"प्लाज्मा क्रिस्टल" और ब्रह्मांड के रहस्य। आईएसएस पर प्रयोग "प्लाज्मा क्रिस्टल" नए उपकरणों के साथ आयोजित किया गया था

शिक्षाविद वी। FORTOV, रूसी विज्ञान अकादमी के चरम राज्यों के थर्मोफिजिक्स संस्थान के निदेशक।

अप्रैल 2005 में, शिक्षाविद व्लादिमीर एवगेनिविच फोर्टोव को एक प्रतिष्ठित अंतरराष्ट्रीय पुरस्कार मिला - अल्बर्ट आइंस्टीन गोल्ड मेडल, भौतिक विज्ञान और अंतर्राष्ट्रीय वैज्ञानिक सहयोग के विकास में उनके उत्कृष्ट योगदान के लिए उन्हें सम्मानित किया गया। शिक्षाविद फोर्टोव के वैज्ञानिक हित प्लाज्मा सहित पदार्थ की चरम अवस्थाओं के भौतिकी के क्षेत्र में हैं। डार्क मैटर के अलावा, प्लाज्मा प्रकृति में पदार्थ की सबसे सामान्य अवस्था है: यह अनुमान लगाया जाता है कि ब्रह्मांड में लगभग 95% सामान्य पदार्थ इसी अवस्था में है। तारे प्लाज्मा, आयनित गैस के दसियों और सैकड़ों लाखों डिग्री के तापमान के साथ होते हैं। प्लाज्मा गुण आधुनिक तकनीकों का आधार बनते हैं, जिनका दायरा व्यापक है। प्लाज्मा इलेक्ट्रिक डिस्चार्ज लैंप में प्रकाश उत्सर्जित करता है, प्लाज्मा पैनल में एक रंगीन छवि बनाता है। प्लाज्मा रिएक्टर प्लाज्मा धाराओं का उपयोग माइक्रोक्रिकिट, कठोर धातुओं और साफ सतहों के निर्माण के लिए करते हैं। प्लाज्मा प्लांट कचरे को रिसाइकिल करते हैं और ऊर्जा पैदा करते हैं। प्लाज्मा भौतिकी विज्ञान का एक सक्रिय रूप से विकासशील क्षेत्र है, जिसमें आज तक अद्भुत खोजें की जाती हैं, असामान्य घटनाएं देखी जाती हैं जिन्हें समझने और स्पष्टीकरण की आवश्यकता होती है। हाल ही में कम तापमान वाले प्लाज्मा में खोजी गई सबसे दिलचस्प घटनाओं में से एक "प्लाज्मा क्रिस्टल" का निर्माण है, जो कि सूक्ष्म कणों की एक स्थानिक रूप से क्रमबद्ध संरचना है - प्लाज्मा धूल।

विज्ञान और जीवन // चित्र

विज्ञान और जीवन // चित्र

कॉस्मोनॉट्स एस. क्रिकालेव और वाई. गिडज़ेंको ने आईएसएस (2001) पर प्लाज़्मा क्रिस्टल उपकरण स्थापित किए।

डस्टी प्लाज्मा क्या है?

डस्टी प्लाज्मा एक आयनित गैस है जिसमें धूल के कण होते हैं - ठोस पदार्थ के कण। ऐसा प्लाज्मा अक्सर अंतरिक्ष में पाया जाता है: ग्रहों के छल्ले, धूमकेतु की पूंछ, ग्रहों के बीच और तारे के बीच के बादलों में। यह कृत्रिम पृथ्वी उपग्रहों के पास और चुंबकीय कारावास थर्मोन्यूक्लियर प्रतिष्ठानों के निकट-दीवार क्षेत्र में, साथ ही प्लाज्मा रिएक्टरों, आर्क्स और डिस्चार्ज में पाया गया था।

प्रयोगशाला स्थितियों में, धूल से भरा प्लाज्मा पहली बार 1920 के दशक में अमेरिकी इरविंग लैंगमुइर द्वारा प्राप्त किया गया था। हालांकि, पिछले दशक में ही इसका सक्रिय रूप से अध्ययन किया जाने लगा। माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक में प्लाज्मा छिड़काव और नक़्क़ाशी प्रौद्योगिकियों के विकास के साथ-साथ पतली फिल्मों और नैनोकणों के उत्पादन के साथ धूल भरे प्लाज़्मा के गुणों में वृद्धि हुई है। डिस्चार्ज चैंबर के इलेक्ट्रोड और दीवारों के विनाश के परिणामस्वरूप प्लाज्मा में प्रवेश करने वाले ठोस कणों की उपस्थिति, न केवल सेमीकंडक्टर माइक्रोक्रिकिट्स की सतह के संदूषण की ओर ले जाती है, बल्कि अक्सर अप्रत्याशित तरीके से प्लाज्मा को भी परेशान करती है। इन नकारात्मक घटनाओं को कम करने या रोकने के लिए, यह समझना आवश्यक है कि गैस-डिस्चार्ज प्लाज्मा में संघनित कणों के बनने और बढ़ने की प्रक्रिया कैसे होती है और प्लाज्मा धूल के दाने डिस्चार्ज के गुणों को कैसे प्रभावित करते हैं।

प्लाज्मा क्रिस्टल

धूल के कणों का आकार अपेक्षाकृत बड़ा होता है - एक माइक्रोन के अंश से लेकर कई दसियों तक, कभी-कभी सैकड़ों माइक्रोन। उनका चार्ज बहुत बड़ा हो सकता है और इलेक्ट्रॉन चार्ज से सैकड़ों या सैकड़ों हजारों गुना अधिक हो सकता है। नतीजतन, कणों की औसत कूलम्ब अंतःक्रियात्मक ऊर्जा, जो आवेश के वर्ग के समानुपाती होती है, उनकी औसत तापीय ऊर्जा से बहुत अधिक हो सकती है। परिणाम एक प्लाज्मा है, जिसे अत्यधिक गैर-आदर्श कहा जाता है, क्योंकि इसका व्यवहार एक आदर्श गैस के नियमों का पालन नहीं करता है। (याद रखें कि प्लाज्मा को एक आदर्श गैस माना जा सकता है यदि कणों की अंतःक्रियात्मक ऊर्जा उनकी तापीय ऊर्जा से बहुत कम हो)।

धूल भरे प्लाज्मा के संतुलन गुणों की सैद्धांतिक गणना से पता चलता है कि कुछ शर्तों के तहत, कम तापीय ऊर्जा पर मजबूत इलेक्ट्रोस्टैटिक इंटरैक्शन "अधिग्रहण" करता है और चार्ज कणों को एक निश्चित तरीके से अंतरिक्ष में लाइन करने के लिए मजबूर करता है। एक व्यवस्थित संरचना बनती है, जिसे कूलम्ब या प्लाज्मा क्रिस्टल कहा जाता है। प्लाज्मा क्रिस्टल एक तरल या ठोस में स्थानिक संरचनाओं की तरह होते हैं। पिघलने और वाष्पीकरण जैसे चरण संक्रमण यहां हो सकते हैं।

यदि धूल भरे प्लाज्मा कण काफी बड़े हैं, तो प्लाज्मा क्रिस्टल को नग्न आंखों से देखा जा सकता है। प्रारंभिक प्रयोगों में, क्रिस्टल संरचनाओं के गठन को वैकल्पिक और स्थिर विद्युत क्षेत्रों द्वारा एक साथ रखे गए लोहे और एल्यूमीनियम के माइक्रोन-आकार के आवेशित कणों की एक प्रणाली में दर्ज किया गया था। बाद के कार्यों में, कम दबाव पर उच्च आवृत्ति निर्वहन के कमजोर आयनित प्लाज्मा में मैक्रोपार्टिकल्स के कूलम्ब क्रिस्टलीकरण का अवलोकन किया गया था। ऐसे प्लाज्मा में इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा कई इलेक्ट्रॉन वोल्ट (eV) होती है, और आयनों की ऊर्जा परमाणुओं की तापीय ऊर्जा के करीब होती है, जिनका कमरे का तापमान (~ 0.03 eV) होता है। यह इस तथ्य के कारण है कि इलेक्ट्रॉन अधिक मोबाइल हैं और एक तटस्थ धूल कण को ​​निर्देशित उनका प्रवाह आयनों के प्रवाह से काफी अधिक है। कण इलेक्ट्रॉनों को "पकड़" लेता है और नकारात्मक रूप से चार्ज करना शुरू कर देता है। यह संचित ऋणात्मक आवेश, बदले में, इलेक्ट्रॉनों को विकर्षित करने और आयनों को आकर्षित करने का कारण बनता है। एक कण का आवेश तब तक बदलता है जब तक कि उसकी सतह पर इलेक्ट्रॉनों और आयनों के फ्लक्स बराबर नहीं हो जाते। उच्च आवृत्ति वाले डिस्चार्ज के प्रयोगों में, धूल के कणों का चार्ज नकारात्मक और काफी बड़ा था (10 4 - 10 5 इलेक्ट्रॉन चार्ज के क्रम में)। आवेशित धूल कणों का एक बादल निचले इलेक्ट्रोड की सतह के पास मँडराता था, क्योंकि गुरुत्वाकर्षण और इलेक्ट्रोस्टैटिक बलों के बीच एक संतुलन स्थापित किया गया था। ऊर्ध्वाधर दिशा में कई सेंटीमीटर के बादल व्यास के साथ, कण परतों की संख्या कई दसियों थी, और कणों के बीच की दूरी कई सौ माइक्रोमीटर थी।

थर्मल प्लाज्मा में आदेशित संरचनाएं ...

1991 से, रूसी विज्ञान अकादमी (ITES RAS) के चरम राज्यों के थर्मोफिजिक्स संस्थान धूल भरे प्लाज्मा का अध्ययन कर रहा है और इसके निदान के विभिन्न तरीकों का निर्माण कर रहा है। विभिन्न प्रकार के धूल भरे प्लाज़्मा की जांच की गई: थर्मल प्लाज्मा, चमक के गैस डिस्चार्ज प्लाज्मा और उच्च आवृत्ति वाले डिस्चार्ज, फोटोमिशन और परमाणु-उत्तेजित प्लाज्मा।

वायुमंडलीय दबाव में गैस बर्नर की लौ में बनने वाले थर्मल प्लाज्मा का तापमान 1700 से 2200 K तक होता है, और इसमें इलेक्ट्रॉनों, आयनों और तटस्थ कणों का तापमान बराबर होता है। ऐसे प्लाज्मा के प्रवाह में सेरियम डाइऑक्साइड (CeO2) के कणों के व्यवहार का अध्ययन किया गया। इस पदार्थ की ख़ासियत यह है कि इलेक्ट्रॉन इसकी सतह से काफी आसानी से उड़ जाते हैं - एक इलेक्ट्रॉन का कार्य कार्य केवल 2.75 eV होता है। इसलिए, धूल के कणों को प्लाज्मा से इलेक्ट्रॉनों और आयनों के प्रवाह द्वारा चार्ज किया जाता है, और थर्मोनिक उत्सर्जन के कारण - एक गर्म कण द्वारा इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन, जो एक सकारात्मक चार्ज बनाता है।

मैक्रोपार्टिकल्स की स्थानिक संरचनाओं का विश्लेषण लेजर विकिरण का उपयोग करके किया गया था, जो सहसंबंध कार्य देता है जी (आर), जिसका अर्थ इस प्रकार है। यदि हम किसी एक कण के स्थान में स्थान निश्चित करते हैं, तो फलन किसी अन्य कण के कुछ दूरी पर मिलने की प्रायिकता को दर्शाता है आरइस से। यह हमें कणों की स्थानिक व्यवस्था के बारे में निष्कर्ष निकालने की अनुमति देता है - अराजक या आदेशित, तरल और क्रिस्टलीय संरचनाओं की विशेषता।

विशिष्ट सहसंबंध कार्य जी (आर)कमरे के तापमान पर और प्लाज्मा में एक एरोसोल जेट में CeO2 कणों के लिए अंजीर में दिखाया गया है। 1. उच्च प्लाज्मा तापमान (2170 K) और मैक्रोपार्टिकल्स (b) की कम सांद्रता पर, सहसंबंध फ़ंक्शन का आकार लगभग वैसा ही होता है जैसा कि कमरे के तापमान (a) पर एक साधारण एरोसोल जेट के लिए होता है। इसका मतलब यह है कि प्लाज्मा में कण कमजोर रूप से परस्पर क्रिया करते हैं और क्रमबद्ध संरचनाओं का निर्माण नहीं होता है। कम प्लाज्मा तापमान (1700 K) और कणों की उच्च सांद्रता पर, सहसंबंध कार्य एक तरल की विशेषता का रूप लेता है: एक स्पष्ट अधिकतम होता है, जो कणों की व्यवस्था में शॉर्ट-रेंज ऑर्डर की उपस्थिति को इंगित करता है (c) . इस प्रयोग में कणों का धनात्मक आवेश लगभग 1000 इलेक्ट्रॉन आवेश था। संरचना के अपेक्षाकृत कमजोर क्रम को प्लाज्मा के छोटे जीवनकाल (एक सेकंड के लगभग 20 हजारवें हिस्से) द्वारा समझाया जा सकता है, जिसके दौरान प्लाज्मा क्रिस्टल के निर्माण की प्रक्रिया को पूरा करने का समय नहीं होता है।

... और ग्लो डिस्चार्ज

एक थर्मल प्लाज्मा में, सभी कणों का तापमान समान होता है, लेकिन एक चमकदार गैस डिस्चार्ज के प्लाज्मा में, स्थिति अलग होती है - आयन तापमान की तुलना में इलेक्ट्रॉन का तापमान बहुत अधिक होता है। यह धूल भरे प्लाज्मा - प्लाज्मा क्रिस्टल की क्रमबद्ध संरचनाओं की उपस्थिति के लिए आवश्यक शर्तें बनाता है।

एक चमकदार गैस निर्वहन में, कुछ शर्तों के तहत, खड़ी धारियां उत्पन्न होती हैं - असमान चमक के स्थिर क्षेत्र, नियमित रूप से अंधेरे अंतराल के साथ बारी-बारी से। इलेक्ट्रॉनों की सांद्रता और विद्युत क्षेत्र स्ट्रिप की लंबाई के साथ दृढ़ता से अमानवीय हैं। इसलिए, प्रत्येक स्ट्रेटम के सिर में एक इलेक्ट्रोस्टैटिक ट्रैप बनता है, जो डिस्चार्ज ट्यूब की ऊर्ध्वाधर स्थिति के साथ, डिस्चार्ज के पॉजिटिव कॉलम के क्षेत्र में महीन कणों को बनाए रखने में सक्षम होता है।

संरचना निर्माण की प्रक्रिया इस प्रकार है: कंटेनर से डिस्चार्ज में डाले गए माइक्रोन कण प्लाज्मा में चार्ज होते हैं और एक संरचना में निर्मित होते हैं जो निरंतर निर्वहन मापदंडों के साथ मनमाने ढंग से लंबे समय तक रहता है। लेजर बीम एक क्षैतिज या ऊर्ध्वाधर विमान में कणों को प्रकाशित करता है (चित्र 2)। स्थानिक संरचना के गठन को एक वीडियो कैमरा द्वारा रिकॉर्ड किया जाता है। व्यक्तिगत कणों को नग्न आंखों से देखा जा सकता है। प्रयोग में, हमने कई प्रकार के कणों का उपयोग किया - बोरोसिलिकेट ग्लास के खोखले माइक्रोस्फीयर और एक से एक सौ माइक्रोमीटर के व्यास वाले मेलामाइन फॉर्मलाडेहाइड कण।

स्ट्रैटम के केंद्र में, कई दसियों मिलीमीटर व्यास वाले धूल के बादल बनते हैं। कणों को क्षैतिज परतों में व्यवस्थित किया जाता है, जिससे षट्कोणीय संरचनाएं बनती हैं (ill। 3a)। परतों के बीच की दूरी २५० से ४०० µm तक है, क्षैतिज तल में कणों के बीच की दूरी ३५० से ६०० µm तक है। कण वितरण समारोह जी (आर)कई स्पष्ट मैक्सिमा हैं, जो कणों की व्यवस्था में लंबी दूरी के क्रम के अस्तित्व की पुष्टि करते हैं और इसका मतलब क्रिस्टल संरचना का निर्माण होता है, हालांकि प्लाज्मा धूल क्रिस्टल नग्न आंखों के लिए स्पष्ट रूप से दिखाई देते हैं।

डिस्चार्ज मापदंडों को बदलकर, कोई कण बादल के आकार को प्रभावित कर सकता है और यहां तक ​​कि एक क्रिस्टलीय अवस्था से एक तरल (क्रिस्टल के "पिघलने") और फिर गैस में संक्रमण का निरीक्षण कर सकता है। गैर-गोलाकार कणों का उपयोग करना - 200-300 माइक्रोन लंबाई में नायलॉन सिलेंडर - लिक्विड क्रिस्टल (बीमार 4) के समान संरचना प्राप्त करना भी संभव था।

अंतरिक्ष में धूलदार प्लाज्मा

पृथ्वी पर, प्लाज्मा क्रिस्टल का आगे का अध्ययन गुरुत्वाकर्षण द्वारा बाधित होता है। इसलिए, अंतरिक्ष में, माइक्रोग्रैविटी स्थितियों में प्रयोग शुरू करने का निर्णय लिया गया।

पहला प्रयोग जनवरी 1998 में रूसी कक्षीय परिसर मीर पर अंतरिक्ष यात्री ए। या। सोलोविएव और पी। वी। विनोग्रादोव द्वारा किया गया था। उन्हें सूर्य के प्रकाश के प्रभाव में शून्य गुरुत्वाकर्षण में क्रमबद्ध धूल भरी प्लाज्मा संरचनाओं के निर्माण का अध्ययन करना था।

नियॉन से भरे ग्लास ampoules में 0.01 और 40 Torr के दबाव में गोलाकार सीज़ियम-लेपित कांस्य कण होते हैं। शीशी को खिड़की के पास रखा गया था, हिलाया गया था, और लेजर द्वारा प्रकाशित कणों की गति को एक वीडियो कैमरे से रिकॉर्ड किया गया था। टिप्पणियों से पता चला है कि पहले कण अराजक रूप से चलते हैं, और फिर एक निर्देशित गति दिखाई देती है, जो ampoule की दीवारों पर प्लाज्मा के प्रसार से जुड़ी होती है।

एक और दिलचस्प तथ्य की खोज की गई: शीशी को हिलाने के कुछ सेकंड बाद, कण एक साथ चिपकना शुरू कर देते हैं, जिससे एग्लोमेरेट्स बनते हैं। सूर्य के प्रकाश के प्रभाव में समूह बिखर गए। एग्लोमरेशन इस तथ्य के कारण हो सकता है कि रोशनी के शुरुआती क्षणों में, कण विपरीत चार्ज प्राप्त करते हैं: सकारात्मक - फोटोइलेक्ट्रॉनों के उत्सर्जन के कारण, नकारात्मक - अन्य कणों से उत्सर्जित प्लाज्मा इलेक्ट्रॉनों की धाराओं द्वारा चार्ज किया जा रहा है - और विपरीत चार्ज कण एक साथ चिपकते हैं।

मैक्रोपार्टिकल्स के व्यवहार का विश्लेषण करके, उनके चार्ज (लगभग 1000 इलेक्ट्रॉन चार्ज) के मूल्य का अनुमान लगाया जा सकता है। ज्यादातर मामलों में, कणों ने केवल एक तरल संरचना बनाई, हालांकि कभी-कभी क्रिस्टल दिखाई देते थे।

1998 की शुरुआत में, अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन (पीसी एमकेसी) के रूसी खंड पर एक संयुक्त रूसी-जर्मन प्रयोग "प्लाज्मा क्रिस्टल" आयोजित करने का निर्णय लिया गया था। मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर एक्स्ट्राटेरेस्ट्रियल फिजिक्स (जर्मनी) और एनर्जिया रॉकेट एंड स्पेस कॉरपोरेशन की भागीदारी के साथ रूसी एकेडमी ऑफ साइंसेज के चरम राज्यों के थर्मोफिजिक्स संस्थान के वैज्ञानिकों द्वारा प्रयोग स्थापित और तैयार किया गया था।

तंत्र का मुख्य तत्व एक निर्वात प्लाज्मा कक्ष (चित्र 5) है, जिसमें दो स्टील वर्ग प्लेट और एक वर्ग क्रॉस सेक्शन के साथ कांच के आवेषण होते हैं। उच्च आवृत्ति वाले डिस्चार्ज बनाने के लिए प्रत्येक प्लेट पर डिस्क इलेक्ट्रोड लगाए जाते हैं। प्लाज्मा में धूल के कणों के इंजेक्शन के लिए उपकरण इलेक्ट्रोड में बनाए जाते हैं। कण बादल को रोशन करने के लिए दो डिजिटल कैमरों और दो सेमीकंडक्टर लेज़रों सहित संपूर्ण ऑप्टिकल सिस्टम एक जंगम प्लेट पर लगाया जाता है जिसे धूल भरी प्लाज्मा संरचना को स्कैन करने के लिए स्थानांतरित किया जा सकता है।

उपकरण के दो सेट विकसित और निर्मित किए गए: तकनीकी (उर्फ प्रशिक्षण) और उड़ान। फरवरी 2001 में, बैकोनूर में परीक्षण और पूर्व-उड़ान प्रशिक्षण के बाद, उड़ान किट को आईएसएस रूसी खंड के सेवा मॉड्यूल में वितरित किया गया था।

मेलामाइन फॉर्मलाडेहाइड कणों के साथ पहला प्रयोग 2001 में किया गया था। वैज्ञानिकों की अपेक्षाएं उचित थीं: पहली बार, त्रि-आयामी आदेशित अत्यधिक आवेशित माइक्रोन-आकार के कणों का निर्माण एक बड़े गैर-आदर्शता पैरामीटर के साथ किया गया था - चेहरे-केंद्रित और शरीर-केंद्रित जाली के साथ त्रि-आयामी प्लाज्मा क्रिस्टल की खोज की गई थी (चित्र। ७)।

यदि उच्च-आवृत्ति आगमनात्मक निर्वहन का उपयोग किया जाता है, तो विभिन्न विन्यासों और लंबाई के प्लाज्मा संरचनाओं को प्राप्त करने और उनका अध्ययन करने की क्षमता बढ़ जाती है। सजातीय प्लाज्मा और दीवार या आसपास की तटस्थ गैस के बीच के क्षेत्र में, व्यक्तिगत चार्ज किए गए मैक्रोपार्टिकल्स और उनके पहनावा दोनों के उत्तोलन (होवरिंग) की उम्मीद की जा सकती है। बेलनाकार कांच की नलियों में, जहां एक कुंडलाकार इलेक्ट्रोड द्वारा निर्वहन उत्तेजित होता है, बड़ी संख्या में कण प्लाज्मा गठन पर लटकते हैं। दबाव और शक्ति के आधार पर, या तो स्थिर क्रिस्टल संरचनाएं, या कंपन कणों के साथ संरचनाएं, या संवहनी कण प्रवाह उत्पन्न होते हैं। एक फ्लैट इलेक्ट्रोड का उपयोग करते समय, कण एक नीयन से भरे फ्लास्क के नीचे लटकते हैं और एक क्रमबद्ध संरचना बनाते हैं - एक प्लाज्मा क्रिस्टल। अब तक इस तरह के प्रयोग पृथ्वी पर प्रयोगशालाओं में और परवलयिक उड़ान स्थितियों के तहत किए जा रहे हैं, लेकिन भविष्य में, इस उपकरण को आईएसएस पर भी स्थापित करने की योजना है।

प्लाज्मा क्रिस्टल के अद्वितीय गुण (उत्पादन में आसानी, अवलोकन, और मापदंडों का नियंत्रण, साथ ही संतुलन के लिए कम विश्राम समय और बाहरी गड़बड़ी की प्रतिक्रिया) उन्हें अत्यधिक गैर-आदर्श प्लाज्मा और मौलिक दोनों के गुणों का अध्ययन करने के लिए एक उत्कृष्ट वस्तु बनाते हैं। क्रिस्टल के गुण। परिणामों का उपयोग वास्तविक परमाणु या आणविक क्रिस्टल का अनुकरण करने और उनकी भागीदारी के साथ भौतिक प्रक्रियाओं का अध्ययन करने के लिए किया जा सकता है।

प्लाज्मा में मैक्रोपार्टिकल्स की संरचनाएं माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक से संबंधित लागू समस्याओं के लिए भी एक अच्छा उपकरण हैं, विशेष रूप से, माइक्रोक्रिकिट्स के उत्पादन में अवांछित धूल कणों को हटाने के साथ, एक छोटे क्रिस्टल के डिजाइन और संश्लेषण के साथ - नैनोक्रिस्टल, नैनोक्लस्टर, प्लाज्मा के साथ छिड़काव, आकार द्वारा कणों को अलग करने के साथ, नए अत्यधिक कुशल प्रकाश स्रोतों का विकास, विद्युत परमाणु बैटरी और लेजर का निर्माण, काम करने वाला माध्यम जिसमें रेडियोधर्मी पदार्थ के कण होते हैं।

अंत में, ऐसी प्रौद्योगिकियां बनाना काफी यथार्थवादी है जो एक सब्सट्रेट पर प्लाज्मा में निलंबित कणों के नियंत्रित जमाव की अनुमति देगा और इस तरह विशेष गुणों के साथ कोटिंग्स का निर्माण करेगा, जिसमें झरझरा और मिश्रित वाले भी शामिल हैं, साथ ही विभिन्न सामग्रियों से बहुपरत कोटिंग के साथ कण बनाते हैं। गुण।

सूक्ष्म जीव विज्ञान, चिकित्सा और पारिस्थितिकी में दिलचस्प समस्याएं उत्पन्न होती हैं। धूल भरे प्लाज्मा के संभावित अनुप्रयोगों की सूची का लगातार विस्तार हो रहा है।

चित्रण कैप्शन

अंजीर। 1. सहसंबंध फलन g (r) उस प्रायिकता को दर्शाता है जिसके साथ दिए गए कण से r दूरी पर कोई अन्य कण खोजना संभव है। 300 K (a) के कमरे के तापमान पर और प्लाज्मा में 2170 K (b) के तापमान पर एक एयर जेट में CeO2 कणों के लिए, फ़ंक्शन कणों के अराजक वितरण को इंगित करता है। प्लाज्मा में 1700 K (c) के तापमान पर, फ़ंक्शन का अधिकतम होता है, अर्थात तरल के समान संरचना दिखाई देती है।

अंजीर। 2. डायरेक्ट करंट ग्लो डिस्चार्ज में धूल भरे प्लाज्मा का अध्ययन करने के लिए एक इंस्टालेशन कम दबाव पर नियॉन से भरी एक लंबवत उन्मुख ट्यूब है, जिसमें एक ग्लो डिस्चार्ज उत्पन्न होता है। कुछ शर्तों के तहत, असमान चमक के स्थिर क्षेत्रों के निर्वहन में खड़ी धारियां देखी जाती हैं। धूल के कण एक कंटेनर में समाहित होते हैं जिसमें निर्वहन क्षेत्र के ऊपर एक जालीदार तल होता है। जब कंटेनर को हिलाया जाता है, तो कण नीचे गिरते हैं और स्ट्राइप में लटकते हैं, जिससे क्रमबद्ध संरचनाएं बनती हैं। धूल को दृश्यमान बनाने के लिए, इसे एक फ्लैट लेजर बीम से प्रकाशित किया जाता है। बिखरी हुई रोशनी को एक वीडियो कैमरा द्वारा रिकॉर्ड किया जाता है। मॉनिटर स्क्रीन स्पेक्ट्रम के हरे क्षेत्र में एक लेजर बीम के साथ धूल के कणों को रोशन करके प्राप्त धूल भरी प्लाज्मा संरचनाओं की एक वीडियो छवि प्रदर्शित करती है।

अंजीर। 3. ग्लो डिस्चार्ज में, एक क्रमबद्ध धूल भरी संरचना (ए) दिखाई देती है, जो एक क्रिस्टल (बी) की कई स्पष्ट मैक्सिमा विशेषता के साथ सहसंबंध समारोह जी (आर) से मेल खाती है।

अंजीर। 4. लम्बी धूल के कण (बेलनाकार) कुछ सामान्य अक्ष के समानांतर संरेखित होते हैं। इस अवस्था को आणविक लिक्विड क्रिस्टल के साथ सादृश्य द्वारा प्लाज्मा लिक्विड क्रिस्टल कहा जाता है, जहां लंबे अणुओं के उन्मुखीकरण में एक पसंदीदा दिशा होती है।

अंजीर। 5. अंतरराष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन (आईएसएस) में धूल भरे प्लाज्मा के अध्ययन के लिए वैक्यूम प्लाज्मा चैम्बर।

अंजीर। 6. रूसी विज्ञान अकादमी के चरम राज्यों के थर्मोफिजिक्स संस्थान में, कम दबाव वाले उच्च आवृत्ति निर्वहन में प्लाज्मा क्रिस्टल का अध्ययन करने के लिए एक विशेष स्थापना तैयार की गई है। हरे और लाल वर्णक्रमीय क्षेत्रों में लेजर बीम द्वारा धूल के कणों को रोशन करने पर क्रिस्टल संरचना स्पष्ट रूप से दिखाई देती है।

अंजीर। 7. धूल-प्लाज्मा गठन की तीन क्षैतिज परतों में धूल के कणों की संरचनाएं: एक शरीर-केंद्रित जाली (शीर्ष), एक चेहरा-केंद्रित जाली (केंद्र में), और एक हेक्सागोनल घने पैकिंग (नीचे) के साथ।

1

सखारोवा टी.ए. (निपटान एन-किसलई, एमकेओयू निज़नेकिस्लीय माध्यमिक विद्यालय का नाम पॉलाकोव के नाम पर रखा गया है)

1. आर्टसिमोविच एल.ए. "प्लाज्मा का प्राथमिक भौतिकी"।

2.http: //www.nkj.ru/archive/articles/1318/ (विज्ञान और जीवन, क्रिस्टल्स इन डस्टी प्लाज्मा)।

3. रॉबर्ट एल मर्लिनो। डस्टी प्लाज्मा की प्रायोगिक जांच (अंग्रेज़ी) (पीडीएफ)। भौतिकी और खगोल विज्ञान विभाग, आयोवा विश्वविद्यालय (17 जून 2005)। - धूल भरे प्लाज्मा अनुसंधान की ऐतिहासिक समीक्षा। १८ जुलाई २००९ को पुनःप्राप्त। २ अप्रैल २०१२ को मूल से संग्रहीत।

4. फोर्टोव वी.ई., ए.जी. ख्रपक, एस.ए. ख्रपक, वी.आई. मोलोटकोव, ओ.एफ. पेट्रोव। डस्टी प्लाज्मा (रस।) // भौतिक। - 2004. - टी। 174. - एस। 495-544।

5. त्सितोविच वी.एन. प्लाज्मा-धूल क्रिस्टल, बूँदें और बादल (रस।) // भौतिक। - 1997. - टी। 167. - एस। 57-99।

6. डस्टी प्लाज्मा // कम तापमान वाले प्लाज्मा का विश्वकोश। - एम।: जानूस-के, 2006 ।-- टी। 1.

7. फोर्टोव वी.ई. पृथ्वी और अंतरिक्ष में प्लाज्मा-धूल क्रिस्टल और तरल पदार्थ (रूसी) // रूसी विज्ञान अकादमी के बुलेटिन। - 2005. - टी। 75, नंबर 11. - एस। 1012-1027।

8. क्लुमोव बी.ए. एक जटिल प्लाज्मा के पिघलने के मानदंड पर (रस।) // Phys। - 2010. - टी। 180. - एस। 1095-1108।

9. यूट्यूब से वीडियो "अंतरिक्ष में फील्ड क्रिस्टल का अध्ययन"।

प्लाज्मा प्रकृति में पदार्थ की सबसे सामान्य अवस्था है: यह अनुमान है कि ब्रह्मांड में लगभग 95% सामान्य पदार्थ इसी अवस्था में है। तारे प्लाज्मा, आयनित गैस के दसियों और सैकड़ों लाखों डिग्री के तापमान के साथ होते हैं। प्लाज्मा गुण आधुनिक तकनीकों का आधार बनते हैं, जिनका दायरा व्यापक है।

मैंने यह शोध कार्य इसलिए किया क्योंकि मुझे पदार्थ की चौथी अवस्था में दिलचस्पी थी, जिसका आधुनिक दुनिया में अभी भी बहुत कम अध्ययन किया जाता है - प्लाज्मा। मुझे हाल ही में निम्न-तापमान प्लाज्मा में खोजी गई एक घटना से दूर ले जाया गया - एक "प्लाज्मा क्रिस्टल" का गठन, जो कि सूक्ष्म कणों की एक स्थानिक रूप से आदेशित संरचना - प्लाज्मा धूल है।

लक्ष्यमेरा शोध: प्रयोग द्वारा निम्न-तापमान प्लाज्मा प्राप्त करना, प्लाज्मा-क्षेत्र क्रिस्टल से परिचित होना।

अनुसंधान के उद्देश्य:

1. "प्लाज्मा" के ज्ञान का विस्तार करें।

2. घर पर कम तापमान वाला प्लाज्मा लें।

3. प्लाज्मा के अनुप्रयोग के क्षेत्रों को जानें।

4. विभिन्न स्रोतों और प्रयोगात्मक डेटा से प्राप्त जानकारी का विश्लेषण करें।

इस कार्य की प्रासंगिकता यह है कि हाल ही में प्लाज्मा भौतिकी विज्ञान का एक सक्रिय रूप से विकासशील क्षेत्र है, जिसमें आज तक आश्चर्यजनक खोजें की जाती हैं, असामान्य घटनाएं देखी जाती हैं जिन्हें समझने और स्पष्टीकरण की आवश्यकता होती है। इस क्षेत्र की खोजों से मानव जीवन की गुणवत्ता में सुधार होगा: अपशिष्ट पुनर्चक्रण का आयोजन; वैकल्पिक ऊर्जा उत्पादन; माइक्रोक्रिकिट का उत्पादन; धातुओं की ताकत में वृद्धि; नए प्लाज्मा इंजन का आविष्कार; हानिकारक रोगाणुओं को हराने; प्लाज्मा पैनलों में रंगीन छवियों की गुणवत्ता में सुधार; ब्रह्मांड के विकास की व्याख्या करें, आदि।

सूचना स्रोतों के साथ काम करना

प्लाज्मा खोज इतिहास

पदार्थ की चौथी अवस्था की खोज 1879 में डब्ल्यू. क्रुक्स (चित्र 1) द्वारा की गई थी और 1928 में आई. लैंगमुइर (चित्र 2) द्वारा "प्लाज्मा" नाम दिया गया था, संभवतः रक्त के साथ पदार्थ की चौथी अवस्था (प्लाज्मा) के साथ जुड़ाव के कारण। प्लाज्मा

चावल। 1. डब्ल्यू क्रुगसन

चावल। 2. आई. लैंगमुइर

आई। लैंगमुइर ने लिखा: "इलेक्ट्रोड के पास की जगह को छोड़कर, जहां कम संख्या में इलेक्ट्रॉन पाए जाते हैं, आयनित गैस में व्यावहारिक रूप से समान मात्रा में इलेक्ट्रॉन और आयन होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप सिस्टम का कुल चार्ज बहुत छोटा होता है। हम आम तौर पर आयनों और इलेक्ट्रॉनों के विद्युत रूप से तटस्थ क्षेत्र का वर्णन करने के लिए "प्लाज्मा" शब्द का उपयोग करते हैं।" ...

प्लाज्मा अवधारणा

प्लाज्मा एक आंशिक या पूरी तरह से आयनित गैस है जो तटस्थ परमाणुओं (या अणुओं) और आवेशित कणों (आयनों और इलेक्ट्रॉनों) से बनती है। प्लाज्मा की सबसे महत्वपूर्ण विशेषता इसकी क्वासिन्युट्रैलिटी है, जिसका अर्थ है कि धनात्मक और ऋणात्मक आवेशित कणों का आयतन घनत्व जिससे यह बनता है, लगभग समान होते हैं।

एक गैस एक प्लाज्मा अवस्था में बदल जाती है यदि उसके कुछ घटक परमाणुओं (अणुओं) ने किसी कारण से एक या अधिक इलेक्ट्रॉनों को खो दिया है, अर्थात। सकारात्मक आयनों में बदल गया। कुछ मामलों में, तटस्थ परमाणुओं के लिए इलेक्ट्रॉनों के "लगाव" के परिणामस्वरूप प्लाज्मा में नकारात्मक आयन भी उत्पन्न हो सकते हैं।

यदि गैस में कोई उदासीन कण नहीं रहता है, तो प्लाज्मा को पूर्ण आयनित कहा जाता है। प्लाज्मा गैस के नियमों का पालन करता है और कई तरह से गैस की तरह व्यवहार करता है। इसी समय, कई मामलों में प्लाज्मा का व्यवहार, विशेष रूप से विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों के संपर्क में आने पर, इतना असामान्य हो जाता है कि इसे अक्सर पदार्थ की एक नई चौथी अवस्था के रूप में कहा जाता है (चित्र 3)।

चावल। 3. पदार्थ की चौथी अवस्था

धूल भरा प्लाज्मा क्या है?

डस्टी प्लाज्मा एक आयनित गैस है जिसमें धूल के कण होते हैं - ठोस पदार्थ के कण। ऐसा प्लाज्मा अक्सर अंतरिक्ष में पाया जाता है: ग्रहों के छल्ले, धूमकेतु की पूंछ, इंटरप्लेनेटरी और इंटरस्टेलर क्लाउड (चित्र 4) में। यह कृत्रिम पृथ्वी उपग्रहों के पास और चुंबकीय कारावास थर्मोन्यूक्लियर प्रतिष्ठानों के निकट-दीवार क्षेत्र में, साथ ही प्लाज्मा रिएक्टरों, आर्क्स और डिस्चार्ज में पाया गया था।

चावल। 4. प्लाज्मा धूमकेतु पूंछ

प्रयोगशाला स्थितियों में, धूल से भरा प्लाज्मा पहली बार 1920 के दशक में अमेरिकी इरविंग लैंगमुइर द्वारा प्राप्त किया गया था। हालांकि, पिछले दशक में ही इसका सक्रिय रूप से अध्ययन किया जाने लगा। धूल भरे प्लाज़्मा के गुणों में रुचि प्लाज्मा छिड़काव (चित्र 5) और माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक (छवि 6) में नक़्क़ाशी प्रौद्योगिकियों के विकास के साथ-साथ पतली फिल्मों (छवि 7) और नैनोकणों (छवि 8) के उत्पादन के साथ पैदा हुई। )

चावल। 5. प्लाज्मा छिड़काव

अंजीर। 6. हाइड्रोजन में नक़्क़ाशी प्लेटिनम

चावल। 7. पतली अर्धचालक फिल्म

चित्र 8. नैनोकणों

प्लाज्मा क्रिस्टल

धूल के कणों का आकार अपेक्षाकृत बड़ा होता है - एक माइक्रोन के अंश से लेकर कई दसियों तक, कभी-कभी सैकड़ों माइक्रोन (चित्र। 9)। उनका चार्ज बहुत बड़ा हो सकता है और इलेक्ट्रॉन चार्ज से सैकड़ों या सैकड़ों हजारों गुना अधिक हो सकता है। परिणामस्वरूप, कणों की औसत कूलम्ब अंतःक्रियात्मक ऊर्जा, जो आवेश के वर्ग के समानुपाती होती है, उनकी औसत तापीय ऊर्जा (चित्र 10) से बहुत अधिक हो सकती है। परिणाम एक प्लाज्मा है जिसे अत्यधिक अपूर्ण कहा जाता है, क्योंकि इसका व्यवहार एक आदर्श गैस के नियमों का पालन नहीं करता है। (याद रखें कि प्लाज्मा को एक आदर्श गैस माना जा सकता है यदि कणों की अंतःक्रियात्मक ऊर्जा उनकी तापीय ऊर्जा से बहुत कम हो)।

चावल। 9. प्लाज्मा क्रिस्टल

चावल। 10. कूलम्ब इंटरैक्शन

धूल भरे प्लाज्मा के संतुलन गुणों की सैद्धांतिक गणना से पता चलता है कि कुछ शर्तों के तहत, कम तापीय ऊर्जा पर मजबूत इलेक्ट्रोस्टैटिक इंटरैक्शन "अधिग्रहण" करता है और चार्ज कणों को एक निश्चित तरीके से अंतरिक्ष में लाइन करने के लिए मजबूर करता है। एक व्यवस्थित संरचना बनती है, जिसे कूलम्ब या प्लाज्मा क्रिस्टल कहा जाता है। प्लाज्मा क्रिस्टल तरल या ठोस में स्थानिक संरचनाओं के समान होते हैं (चित्र 11)। पिघलने और वाष्पीकरण जैसे चरण संक्रमण यहां हो सकते हैं।

चावल। 11. प्लाज्मा क्रिस्टल

यदि धूल भरे प्लाज्मा कण काफी बड़े हैं, तो प्लाज्मा क्रिस्टल को नग्न आंखों से देखा जा सकता है।

घर पर कम तापमान वाला प्लाज्मा प्राप्त करना

प्लाज्मा के कुछ शोध, गुणों और विशेषताओं के बाद, मैं घर पर निम्न-तापमान प्लाज्मा (वीडियो "प्लाज्मा प्राप्त करना") प्राप्त करने पर एक प्रयोग करने में सक्षम था। इसके लिए मुझे निम्नलिखित उपकरणों की आवश्यकता थी: माइक्रोवेव ओवन, पानी प्रतिरोधी हवा प्रतिरोधी माचिस, कांच का जार।

चावल। 12. प्रारंभिक चरण

प्रयोग का कोर्स:

1. मैंने शुरू से ही माइक्रोवेव ओवन से कांच की एक डिश निकाली, जिस पर खाना गर्म होने पर घूमता है। एक मैच तैयार किया (चित्र 12)।

2. फिर मैंने माइक्रोवेव के बीच में माचिस की तीली डाली और उसे जला दिया।

3. उसके बाद, मैंने माचिस को कांच के जार से ढक दिया, फिर माइक्रोवेव ओवन को बंद कर दिया, इसे चालू कर दिया, भोजन को गर्म करने का कार्य निर्धारित किया (चित्र 13)।

4. एक निश्चित समय के बाद आप देख सकते हैं कि माचिस की तीली से कांच के जार में प्लाज्मा कैसे बनता है (चित्र 14)।

चावल। १३. माइक्रोवेव ओवन में कांच के जार के नीचे मिलाएँ

चावल। 14. कम तापमान प्लाज्मा

इस सरल प्रयोग के माध्यम से, कोई यह देख सकता है कि तापमान से गैस कैसे आयनित होती है और इस प्रकार आंशिक रूप से आयनित प्लाज्मा प्राप्त होता है। अगर मुझे कम तापमान वाला प्लाज्मा इतनी आसानी से मिल जाता है, तो इसे कारखानों में प्राप्त किया जा सकता है, जबकि इसे प्राप्त करने की लागत न्यूनतम है।

निष्कर्ष।

मैं घर पर कम तापमान वाला प्लाज्मा प्राप्त करने में कामयाब रहा। मैंने इस मुद्दे पर अपने ज्ञान का विस्तार किया, बहुत सी नई और दिलचस्प बातें सीखीं। मुझे इस विषय में बहुत दिलचस्पी थी और मुझे यकीन है कि जब मैं कोई पेशा चुनूंगा तो यह शोध कार्य अपनी छाप छोड़ेगा।

"अराजक" प्लाज्मा पदार्थ की 5वीं अवस्था है। क्रिस्टलीय प्लाज्मा "संगठित" प्लाज्मा की एक अवस्था है, जहां इसे चुंबकीय क्षेत्र द्वारा समाहित करने की आवश्यकता नहीं होती है। प्लाज्मा गुण आधुनिक तकनीकों का आधार बनते हैं, जिनका दायरा व्यापक है।

मेरा मानना ​​है कि प्लाज्मा भविष्य का प्रतीक है, सबसे महत्वपूर्ण उद्योग, जिसके बिना सभ्यता का आगे विकास अकल्पनीय है। प्लाज्मा, मेरी राय में, ऊर्जा का एक वैकल्पिक स्रोत और पारिस्थितिकी का डॉक्टर है।

ग्रंथ सूची संदर्भ

स्कोब्लिकोव ए.ए. कम तापमान वाले प्लाज़्मा प्राप्त करना, प्लाज़्मा-फ़ील्ड क्रिस्टल का परिचय // विज्ञान में प्रारंभ करें। - २०१६। - नंबर २। - पी। 133-136;
URL: http://science-start.ru/ru/article/view?id=51 (पहुंच की तिथि: 28.03.2019)।

सोवियत मीर ऑर्बिटल स्टेशन पर शुरू हुआ पौराणिक प्रयोग आईएसएस पर नए उपकरणों के साथ जारी रहा। एक अद्वितीय उपकरण जिसे हाल ही में अंतरिक्ष स्टेशन पर लाया गया था वह एक अतिरिक्त गैस प्रवाह नियामक है। यह एक प्लाज्मा प्रयोग में अधिक सटीक परिणाम सक्षम करेगा और इसकी शुद्धता में वृद्धि करेगा। धूल भरा प्लाज्मा क्या है, इस पर डेटा ब्रह्मांड के बारे में पहले से अज्ञात जानकारी प्राप्त करना, कॉम्पैक्ट ऊर्जा बैटरी और लेजर बनाना, हीरे उगाने के लिए एक नई तकनीक विकसित करना और प्लाज्मा दवा के विकास के आधार के रूप में भी काम करना संभव बना देगा।

कोई भी पदार्थ चार अवस्थाओं में हो सकता है - ठोस, तरल, गैसीय और प्लाज्मा। सितारों से लेकर इंटरस्टेलर गैस तक ब्रह्मांड के दृश्यमान द्रव्यमान का 99% से अधिक प्लाज्मा है। अंतरिक्ष में धूल के कणों से युक्त प्लाज्मा बहुत आम है - ये ग्रहीय वलय, धूमकेतु की पूंछ, तारे के बीच के बादल हैं।

आकार (धूल के कण) में कई माइक्रोन के माइक्रोपार्टिकल्स के साथ प्लाज्मा का अध्ययन और माइक्रोग्रैविटी स्थितियों के तहत इसके व्यवहार का अवलोकन, जिसमें माइक्रोपार्टिकल्स के वजन का लगभग पूरा मुआवजा होता है, दो दशकों से अधिक समय से चल रहा है। जनवरी 1998 में वापस, रूसी कक्षीय परिसर मीर में, अंतरिक्ष यात्री अनातोली सोलोविएव और पावेल विनोग्रादोव ने प्लाज्मा क्रिस्टल -1 (पीसी -1) सुविधा का उपयोग करके प्लाज्मा-धूल संरचनाओं के भौतिकी पर पहला प्रयोग किया, जिसमें प्लाज्मा क्रिस्टल और तरल पदार्थ शामिल थे। . उसी वर्ष अगस्त में, मीर ने PK-2 उपकरण पर शोध करना शुरू किया, जिसमें एक गैस-डिस्चार्ज ट्यूब और प्रयोग की वीडियो रिकॉर्डिंग के लिए एक उपकरण शामिल था। मार्च 2001 में, सर्गेई क्रिकालेव और यूरी गिडज़ेंको ने पीके -3 सुविधा पर आईएसएस पर प्रयोग का पहला सत्र आयोजित किया, जिसे रूसी और जर्मन विशेषज्ञों द्वारा संयुक्त रूप से बनाया गया था। नए प्लाज़्मा क्रिस्टल -4 इंस्टॉलेशन पर पहला प्रयोग, जिसे संयुक्त रूप से रूसी विज्ञान अकादमी और जर्मन स्पेस एजेंसी (DLR) के ज्वाइंट इंस्टीट्यूट फॉर हाई टेम्परेचर (JIHT) के वैज्ञानिकों द्वारा संयुक्त रूप से बनाया गया, जून 2015 में शुरू हुआ। अनुसंधान के दौरान, इस स्थापना में सुधार की आवश्यकता की पहचान की गई थी। इस साल जुलाई में, प्लाज्मा क्रिस्टल -4 प्रयोग की गुणवत्ता में सुधार के लिए आईएसएस को अतिरिक्त उपकरण दिए गए थे।

वैज्ञानिकों का लक्ष्य प्लाज्मा में धूल भरे प्लाज्मा क्रिस्टल और अन्य आदेशित संरचनाओं को प्राप्त करना और उनका अध्ययन करना है। विशेष रूप से, यह प्रोटोस्टार, प्रोटोप्लानेटरी रिंग और अन्य खगोलीय पिंडों में होने वाली प्रक्रियाओं के नियमों का अध्ययन करना संभव बनाता है। प्रयोगों के दौरान, एक निश्चित आकार (व्यास में कई माइक्रोमीटर) के सूक्ष्म कणों को गैस डिस्चार्ज ट्यूब में नियॉन या आर्गन प्लाज्मा में इंजेक्ट किया जाता है। जब माइक्रोपार्टिकल्स प्लाज्मा में प्रवेश करते हैं, तो वे इलेक्ट्रॉनों और सकारात्मक आयनों को इकट्ठा करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप वे उच्च इलेक्ट्रॉन गतिशीलता के कारण नकारात्मक चार्ज प्राप्त करते हैं। माइक्रोपार्टिकल्स एक दूसरे को पीछे हटाते हैं और विभिन्न त्रि-आयामी संरचनाएं बनाते हैं। इस तरह के अध्ययन पृथ्वी पर नहीं किए जा सकते, क्योंकि धूल के कण गुरुत्वाकर्षण की क्रिया के अधीन होते हैं और दो-आयामी संरचनाएं या अत्यधिक विकृत (संपीड़ित) त्रि-आयामी बना सकते हैं।

इस तथ्य के बावजूद कि धूल भरे प्लाज़्मा के अध्ययन के बीस साल के इतिहास में, कई नए दिलचस्प डेटा प्रदान किए गए हैं, अब तक स्व-संगठित कणों के व्यवहार का एक पूर्ण गणितीय मॉडल बनाना संभव नहीं है। रूसी विज्ञान अकादमी और डीएलआर के उच्च तापमान के संयुक्त संस्थान के वैज्ञानिकों द्वारा विकसित नए उपकरण, दसियों बार प्लाज्मा बनाने वाली गैस के प्रवाह को कम करके क्लीनर प्रयोग करना संभव बना देंगे। अब गैस के दबाव की सीमा का विस्तार करना और धूल भरे प्लाज्मा में प्रक्रियाओं के बारे में नया ज्ञान प्राप्त करना संभव है।

जब माइक्रोपार्टिकल्स प्लाज्मा में होते हैं, तो विभिन्न प्रकार के बल उन पर कार्य करते हैं। मुख्य में से एक विद्युत है, जो निर्वहन क्षेत्र में एक कण पर कार्य करता है। दूसरा आयनिक प्रवेश का बल है। तीसरा गैस के खिलाफ घर्षण है: यदि कोई पिंड वायुमंडल में प्रवेश करता है, तो वह इसकी वजह से गति खो देता है, ”जेआईएचटी आरएएस के एक वरिष्ठ शोधकर्ता आंद्रेई लिपेव ने इज़वेस्टिया को बताया। - तदनुसार, जब हम एक डक्ट के साथ एक मोड को व्यवस्थित करते हैं, तो एक प्रकार की हवा दिखाई देती है, जो कणों को दूर ले जाती है। अंतरिक्ष प्रयोग की कठिन परिस्थितियों में संचालन की प्रक्रिया में, मूल रूप से प्रवाह को बंद करने के लिए इस्तेमाल किया गया उपकरण, एक महत्वपूर्ण गैस रिसाव देना शुरू कर दिया, और कणों को बस प्रवाह से दूर ले जाया गया।

इस समस्या को हल करने के लिए, JIHT RAS और DLR विशेषज्ञों ने एक अतिरिक्त उपकरण विकसित किया है जो आपको बाहरी दबाव नियामक और दो अतिरिक्त वाल्वों का उपयोग करके गैस के प्रवाह को पूरी तरह से नियंत्रित करने की अनुमति देता है। इस तरह, कणों की एक स्थिर स्थिति प्राप्त की जा सकती है। नतीजतन, वैज्ञानिकों के पास प्रयोग की स्थितियों को पूरी तरह से नियंत्रित करने का अवसर है।

हम कह सकते हैं कि अब तक हम केवल गैस प्रवाह पर आवश्यक नियंत्रण प्राप्त नहीं कर सके हैं और इसलिए गुणवत्ता परिणाम प्राप्त कर सकते हैं। पहले, 3 माइक्रोन से छोटे कणों के साथ काम करना असंभव था। इस बीच, यह लगभग 1 माइक्रोन के आकार के कण हैं जो इस तरह की प्रक्रियाओं के अध्ययन के दृष्टिकोण से दिलचस्प हैं, उदाहरण के लिए, संरचनाओं का निर्माण, - विख्यात एंड्री लिपेव।

नए उपकरण आईएसएस पर पहले ही स्थापित किए जा चुके हैं, और एक तस्वीर बोर्ड से मिशन कंट्रोल सेंटर को प्रेषित की जा रही है। JIHT RAS के कर्मचारी टेलीमेट्री और प्रयोग के वीडियो, साथ ही ISS बोर्ड के साथ ध्वनि संचार चैनल प्राप्त करते हैं - आप सुन सकते हैं कि बातचीत कैसे चल रही है। प्लाज्मा में धूल के कणों का अध्ययन करने के लिए अतिरिक्त उपकरणों का उपयोग करते हुए एक नया बहु-दिवसीय प्रयोग हाल ही में पूरा हुआ और उम्मीदों पर खरा उतरा। अब वैज्ञानिक इसके परिणामों का विस्तृत विश्लेषण करेंगे।

जैसा कि जेआईएचटी आरएएस के निदेशक ओलेग पेट्रोव ने इज़वेस्टिया को बताया, प्रयोग के दौरान प्राप्त डेटा स्व-संगठन प्रक्रियाओं के सार को समझने में मदद करेगा।

जिस प्रणाली की हम जांच कर रहे हैं वह एक खुली अपव्यय प्रणाली है: ऊर्जा का निरंतर प्रवाह और इसका निरंतर बहिर्वाह होता है। ऐसी प्रणालियाँ सभी जीवित जीवों के लिए विशिष्ट हैं। इस प्रणाली का क्या होता है, इसमें स्व-संगठन की घटनाएं क्या हैं? यह सब जांच की जा सकती है और होनी चाहिए, - विख्यात ओलेग पेट्रोव।

धूल से भरा प्लाज्मा क्या है, इस पर डेटा बहुत व्यावहारिक लाभ का हो सकता है: यह विशेष रूप से, नई कॉम्पैक्ट पावर बैटरी और लेजर बनाने और माइक्रोग्रैविटी स्थितियों के तहत बढ़ते हीरे के लिए एक तकनीक विकसित करने की अनुमति देगा। इसके अलावा, आईएसएस से आने वाले डेटा प्लाज्मा दवा के विकास के लिए महत्वपूर्ण हैं, जिसका सार यह है कि कम तापमान वाला प्लाज्मा जीवित प्रणालियों में जटिल जैव रासायनिक प्रक्रियाओं को आरंभ, उत्तेजित और नियंत्रित कर सकता है।

प्रयोग PK-4 रोस्कोस्मोस और यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी द्वारा समर्थित है।

नवंबर में, यह घोषणा की गई थी कि आईएसएस पर प्लाज्मा क्रिस्टल प्रयोग समाप्त कर दिया गया था। प्रयोग के लिए विशेष उपकरण कार्गो जहाज "अल्बर्ट आइंस्टीन" में रखा गया था और इसके साथ प्रशांत महासागर के ऊपर जला दिया गया था। इस प्रकार शायद सबसे प्रसिद्ध अंतरिक्ष प्रयोग की लंबी कहानी समाप्त हुई। मैं आपको इसके बारे में बताना चाहता हूं और सामान्य रूप से आईएसएस पर विज्ञान के बारे में कुछ बताना चाहता हूं।

खोज कहां हैं?

सबसे पहले, आपको कुछ हद तक डिमोटिवेटिंग परिचय बनाने की आवश्यकता है। आधुनिक विज्ञान एक कंप्यूटर गेम नहीं है, जहां, सिद्धांत रूप में, कोई बेकार शोध नहीं है, और प्रत्येक खोज एक ध्यान देने योग्य बोनस देती है। और, अफसोस, वे दिन गए जब एडिसन जैसा अकेला प्रतिभा अकेले ही कई जीवन बदलने वाले उपकरणों का आविष्कार कर सकता था। अब विज्ञान सभी उपलब्ध रास्तों पर आँख बंद करके एक व्यवस्थित आंदोलन है, जो बड़े संगठनों द्वारा किया जाता है, वर्षों तक चलता है और शून्य परिणाम दे सकता है। इसलिए, आईएसएस पर शोध के बारे में जानकारी, जो नियमित रूप से प्रकाशित होती है, लोकप्रिय विज्ञान के अनुकूलन के बिना, स्पष्ट रूप से, बहुत उबाऊ लगती है। साथ ही, इनमें से कुछ प्रयोग वास्तव में दिलचस्प हैं, और यदि वे हमें तत्काल शानदार परिणामों का वादा नहीं करते हैं, तो वे इस बात की बेहतर समझ की आशा देते हैं कि दुनिया कैसे काम करती है और हमें नई मौलिक और लागू खोजों के लिए कहां जाना चाहिए।

प्रयोग का विचार

यह ज्ञात है कि एक पदार्थ चार चरणों में हो सकता है - ठोस, तरल, गैसीय और प्लाज्मा। ब्रह्मांड के द्रव्यमान का ९९.९% प्लाज्मा है, सितारों से लेकर इंटरस्टेलर गैस तक। पृथ्वी पर, प्लाज्मा बिजली है, उत्तरी रोशनी और, उदाहरण के लिए, गैस-डिस्चार्ज लैंप। धूल के कणों से युक्त प्लाज्मा भी बहुत आम है - ये ग्रहीय वलय, धूमकेतु की पूंछ, तारे के बीच के बादल हैं। और प्रयोग का विचार धूल के सूक्ष्म कणों के साथ कृत्रिम रूप से एक प्लाज्मा बनाना और पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण और सूक्ष्म गुरुत्वाकर्षण की स्थितियों के तहत उसके व्यवहार का निरीक्षण करना था।

प्रयोग के पहले संस्करण में (चित्र में), धूल भरे प्लाज्मा के साथ शीशी को सूर्य की किरणों से रोशन किया गया था, प्लाज्मा में धूल को एक लेजर द्वारा रोशन किया गया था, और प्रबुद्ध क्षेत्र को एक कैमरे से फिल्माया गया था। बाद में, अधिक जटिल प्रयोगात्मक प्रतिष्ठानों का उपयोग किया गया। "ब्लैक बैरल", जो "अल्बर्ट आइंस्टीन" के साथ मिलकर जल गया, पहले से ही तीसरी पीढ़ी की स्थापना थी।

परिणाम

माइक्रोग्रैविटी स्थितियों में प्रयोगों ने वैज्ञानिकों की उम्मीदों को सही ठहराया - धूल से भरा प्लाज्मा इसकी संरचना में क्रिस्टलीय बन गया या तरल पदार्थों के गुणों को दिखाया। एक आदर्श गैस के विपरीत, जिसमें अणु अराजक रूप से चलते हैं (थर्मल गति देखें), धूल से भरा प्लाज्मा, एक गैस होने के नाते, ठोस और तरल पदार्थ के गुणों को प्रदर्शित करता है - पिघलने और वाष्पीकरण की प्रक्रियाएं संभव हैं।
उसी समय, अप्रत्याशित खोजें भी हुईं। उदाहरण के लिए, क्रिस्टल में एक गुहा दिखाई दे सकती है। अभी तक अज्ञात क्यों है।


लेकिन सबसे अप्रत्याशित खोज यह थी कि धूल से भरे प्लाज्मा ने कुछ शर्तों के तहत डीएनए के समान सर्पिल संरचनाएं बनाईं! शायद पृथ्वी पर जीवन की उत्पत्ति भी किसी न किसी तरह धूल भरे प्लाज्मा से जुड़ी है।

दृष्टिकोण

प्लाज़्मा क्रिस्टल प्रयोग पर कई वर्षों के शोध के परिणाम इसकी मूलभूत संभावना दर्शाते हैं:

• धूल भरे प्लाज्मा में अद्वितीय गुणों वाले नैनोमटेरियल्स का निर्माण।


• एक सब्सट्रेट पर धूल भरे प्लाज्मा से सामग्री का जमाव और नए प्रकार के कोटिंग्स प्राप्त करना - बहुपरत, झरझरा, मिश्रित।


• औद्योगिक और विकिरण उत्सर्जन से वायु शोधन और माइक्रो-सर्किट के प्लाज्मा नक़्क़ाशी।


• निर्जीव वस्तुओं की प्लाज्मा नसबंदी और जीवित चीजों पर खुले घाव।


दुर्भाग्य से, यह सारी सुंदरता अब से दस साल बाद तक उपलब्ध नहीं होगी। क्योंकि काम के परिणामों के अनुसार, प्रायोगिक अनुप्रयुक्त प्रतिष्ठानों, प्रोटोटाइप का निर्माण करना, परीक्षण या नैदानिक ​​अध्ययन करना और बड़े पैमाने पर उत्पादन को व्यवस्थित करना आवश्यक है।

2001-2014 की अवधि में किए गए कार्यों का वर्णन करता है। रूसी और जर्मन वैज्ञानिकों की भागीदारी और अंतरराष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन पर प्लाज्मा क्रिस्टल के अंतरिक्ष यात्री अनुसंधान। प्रयोगों के दौरान, कई नए प्रभावों और घटनाओं की खोज की गई जो पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण की स्थितियों में नहीं देखी जाती हैं और पदार्थ की संरचना और गतिशीलता के बारे में हमारी समझ का विस्तार करती हैं।
धूल भरे प्लाज़्मा के भौतिकी के विशेषज्ञों के साथ-साथ आधुनिक अंतरिक्ष प्रयोग स्थापित करने, अंतरिक्ष अनुसंधान के आयोजन और अभ्यास में रुचि रखने वाले सभी लोगों के लिए।

प्रस्थान बिंदू।
अंतरिक्ष में वैज्ञानिक अनुसंधान एक जटिल उपक्रम है। अवधारणा से पूर्ण कार्यान्वयन तक, एक परियोजना बीस वर्षों से अधिक समय तक चल सकती है। इसका मतलब यह है कि शोधकर्ताओं को पर्याप्त युवा होना चाहिए या उन्हें अपने ज्ञान और कौशल को पारित करना होगा और प्रयोग के लिए अपनी जिम्मेदारियों को युवा सहयोगियों को सौंपना होगा।

अंतरिक्ष अन्वेषण अलग है - अंतरिक्ष से अन्वेषण हो सकता है (उदाहरण के लिए, पृथ्वी या खगोल विज्ञान का सुदूर संवेदन), स्वयं अंतरिक्ष की खोज (उदाहरण के लिए, निकट-पृथ्वी अंतरिक्ष का अध्ययन, अंतरिक्ष मौसम, अंतर्ग्रहीय माध्यम की खोज, जैसे साथ ही व्यक्तिगत ग्रह, चंद्रमा, क्षुद्रग्रह और धूमकेतु) और अंतरिक्ष की विशिष्ट विशेषताओं (जैसे, भारहीनता, अधिक सटीक, माइक्रोग्रैविटी और विशाल दूरी) का उपयोग करके अधिक शोध। कुछ शोध स्वचालित मशीनों और रोबोटिक्स का उपयोग करके मानव रहित अंतरिक्ष वाहनों पर किए जाने के लिए अधिक सुविधाजनक हैं, जबकि अन्य को मनुष्यों द्वारा किए गए प्रयोगों की आवश्यकता होती है, जैसे कि सांसारिक वैज्ञानिक प्रयोगशालाओं में किए गए।

विषय
लेखकों से
1. प्रारंभिक बिंदु
2. "प्लाज्मा क्रिस्टल"
3. एक अंतरिक्ष प्रयोग की जरूरत है
4. रूसी-जर्मन सहयोग का क्रिस्टलीकरण
5. जर्मनी: परवलयिक उड़ान में प्रयोग
6.जर्मनी: रॉकेट प्रयोग
7. रूस: अंतरिक्ष में पहला प्रयोग "प्लाज्मा क्रिस्टल"
8. अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन का जन्म कैसे हुआ
9. रूसी-जर्मन योजना
10. "मीर" को विदाई
11. एक प्रयोगात्मक सेटअप का निर्माण
12. कॉस्मोड्रोम "बैकोनूर"
13. प्रयोग "पीके -3"
14. अंतरिक्ष यात्री प्रशिक्षण केंद्र
15. कोरोलेव - अंतरिक्ष शहर
16. प्रयोग "पीके -3 +"
17. अंतरिक्ष यात्रियों के नक्षत्र में "प्लाज्मा क्रिस्टल"
18. पृथ्वी पर हमारी बैठकें
19. शोध के परिणाम
20. भविष्य निकट है
21. समापन टिप्पणी
ग्रंथ सूची।

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प्लाज़्मा क्रिस्टल, स्पेस एक्सपेरिमेंट्स, फोर्टोव वी.ई., बाटुरिन यू.एम., मॉर्फिल जी.ओ., पेट्रोव ओ.एफ., 2015 - fileskachat.com, तेज और मुफ्त डाउनलोड पुस्तक डाउनलोड करें।

• गुरुत्वाकर्षण, क्रिस्टल क्षेत्रों से वर्महोल तक, पेट्रोव ए.एन., 2013
• कोर्स के लिए बेसिक लेक्चर नोट्स लेजर टेक्नोलॉजीज, इंट्रोडक्शन टू लेजर टेक्नोलॉजीज, वीको वी.पी., पेट्रोव ए.ए., 2009