξη του πολιτισμού είναι αδιανόητη. Plasma, κατά τη γνώμη μου, μια εναλλακτική πηγή ενέργειας και γιατρού οικολογίας.

Βιβλιογραφική αναφορά

ΣΚΟΒΛΙΚΟΒ Α.Α. Να πάρει πλάσμα χαμηλής θερμοκρασίας, γνωριμία με κρυστάλλους πεδίου πλάσματος // ξεκινήστε στην επιστήμη. - 2016. - № 2. - Σ. 133-136;
URL: http://science-start.ru/ru/article/view?id\u003d51 (ημερομηνία χειρισμού: 03/28/2019).

Το θρυλικό πείραμα, το οποίο ξεκίνησε στον σοβιετικό τροχιακό σταθμό "Ειρήνη", συνεχίστηκε στο ISS με νέο εξοπλισμό. Μία μοναδική συσκευή που έχει ληφθεί πρόσφατα στο διαστημικό σταθμό είναι μια συσκευή πρόσθετου ρυθμιστή ροής αερίου. Θα δώσει την ευκαιρία να λάβουν ακριβέστερα αποτελέσματα κατά τη διάρκεια του πειράματος στη μελέτη του πλάσματος και θα αυξήσει την καθαρότητα του. Τα δεδομένα σχετικά με το τι είναι ένα σκονισμένο πλάσμα θα λάβει προηγουμένως άγνωστες πληροφορίες σχετικά με το σύμπαν, δημιουργούν συμπαγείς ενεργειακές μπαταρίες και λέιζερ, αναπτύσσουν νέα τεχνολογία ανάπτυξης διαμαντιών και χρησιμεύουν ως βάση για την ανάπτυξη της ιατρικής πλάσματος.

Οποιαδήποτε ουσία μπορεί να είναι σε τέσσερις φάσεις - στερεό, υγρό, αέριο και πλάσμα. Το πλάσμα είναι περισσότερο από το 99% της ορατής μάζας του σύμπαντος, ξεκινώντας με αστέρια και τελειώνει με διαστρικό αέριο. Το πλάσμα που περιέχει σωματίδια σκόνης είναι πολύ κοινή στο διάστημα - αυτά είναι πλανητικά δαχτυλίδια, ουρές κομητών, διαστημικά σύννεφα.

Η μελέτη του πλάσματος με μικροσωματίδια με μέγεθος αρκετών μικροσκοπίων (σωματίδια σκόνης) και παρακολούθηση της συμπεριφοράς της σε συνθήκες μικροβιότητας, στις οποίες εμφανίζεται σχεδόν πλήρης αντιστάθμιση του βάρους των μικροσωματιδίων, υπάρχουν ήδη περισσότερες από δύο δεκαετίες. Τον Ιανουάριο του 1998, οι Cosmonauts του Anatoly Soloviev και Pavel Vinogradov πραγματοποιήθηκαν κατά την εγκατάσταση του "Crystal Plasma-1" (PC-1), του πρώτου πειράματος για τη μελέτη της φυσικής των δομών σκόνης πλάσματος, συμπεριλαμβανομένων των κρυστάλλων και των υγρών πλάσματος . Τον Αύγουστο του ίδιου έτους, η έρευνα σχετικά με τον εξοπλισμό PC-2, που αποτελείται από ένα σωλήνα εκκένωσης αερίου και μια συσκευή για την εγγραφή βίντεο, άρχισαν να διεξάγουν έρευνα σε εξοπλισμό PC-2. Τον Μάρτιο του 2001, ο Σεργκέι Κρικαλέφ και ο Γιούρι Γκίζιεζκό πραγματοποίησε την πρώτη συνεδρίαση του πειράματος στο ISS στην εγκατάσταση του PC-3, που δημιούργησε από κοινού από τους Ρώσους και Γερμανούς ειδικούς. Τα πρώτα πειράματα στη νέα εγκατάσταση "Plasma Crystal-4", που δημιουργήθηκαν από κοινού από τους επιστήμονες από το Κοινό Ινστιτούτο Υψηλής Θερμοκρασίας (RAS και Γερμανική Υπηρεσία Διαστήματος (DLR), ξεκίνησε τον Ιούνιο του 2015. Στη διαδικασία έρευνας, αποκαλύφθηκε η ανάγκη βελτίωσης αυτής της εγκατάστασης. Τον Ιούλιο του τρέχοντος έτους παραδόθηκε πρόσθετος εξοπλισμός στο ISS για τη βελτίωση της ποιότητας του πειράματος "Crystal Plasma-4".

Ο σκοπός των επιστημόνων είναι να αποκτηθεί και να μελετήσει τους κρυστάλλους σκόνης πλάσματος και άλλες παραγγελθείσες δομές στο πλάσμα. Συγκεκριμένα, μας επιτρέπει να μελετήσουμε τους νόμους των διαδικασιών που συμβαίνουν σε πρωτόζωες, πρωταρχικούς δακτυλίους και άλλα ουράνια σώματα. Κατά τη διάρκεια των πειραμάτων, τα μικροσκοπικά σωματίδια ενός ορισμένου μεγέθους (διάμετρο αρκετών μικρομέτρων) εισάγονται σε πλάσμα νέον ή αργόν στον σωλήνα εκκένωσης αερίου. Όταν τα μικροσωματίδια εμπίπτουν στο πλάσμα, συλλέγουν ηλεκτρόνια και θετικά ιόντα, με αποτέλεσμα αρνητικό φορτίο λόγω της υψηλότερης κινητικότητας ηλεκτρονίων. Τα μικροσωματίδια απωθούνται μεταξύ τους και σχηματίζουν διάφορες τρισδιάστατες δομές. Αυτή η έρευνα δεν μπορεί να διεξαχθεί στη γη, καθώς τα σωματίδια σκόνης υπόκεινται σε βαρύτητα και μπορούν να σχηματίσουν είτε δισδιάστατες δομές είτε έντονα παραμορφωμένα (συμπιεσμένα) τρισδιάστατα.

Παρά το γεγονός ότι για την εικοστή ιστορία της μελέτης της σκόνης δόθηκε πολλά νέα ενδιαφέροντα δεδομένα, εξακολουθούσε να μην δημιουργήσει ένα πλήρες μαθηματικό μοντέλο της συμπεριφοράς των αυτο-οργανωτικών σωματιδίων. Ο νέος εξοπλισμός που αναπτύχθηκε από τους επιστήμονες από το ΑΙΙ RAS και DLR θα επιτρέψει σε καθαρά πειράματα μειώνοντας τη ροή αερίου, η οποία σχηματίζει ένα πλάσμα σε δεκάδες φορές. Τώρα μπορείτε να επεκτείνετε το εύρος πίεσης αερίου και να λάβετε νέες γνώσεις σχετικά με τις διαδικασίες στο πλάσμα σκόνης.

Όταν τα μικροσωματίδια βρίσκονται στο πλάσμα, έχουν μια σειρά δυνάμεων. Ένα από τα κύρια ηλεκτρικά, επηρεάζοντας ένα σωματίδιο στο πεδίο εκκένωσης. Η δεύτερη είναι η δύναμη των χόμπι ιόντων. Το τρίτο είναι η τριβή για το αέριο: αν το σώμα εισέλθει στην ατμόσφαιρα, τότε χάνει την ταχύτητα ακριβώς εξαιτίας αυτού ", δήλωσε ο ανώτερος ερευνητής, ανώτερος ερευνητής, ο Ovt Ran, Andrei Lipaev, Andrei Lipaev. - Κατά συνέπεια, όταν οργανώνουμε έναν τρόπο πρωτοκόλλου, εμφανίζεται ένα είδος ανέμου, το οποίο φέρει σωματίδια. Η συσκευή που χρησιμοποιήθηκε αρχικά για την επικάλυψη της ροής κατά τη διάρκεια της λειτουργίας στις πολύπλοκες συνθήκες του κοσμικού πειράματος άρχισε να δίνει μια σημαντική διαρροή αερίου και τα σωματίδια απλά πραγματοποίησαν τη ροή.

Για την επίλυση αυτού του προβλήματος, οι ειδικοί του SBR RAS και DLR ανέπτυξαν μια πρόσθετη συσκευή που σας επιτρέπει να ελέγχετε πλήρως τη ροή αερίου χρησιμοποιώντας έναν εξωτερικό ρυθμιστή πίεσης και δύο επιπλέον βαλβίδες. Επομένως, είναι δυνατόν να επιτευχθεί μια σταθερή θέση σωματιδίων. Ως αποτέλεσμα, οι επιστήμονες έχουν την ευκαιρία να ελέγξουν πλήρως τις πειραματικές συνθήκες.

Μπορούμε να πούμε ότι μέχρι στιγμής δεν μπορούσαμε απλά να πάρουμε τον απαραίτητο έλεγχο της ροής του φυσικού αερίου και, ως εκ τούτου, τα αποτελέσματα υψηλής ποιότητας. Προηγουμένως, η εργασία με σωματίδια μικρότερη από 3 μικρά ήταν απλά αδύνατη. Εν τω μεταξύ, τα σωματίδια περίπου 1 μικρά είναι ενδιαφέροντα από την άποψη της μελέτης τέτοιων διεργασιών, όπως ο σχηματισμός δομών, ανέφερε ο Andrei Lipaev.

Ο νέος εξοπλισμός έχει ήδη εγκατασταθεί στο ISS, από την πλευρά της φωτογραφίας μεταδίδεται στο Κέντρο Διαχείρισης Πτήσης. Οι υπάλληλοι του ASTF RAS λαμβάνουν τηλεμετρία και βίντεο του πειράματος, λειτουργούν επίσης τα ηχητικά κανάλια επικοινωνίας με το Διοικητικό Συμβούλιο - μπορείτε να ακούσετε πώς κρατούνται οι διαπραγματεύσεις. Ένα νέο πολυτελές πείραμα που χρησιμοποιεί πρόσθετο εξοπλισμό για τη μελέτη σωματιδίων σκόνης στο πλάσμα έχει πρόσφατα ολοκληρωθεί και δικαιολογημένες προσδοκίες. Τώρα οι επιστήμονες θα διεξάγουν λεπτομερή ανάλυση των αποτελεσμάτων της.

Σύμφωνα με την Izvestia, ο διευθυντής του Oleg Ras, Oleg Petrov, που αποκτήθηκε κατά τη διάρκεια του πειράματος, τα δεδομένα θα συμβάλουν στην κατανόηση της ουσίας των διαδικασιών της αυτο-οργάνωσης.

Το σύστημα υπό μελέτη είναι ένα ανοικτό διασκεδαστικό σύστημα: υπάρχει μια σταθερή εισροή ενέργειας και η μόνιμη εκροή του. Τέτοια συστήματα είναι χαρακτηριστικά όλων των ζωντανών οργανισμών. Τι συμβαίνει με αυτό το σύστημα, τι είδους αυτο-οργανωτικά φαινόμενα σε αυτό; Όλα αυτά μπορούν και πρέπει να διερευνηθούν ", δήλωσε ο Oleg Petrov.

Τα δεδομένα σχετικά με το τι είναι ένα σκονισμένο πλάσμα μπορεί να φέρει μεγαλύτερα πρακτικά οφέλη: θα επιτρέψουν, ειδικότερα, να δημιουργήσουν νέες συμπαγείς μπαταρίες ενέργειας και λέιζερ και να αναπτύξουν τεχνολογία αυξανόμενης διαμαντιών σε συνθήκες μικροβιότητας. Επίσης, τα δεδομένα από το ISS είναι σημαντικά για την ανάπτυξη του φαρμάκου πλάσματος, η ουσία του οποίου το πλάσμα χαμηλής θερμοκρασίας μπορεί να κινήσει, να διεγείρει και να παρακολουθεί πολύπλοκες βιοχημικές διεργασίες στα ζωντανά συστήματα.

Το πείραμα PK-4 διεξάγεται με την υποστήριξη του Roskosmos και της Ευρωπαϊκής Υπηρεσίας Διαστήματος.

Τον Νοέμβριο, ανακοινώθηκε η παύση στο πείραμα του ISS "Crystal Plasma". Ειδικός εξοπλισμός για το πείραμα τοποθετήθηκε στο φορτηγό πλοίο "Albert Einstein" και καίγεται μαζί του πάνω στον Ειρηνικό Ωκεανό. Έτσι η μακρά ιστορία τελείωσε, ίσως το πιο διάσημο πείραμα διαστήματος. Θέλω να το πω γι 'αυτόν και λίγο για την επιστήμη στο ISS ως σύνολο.

Και πού είναι οι ανακαλύψεις;

Πρώτα απ 'όλα, πρέπει να κάνετε μια κάπως καταπολέμηση της καταπολέμησης. Η σύγχρονη επιστήμη δεν είναι ένα παιχνίδι υπολογιστή όπου, κατ 'αρχήν, δεν υπάρχει άχρηστη έρευνα και κάθε ανακάλυψη δίνει ένα αξιοσημείωτο μπόνους. Και, δυστυχώς, οι χρόνοι πέρασαν όταν η ενιαία ιδιοφυία ενός τύπου θα μπορούσε κανείς να βρει πολλές συσκευές ριζικά να αλλάζουν τις ζωές. Τώρα η επιστήμη είναι μια μεθοδική κίνηση τυφλά σε όλες τις διαθέσιμες διαδρομές, το οποίο διεξάγεται από μεγάλους οργανισμούς, διαρκεί για χρόνια και μπορεί να οδηγήσει σε μηδενικά αποτελέσματα. Επομένως, οι πληροφορίες σχετικά με την έρευνα σχετικά με το ISS, η οποία δημοσιεύεται τακτικά, χωρίς να προσαρμόζεται σε επιστημονική και λαϊκή θέα, να είναι ειλικρινείς, πολύ βαρετές. Ταυτόχρονα, μερικά από αυτά τα πειράματα είναι πραγματικά ενδιαφέροντα και, αν δεν υπόσχονται άμεσα υπέροχα αποτελέσματα, δίνουν ελπίδα για τη βελτίωση της κατανόησης του τρόπου με τον οποίο ο κόσμος είναι κανονισμένος και όπου κινούνται για νέες θεμελιώδεις και εφαρμοσμένες ανακαλύψεις.

Την ιδέα του πειράματος

Είναι γνωστό ότι η ουσία μπορεί να βρίσκεται σε τέσσερις φάσεις - στερεό, υγρό, αέριο και πλάσμα. Το πλάσμα είναι 99,9% της μάζας του σύμπαντος, που κυμαίνεται από αστέρια και τελειώνει με διαστρικό αέριο. Στη γη του πλάσματος είναι αστραπή, βόρεια φώτα και, για παράδειγμα, λαμπτήρες εκκένωσης αερίου. Το πλάσμα που περιέχει σωματίδια σκόνης είναι επίσης πολύ συχνή - αυτά είναι πλανητικά δαχτυλίδια, κωμικές ουρές, διαστρεφαλά σύννεφα. Και η ιδέα του πειράματος συνίστατο στην τεχνική δημιουργία πλάσματος με μικροσωματίδια σκόνης και παρατήρηση της συμπεριφοράς της στις συνθήκες της γήινης βαρύτητας και της μικροβιότητας.

Στην πρώτη έκδοση του πειράματος (στην εικόνα), η αμπούλα με πλάσμα σκόνης επισημάνθηκε από τις ακτίνες του ήλιου, η σκόνη στο πλάσμα έδειξε το λέιζερ και η επισημασμένη περιοχή γυρίστηκε στην κάμερα. Στο μέλλον εφαρμόστηκαν πιο πολύπλοκες πειραματικές εγκαταστάσεις. Το "Black Barrel" καίγεται μαζί με τον Albert Einstein ήταν μια εγκατάσταση της τρίτης γενιάς.

Αποτελέσματα

Τα πειράματα σε μικρογραφίες δικαιολόγησαν τις ελπίδες των επιστημόνων - η σκόνη του πλάσματος στη δομή του έγινε κρυσταλλική ή εμφάνισε τις ιδιότητες των υγρών. Σε αντίθεση με το ιδανικό αέριο, στο οποίο τα μόρια κινούνται χαοτικά (βλέπε θερμότητα θερμότητας), το σκονισμένο πλάσμα, το αέριο, δείχνει τις ιδιότητες των στερεών και υγρών σωμάτων - οι διαδικασίες τήξης και εξάτμισης είναι δυνατές.
Ταυτόχρονα, υπήρχαν απροσδόκητες ανακαλύψεις. Για παράδειγμα, η κοιλότητα θα μπορούσε να συμβεί στον κρύσταλλο. Γιατί - είναι ακόμα άγνωστο.


Αλλά η πιο απροσδόκητη ανακάλυψη ήταν ότι η σκόνη του πλάσματος σχηματίστηκε υπό ορισμένες συνθήκες σπειροειδών δομών, παρόμοια με το DNA! Ίσως ακόμη και η προέλευση της ζωής στη γη να οφείλεται κατά κάποιο τρόπο σε πλάσμα σκόνης.

Προοπτικές

Τα αποτελέσματα των πολυετών μελετών σχετικά με το πείραμα "Crystal Plasma" δείχνουν μια θεμελιώδη ευκαιρία:

• Σχηματίζοντας στο πλάσμα σκόνης των νανοϋλικών με μοναδικές ιδιότητες.


• Η εναπόθεση υλικών από το πλάσμα σκόνης στο υπόστρωμα και λαμβάνει νέους τύπους επικαλύψεων - πολυστρωματικό, πορώδες, σύνθετο σύνθετο.


• Καθαρισμός αέρα από τις εκπομπές βιομηχανικής και ακτινοβολίας και τσιπ χάραξης πλάσματος.


• Αποστείρωση πλάσματος μη ζωντανών αντικειμένων και ανοιχτές πληγές σε ζωντανά όντα.


Δυστυχώς, όλη αυτή η ομορφιά θα είναι διαθέσιμη όχι νωρίτερα από δέκα χρόνια. Επειδή σύμφωνα με τα αποτελέσματα της εργασίας, πρέπει να οικοδομήσουμε πειραματικές εφαρμοσμένες εγκαταστάσεις, πρωτότυπα, δοκιμές ή κλινικές μελέτες, οργανώστε μαζική παραγωγή.

Περιγράφει τη διεξαγωγή της περιόδου 2001-2014. Με τη συμμετοχή των ρωσικών και γερμανικών επιστημόνων και των αστροναυτών, τη μελέτη των κρυστάλλων πλάσματος στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό. Κατά τη διάρκεια των πειραμάτων, διαπιστώθηκαν ορισμένες νέες επιδράσεις και φαινόμενα που δεν παρατηρήθηκαν στις συνθήκες της γήινης βαρύτητας και επέκτειναν τις ιδέες μας για τη δομή και τη δυναμική της ύλης.
Για τους ειδικούς στη φυσική του πλάσματος της σκόνης, καθώς και όλους εκείνους που ενδιαφέρονται για τα θέματα που παράγουν ένα σύγχρονο διάστημα πειράματος, οργάνωσης και πρακτικής της διαστημικής έρευνας.

ΑΦΕΤΗΡΙΑ.
Επιστημονική έρευνα στο διάστημα - η επιχείρηση είναι ένα πολλαπλές στάδια. Από το σχέδιο για την ολοκλήρωση της ενσάρκωσης, το έργο μπορεί να διαρκέσει περισσότερο από είκοσι χρόνια. Αυτό σημαίνει ότι οι ερευνητές πρέπει να είναι επαρκώς νέοι ή ότι μπορεί να χρειαστεί να μεταφέρουν τις γνώσεις και τις δεξιότητές τους και να παρουσιάσουν τα καθήκοντά τους για το πείραμα στους νεότερους συναδέλφους.

Οι μελέτες διαστήματος είναι διαφορετικές - ενδέχεται να υπάρχουν μελέτες από το διάστημα (για παράδειγμα, την τηλεπισκόπηση της γης ή της αστρονομίας), η μελέτη του ίδιου του Κόσμου (για παράδειγμα, η μελέτη του χώρου κοντά στη γη, ο καιρός χώρου, η μελέτη του διαπλανητικού Περιβάλλον, καθώς και μεμονωμένους πλανήτες, φεγγάρι, αστεροειδείς και κομήτες) Μελέτες που χρησιμοποιούν συγκεκριμένα χαρακτηριστικά του χώρου (αλεξίσκοι, έλλειψη βαρκίας, με μεγαλύτερη ακρίβεια, μικροκαρδιαότητα και τεράστιες αποστάσεις). Ορισμένες μελέτες είναι πιο βολικές για την παραγωγή σε μη επανδρωμένο διαστημόπλοιο χρησιμοποιώντας πολυβόλα και ρομποτικά και άλλα απαιτούν πειράματα που παράγονται από ανθρώπους, όπως αυτά που παράγονται σε γήινα επιστημονικά εργαστήρια.

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟ
Από συγγραφείς
1. σημείο αναφοράς
2. "κρύσταλλο πλάσματος"
3. Απαιτείται πείραμα διαστήματος.
4. Κρυστάλλωση της ρωσικής-γερμανικής συνεργασίας
5. Γερμανία: Πείραμα στην παραβολική πτήση
6. Γερμανία: Πείραμα πυραύλων
7. Ρωσία: πρώτο πείραμα "κρύσταλλο πλάσματος στο διάστημα
8. Πώς γεννήθηκε ο Διεθνής Διαστημικός Σταθμός
9. Ρωσικό-γερμανικό σχέδιο
10. Αποχαιρετισμός στον "κόσμο"
11. Δημιουργία πειραματικής εγκατάστασης
12. Splash "Baikonur"
13. Πείραμα "PC-3"
14. Κέντρο προετοιμασίας Cosmonaut
15. KOROLEV - SPACE CITY
16. Πείραμα "PC-3 +"
17. "Κρύσταλλο πλάσματος" στον αστερισμό των αστροναυτών
18. Οι συναντήσεις μας στη Γη
19. Αποτελέσματα έρευνας
20. Το μέλλον είναι ήδη κοντά
21. Τελική λέξη
Βιβλιογραφία.

Δωρεάν λήψη e-book σε μια βολική μορφή, δείτε και διαβάστε:
Κατεβάστε το βιβλίο Plasma Crystal, τα πειράματα διαστήματος, Fordov V.E., Baturin Yu.M., Morphive G.O., Petrov O.F., 2015 - FileSkachat.com, γρήγορη και δωρεάν download.

• Βαρύτητα, από κρυστάλλινες σφαίρες σε Moles ούτε, Petrov A.N., 2013
• Υποστήριξη διαλέξεων με ρυθμό τεχνολογιών λέιζερ, Εισαγωγή στις τεχνολογίες λέιζερ, Veiko V.P., Petrov A.A., 2009