"Plazma kristal" i tajne svemira. Eksperiment "plazma kristal" na ISS održan je s novom opremom

24.09.2019

Čitati i

Što je slom metla

Esej "značajke kreativnosti a

Zašto je Sofya preferirala Chapkom Mollylly?

Simboličko značenje imena trgovine jeme

Samodorizam je loš ili vrlo loš?

Akademik V. Fortov, direktor Instituta za toplinsku fiziku ekstremnih država Ruske akademije znanosti.

U travnju 2005., akademik Vladimir Evgenievich Fortov dobio je prestižnu međunarodnu nagradu - zlatnu medalju po imenu Alberta Einsteina, dodijelila mu je za izvanredan doprinos razvoju fizičke znanosti i međunarodne znanstvene suradnje. Znanstveni interesi akademika Ftov leže u području fizike ekstremnih tvari, uključujući plazmu. Ako ne računate tamnu tvar, plazma je najčešći stanje tvari u prirodi: prema procjenama, u ovom stanju postoji oko 95% obične materije u svemiru. Zvijezde su plazma grozdovi, ionizirani plin s temperaturama u desecima i stotinama milijuna stupnjeva. Nekretnine plazme čine osnovu suvremenih tehnologija, čiji je opseg opsežan. Plazma emitira svjetlo u električnim svjetiljkama, stvara sliku u boji u plazma panelima. Tlosi plazma reaktora koriste se za proizvodnju mikrocirkuta, kaljenje metala i površina za čišćenje. Postavke plazme Reciklirajte otpad i proizvode energiju. Plazma fizika je aktivno razvijaju područje znanosti, koje se na ovaj dan provode nevjerojatna otkrića, uočeni su neobični fenomeni koji zahtijevaju razumijevanje i objašnjenje. Jedan od najzanimljivijih fenomena otkrivenih u niskotemperaturnoj plazmi je stvaranje "plazma kristala", odnosno prostorno naručene strukture od finih čestica - prašinu plazme.

Znanost i život // ilustracija

Cosmonauts S. Krikalev i Y. Gyzenko instaliraju opremu "plazma kristala" za ISS (2001).

Što je plazma prašine?

Prašina plazme je ionizirani plin koji sadrži prašinu - čestice krutine. Takva plazma se često nalazi u prostoru: u planetarnim prstenovima, vikendicama kometa, međuplanetarnim i međuzvjezdanim oblacima. Pronađen je u blizini umjetnih satelita Zemlje iu trim području termonuklearnih biljaka s magnetskim zadržavanjem, kao iu reaktorima plazme, lukovima, ispuštanju.

U laboratorijskim uvjetima, Američki Irging Langmür Irving Langmür prvi put je primio plazmu prašine u 20-im godinama prošlog stoljeća. Međutim, aktivno je proučavao samo u posljednjem desetljeću. Povećan interes za svojstva prašine u plazmi nastala je s razvojem tehnologija raspršivanja plazme i jetkanjem u mikroelektroniku, kao i proizvodnju tankih filmova i nanočestica. Prisutnost krutih čestica koje spadaju u plazmu kao rezultat uništenja elektroda i zidova pražnjem komore, ne samo da dovodi do onečišćenja površine poluvodičkih čipsa, nego i poremećene plazme, često nepredvidljiv način. Da bi se smanjili ili spriječili ovim negativnim pojavama, potrebno je shvatiti kako se otkloni postupci formiranja i rasta kondenziranih čestica u plazmi za ispuštanje plina i kao što prašina u plazmi utječe na svojstva pražnjenja.

Kristal plazme

Dimenzije čestica prašine su relativno velike - od dionica mikrona do nekoliko desetaka, ponekad stotine mikrona. Njihova naknada može imati iznimno veliku količinu i prelazi elektronski naboj u stotinama, pa čak i stotinama tisuća puta. Kao rezultat toga, prosječna coulomb energija interakcije čestica, proporcionalna kvadratu napunjenosti, može biti mnogo suponeman s prosječnom toplinskom energijom. Ispada plazmu, koja se zove sylnoneal, jer njegovo ponašanje ne podliježe zakonima idealnog plina. (Sjetite se da se plazma može smatrati savršenim plinom ako je energija interakcije čestica mnogo manja od njihove toplinske energije).

Teoretski izračuni ravnotežnih svojstava prašine pokazuju da je pod određenim uvjetima, snažna elektrostatska interakcija "uzima vrh" iznad niske toplinske energije i uzrokuje da se nabijene čestice na određeni način postavljaju u prostoru. Formirana je pojednostavljena struktura koja je primila naziv kristala kouloma ili plazme. Kristali plazme slični su prostorjelnim strukturama u tekućini ili krutini. Ovdje se mogu pojaviti fazni prijelazi kao što su taljenje i isparavanje.

Ako su čestice plazme prašine dovoljno velike, kristal plazme može se promatrati s golim okom. U ranim eksperimentima, formiranje kristalnih struktura zabilježeno je u sustavu nabijenih čestica željeznih i aluminijskih mikrona koje se drže varijable i statička električna polja. U kasnijim radovima provedena je kristalizaciju čestica u slabo potaknutoj plazmi visokofrekventnog iscjedka pri niskom tlaku. Elektronska energija u takvoj plazmi je pomalo elektronolt (EV), a energija iona je blizu toplinske energije atoma koji imaju sobnu temperaturu (~ 0.03 EV). To je zbog činjenice da su elektroni više mobilni i njihov tok usmjeren na neutralnu česticu prašine značajno premašuje protok iona. Čestica "hvata" elektrona i počinje se puniti negativno. Ovaj akumulirajući negativni naboja zauzvrat uzrokuje odbojnost elektrona i privlačnosti iona. Naknada za promjenu čestica sve dok struje elektrona i iona na njegovoj površini su jednaki. U eksperimentima s visokofrekventnim pražnjem, naplata čestica prašine bio je negativan i prilično veliki (oko 10 4 - 10 5 elektroničkih naknada). Oblak nabijenih čestica prašine ovisili su u blizini površine donje elektrode, jer je postojala ravnoteža između gravitacijske i elektrostatičke sile. S promjerom oblaka u nekoliko centimetara u vertikalnom smjeru, broj slojeva čestica bio je nekoliko desetaka, a udaljenost između čestica je nekoliko stotina mikrometara.

Naručene strukture u termalnoj plazmi ...

U Institutu za toplinsku fiziku ekstremnih država Ruske akademije znanosti (ITP RAS) od 1991. studira plazmu prašine i stvara različite metode za svoju dijagnozu. Proučava se prašina plazme različitih tipova: toplinska plazma, plinsko pražnjenje plazme tinjajućih i visokofrekventnih ispuštanja, fotoemisija i nuklearno-uzbuđenu plazmu.

Termička plazma nastala u plamenu plinskog plamenika na atmosferskom tlaku ima temperaturu od 1700 do 2200 K, a temperatura elektrona, iona i neutralnih čestica je jednaka u njemu. U protoku takve plazme proučavano je ponašanje čestica cerij dioksida (CEO 2). Osobitost ove tvari je da su elektroni prilično jednostavni za letenje s njegove površine - rad elektronskog izlaza je samo oko 2,75 eV. Stoga se čestice prašine napune i tokovima elektrona i iona u plazmi i zbog termoelektronske emisije - emitiraju elektrone s grijanom česticom, što stvara pozitivan naboj.

Prostorne strukture čestica analizirani su laserskim zračenjem koji daje funkciju korelacije gR), značenje je kako slijedi. Ako popravite mjesto u prostoru jedne od čestica, funkcija pokazuje vjerojatnost pronalaženja bilo koje druge čestice na udaljenosti r. od ovoga. A to nam omogućuje da zaključimo o prostorno uređenju čestica - kaotičnih ili naručenih, karakterističnih za tekuće i kristalne strukture.

Tipične funkcije korelacije gR) Za CEO 2 čestice u aerosolnom mlazu na sobnoj temperaturi i plazmi prikazane su na bolesniku. 1. Na visokoj temperaturi plazme (2170 K) i nisku koncentraciju makro-masa (B), korelacijska funkcija ima gotovo isti oblik kao i za mlazom konvencionalnog aerosola na sobnoj temperaturi (a). To znači da čestice plazme ugrađuju slabo i formiranje naručenih struktura se ne dogodi. Na manjoj temperaturi u plazmi (1700 k) i viša koncentracija čestica, korelacija funkcija uzima oblik karakteristične za tekućinu: postoji izražen maksimum, što ukazuje na prisutnost niskog reda na mjestu čestica (b) , U ovom eksperimentu, pozitivan naboj čestica bio je oko 1000 troškova elektrona. Relativno slaba uređenost strukture može se objasniti malim vremenom postojanja plazme (oko 20 tisućinki sekunde), za koje proces formiranja plazme kristala nema vremena za dovršetak.

... i tinjajući iscjedak

U toplinskoj plazmi, temperatura svih čestica je ista, au plazmi sjajnog ispuštanja plina, situacija je drugačija - elektronička temperatura je mnogo više iona. To stvara preduvjete za pojavu naručenih struktura prašine plazme - plazma kristali.

U sjajnom ispuštanju plina pod određenim uvjetima postoje stabljike - fiksne zone nejednake svjetlosti, redovito naizmjenične s tamnim intervalima. Koncentracija elektrona i električnog polja snažno je nehomogeno duž dužine slojeva. Stoga se u glavi svakog ispaljanja formira elektrostatička zamka koja s vertikalnom položaju cijevi za pražnjenje može sadržavati fine čestice u području pozitivnog posta ispuštanja.

Proces formiranja strukture je kako slijedi: čestice mikrona izlijeveni iz spremnika u pražnjenje napunjene su u plazmi i ugrađene su u strukturu koja traje koliko dugo s nepromijenjenim parametrima ispuštanja. Laserska greda ističe čestice u horizontalnoj ili vertikalnoj ravnini (bolesni. 2). Formiranje prostorne strukture ispravlja kamkorder. Odvojene čestice mogu se vidjeti s golim okom. U eksperimentu su korištene čestice nekoliko vrsta - šuplji mikrosfere od borozilikatnog stakla i čestica melamimaldehida s promjerom od jednog do sto mikrometara.

U središtu strati, oblak prašine formiran je promjerom do nekoliko desetaka milimetara. Čestice se nalaze u horizontalnim slojevima, tvoreći šesterokutne strukture (bolesne. 3a). Udaljenosti između slojeva su od 250 do 400 uM, udaljenost između čestica u horizontalnoj ravnini je od 350 do 600 uM. Funkcija distribucije čestica gR) Ima nekoliko izraženih maksimuma, što potvrđuje postojanje dugoročnih reda na mjestu čestica i znači formiranje kristalne strukture, iako su kristali prašine u plazmi jasno vidljivi i golim okom.

Promjenom parametara pražnjenja, moguće je utjecati na oblik oblaka čestica, pa čak i promatrati prijelaz iz kristalnog stanja u tekućinu ("taljenje" kristala) i zatim na plin. Koristeći ne-sferne čestice - najlonski cilindri s duljinom od 200-300 uM, također je moguće dobiti strukturu sličnu tekućem kristalu (bolestan. 4).

Plazma za prašinu u prostoru

Na tlu, snaga gravitacije spriječena je na Zemlji da bi se dodatno proučavao kristale plazme. Stoga je odlučeno za početak eksperimenata u prostoru, u uvjetima mikrogravitacije.

Prvi eksperiment provodi astronaute A. Ya. Solovyov i P. V. Vinogradov na ruskom orbitalnom kompleksu "Mir" u siječnju 1998. godine. Morali su proučavati formiranje naručenih struktura prašine u plazmi u bestežini pod djelovanjem sunčeve svjetlosti.

U staklenim ampulama napunile su neonske čestice bronce s cezijskom prevlakom na tlakovima od 0,01 i 40 tor. Ampoule je postavljena u blizini okna, potresen i snimljen s kretanjem video kamere čestica koje su označene laserom. Opažanja su pokazala da se čestice u početku kreću kaotični, a zatim se pojavi usmjereno kretanje, koji je povezan s difuzijom plazme na zidovima ampule.

Pronađena je još jedna zanimljiva činjenica: nakon nekoliko sekundi, nakon trešenja ampule, čestice su počele držati zajedno, tvoreći aglomerati. Pod djelovanjem sunčeve svjetlosti, aglomerati su propali. Aglomeracija može biti povezana s činjenicom da početni trenuci osvjetljavanja čestica stječu višedimenzionalne troškove: pozitivno - zbog emisije fotoelektrona, negativnih - koji se naplaćuju od strane tokova elektrona u plazmi emitiranih iz drugih čestica - i važnih nabijenih čestica zajedno s drugima.

Analizirajući ponašanje čestica, možete procijeniti iznos njihove naknade (oko 1000 troškova elektrona). U većini slučajeva čestice su formirale samo tekuću strukturu, iako su se ponekad pojavili kristali.

Početkom 1998. odlučeno je da izvrši zajednički rusko-njemački eksperiment "plazme kristal" na brodu ruskog segmenta međunarodne svemirske stanice (PC MKC). Formulacija i priprema eksperimenta proveli su znanstvenici Instituta toplinske fizike ekstremnih država Ruske akademije znanosti uz sudjelovanje Instituta za izvanzemaljsku fiziku Max Planck (Njemačka) i energetske rakete i svemirske korporacije.

Glavni element opreme je vakuumska komora u plazmi (bolesna. 5), koja se sastoji od dva čelična čelična ploča i staklenih umetaka kvadratnog dijela. Na svakoj od ploča, disk elektrode su montirane kako bi se stvorilo visokofrekventno pražnjenje. Elektrode su ugrađene u injekciju čestica prašine u plazmi. Svi optički sustav, uključujući dvije digitalne komore i dva poluvodička lasera za osvjetljavanje oblaka čestica, instaliran je na pokretnoj ploči, koja se može pomicati skeniranjem strukture plazme-prašine.

Razvijena su i proizvedena dva skupa opreme: tehnološka (također je obuka) i let. U veljači 2001. godine, nakon testiranja i treninga pred-leta na Baikonuru, komplet leta dostavlja se na servisni modul ruskog segmenta ISS-a.

Prvi eksperiment s česticama iz melamina formaldehida proveden je 2001. godine. Očekivanja znanstvenika bile su opravdane: Prvi put je pronađen stvaranje trodimenzionalnih naređenih visoko izmjenjivih čestica mikrona s velikim parametrom nelijevosti - trodimenzionalnim kristalima plazme s konzervima koji su usmjerene na volumen i trake.

Sposobnost primanja i istraživanja formacija plazme različitih konfiguracija i proširenja se povećava, ako koristite pražnjenje visokofrekventnog indukcije. U području između homogene plazme i njegovog ograničavanja zida ili okolnog neutralnog plina, moguće je očekivati \u200b\u200blevitaciju (zamrzavanja) i pojedinačnih optuženih makala i njihovih ansambala. U cilindričnim staklenim cijevima, gdje je iscjedak uzbuđen pomoću prstenaste elektrode, veliki broj čestica visi preko formiranja plazme. Ovisno o tlaku i moć, nastaju stabilne kristalne strukture, ili strukturu s oscilirajućim česticama ili tokovima konvektivnih čestica. Kada koristite ravnu elektrodu, čestice visi preko neonske tikvice ispunjene donje i tvore naručenu strukturu - plazma kristal. Do sada se takvi eksperimenti provode u laboratorijima na zemlji iu uvjetima paraboličnog leta, ali u budućnosti se planira uspostaviti ovu opremu za instalaciju na ISS.

Jedinstvena svojstva kristala u plazmi (jednostavnost dobivanja, promatranja i kontrole parametara, kao i mala vremena za opuštanje u ravnotežu i odgovor na vanjske perturbacije) čine ih izvrsnim objektom u proučavanju obje svojstva snažno nesavršene plazme i temeljnih svojstava kristala. Rezultati se mogu koristiti za simulaciju stvarnih atomskih ili molekularnih kristala i proučavanje fizičkih procesa s njihovim sudjelovanjem.

Strukture makrostike u plazmi su dobar alat i za primijenjene probleme povezane s mikroelektronom, posebno s uklanjanjem neželjenih čestica prašine u proizvodnji žetona, s dizajnom i sintezom malog kristalno-nanoclastal, nanocluster, s Taloženje plazme, s razdvajanjem čestica u veličini, razvoj novih visoko učinkovitih izvora svjetlosti, stvaranje električnih nuklearnih baterija i lasera, radnog fluida u kojem su stranke radioaktivne tvari.

Konačno, sasvim je realno stvoriti tehnologije koje će omogućiti kontrolirano taloženje čestica ponderiranih u plazmi na podlogu i time stvara premaze s posebnim svojstvima, uključujući poroznu i kompozitu, kao i čestice oblika s višeslojnom prevlakom od materijali s različitim svojstvima.

Zanimljivi zadaci nastaju u mikrobiologiji, medicini, ekologiji. Popis moguće uporabe plazme prašine kontinuirano se širi.

Potpisa na ilustracije

Bolestan. 1. Funkcija korelacije G (R) pokazuje koliko je vjerojatno da će pronaći drugu česticu na udaljenosti od o tome. Za CEO 2 čestice u zračnom mlazu na sobnoj temperaturi 300 K (a) i u plazmi na temperaturi od 2170 K (b), funkcija označava kaotičnu distribuciju čestica. U plazmi na temperaturi od 1700 K (b) funkcija ima maksimum, tj. Struktura se pojavljuje slična tekućini.

Bolestan. 2. Instalacija za prašinu Plazma Studija u DC pražnjenje ispuštanja je vertikalno orijentirana cijev napunjena neon pri niskom tlaku u kojem se stvara užaren pražnjenje. Pod određenim uvjetima postoje stajati stagnints - fiksne zone nejednake svjetlosti. Čestice prašine su sadržane u spremniku s dno od mreže iznad pražnjenje. Kada trese posude za čestice, čestice padaju i vise se u slojevima, formiraju naručene strukture. Da bi prašina bila vidljiva, označeno je ravnom laserskom zrakom. Razbacane svjetlo bilježi kamkorder. Na zaslonu monitora, videozapis struktura plazme-prašine, dobivene čestice rasvjetnih prašine s laserskim snopom u području zelenog spektra.

Bolestan. 3. U sjajnom pražnjenju nastaje naručena struktura prašine (a), koja odgovara funkciji korelacije G (R) s nekoliko izraženih maksimuma karakteristika kristala (B).

Bolestan. 4. Izdužene čestice prašine (koje imaju oblik cilindra) izgrađene su paralelno s nekom zajedničkom osi. Ovo stanje se naziva plazma tekući kristal analogno s molekularnim kristalima tekućim kristalima, gdje postoji odabrani smjer u orijentaciji dugih molekula.

Bolestan. 5. Komora vakuumske plazme za proučavanje plazme za prašinu na međunarodnoj svemirskoj postaji (ISS).

Bolestan. 6. Posebna instalacija za proučavanje kristala u plazmi u visokofrekventnom ispuštanju niskog tlaka osmišljena je na Institutu termofizike ekstremnih stanja Ruske akademije znanosti. Kristalna struktura je jasno vidljiva kada su čestice prašine osvijetljene laserskim gredama u zelenim i crvenim spektra područjima.

Bolestan. 7. Strukture čestica prašine u tri horizontalna sloja obrazovanja plazme-patenta: s volumnom-centrino kupaonicom s rešetkom (na vrhu), baku rešetke (u centru) i šesterokutnom gustom ambalažom (dolje).

Sakharov ta (R.p.n n-Kryviy, mkou nizhnekislyaykaya bosha. Polyakova)

1. ArttyMovich LA "Elementarna fizika plazme."

2. http://www.nkj.ru/arhive/articles/1318/ (znanost i život, kristali u prašini plazmi).

3. Robert L. Merlino. Eksperimentalne istrage prašnjave plazme (engleski) (pdf). Odjel za fiziku i astronomiju, Sveučilište u Iowi (17. lipnja 2005.). - povijesni pregled prašnjavih istraživanja plazme. Provjereni 18. srpnja 2009. arhiviran od originalnog 2. travnja 2012. godine.

4. FOTOV V.E., A.G. Mornariran, s.a. PARDED, V.I. Molotkov, O.F. Petrov. Plazma za prašinu (rus.) // UFN. - 2004. - T. 174. - P. 495-544.

5. TSYTOVICH V.N. Kristali plazme-prašine, kapi i oblaci (rus.) // UFN. - 1997. - T. 167. - str. 57-99.

6. Dusty plazma // niskotemperaturna enciklopedija plazme. - m.: Janus-k, 2006. - T. 1.

7. FOTOV V.E. Kristali i tekućine u plazmi i tekućine na Zemlji i prostoru (Rus) // Bilten Ruske akademije znanosti. - 2005. - T. 75, br. 11. - P. 1012-1027.

8. Klammov B.A. O kriterijima za topljenje složene plazme (rus.) // UFN. - 2010. - T. 180. - P. 1095-1108.

9. VIDEO IZ YOUTUBE "Studirajući polje kristala u prostoru."

Plazma je najčešći stanje tvari u prirodi: procjenjuje se da u ovom stanju postoji oko 95% obične materije u svemiru. Zvijezde su plazma grozdovi, ionizirani plin s temperaturama u desecima i stotinama milijuna stupnjeva. Nekretnine plazme čine osnovu suvremenih tehnologija, čiji je opseg opsežan.

Učinio sam ovaj istraživački rad, jer sam bio zainteresiran za četvrtu stanju tvari - plazme u suvremenom svijetu. Fenomen je nedavno otkriven u niskoj temperaturi plazmi bio fasciniran - formiranje "plazme kristala", tj. Struktura naređenu površinu od finih čestica - plazma prašine.

Svrha Moje istraživanje: Dobivanje niske temperaturne plazme po eksperimentu, poznanstvu s kristalima polja plazme.

Istraživački zadaci:

1. Proširite znanje o "plazmi".

2. Primite nisku temperaturu kod kuće.

3. Saznajte opseg plazme.

4. Za analizu informacija primljenih iz različitih izvora i eksperimentalnih podataka.

Relevantnost ovog rada je da je nedavno fizika u plazmi aktivno razvijaju područje znanosti, koje se na ovaj dan provode nevjerojatna otkrića, uočeni su neobični fenomeni, koji zahtijevaju razumijevanje i objašnjenja. Otkriće u ovom području poboljšat će kvalitetu ljudskog života: organizirati recikliranje otpada; proizvodnja alternativne energije; proizvodnja mikrocirkuje; povećanje snage metala; izum novih motora u plazmi; poraziti štetne mikroorde; Poboljšati kvalitetu slika u boji u plazmatskim panelima; Objasnite evoluciju svemira itd.

Rad s izvorima informacija

Povijest otvaranja plazme

Četvrto stanje materije otvorio je W. Crox (sl. 1) 1879. godine i nazvan "plazma" I. Langmur (sl. 2) 1928. godine, zbog udruga s četvrtom stanju tvari (plazma) s krvnom plazmom ,

Sl. 1. W. KROVONZ

Sl. 2. I. Lengmür

I. Langmür je napisao: "Isključujući prostor u blizini elektroda, gdje se nalazi mala količina elektrona, ionizirani plin sadrži elektrone i ione u gotovo istim iznosima, što je rezultat u kojem je sustav ukupnog punjenja vrlo mali. Koristimo izraz "plazma" za opisivanje to u potpunosti neutralno područje koje se sastoji od iona i elektrona. " ,

Koncept plazme

Plazma - djelomično ili potpuno ionizirani plin formiran iz neutralnih atoma (ili molekula) i nabijenih čestica (iona i elektrona). Najvažnija značajka plazme je njezina kvazi-neutralnost, što znači da su masovne gustoće pozitivnih i negativnih nabijenih čestica, od kojih je formirana, gotovo su ista.

Plin prolazi u stanje plazme, ako su neke od komponenti njegovih atoma (molekule) izgubile jedan ili više elektrona iz bilo kojeg razloga, tj. pretvorio u pozitivne ione. U nekim slučajevima, negativni ioni mogu nastati u plazmi kao rezultat "lijepljenja" elektrona u neutralne atome.

Ako neutralne čestice ostanu u plinu, plazma se naziva potpuno ionizirano. Plazmane poglavlje plinske zakone iu mnogim aspektima ponašaju se kao plin. U isto vrijeme, ponašanje u plazmi u nekim slučajevima, pogotovo kada je izložen električnim i magnetskim poljima na njemu, ona se ispada tako neobično da često govori o novom četvrtom stanju tvari (sl. 3).

Sl. 3. Četvrto stanje materije

Što je plazma prašine?

Prašina plazme je ionizirani plin koji sadrži prašinu - čestice krutine. Takva plazma se često nalazi u prostoru: u planetarnim prstenima, repovima kometa, međuplanetarnim i međuzvjezdanim oblacima (sl. 4). Pronađen je u blizini umjetnih satelita Zemlje iu trim području termonuklearnih biljaka s magnetskim zadržavanjem, kao iu reaktorima plazme, lukovima, ispuštanju.

Sl. 4. Comet plazma rep

Sl. 5. raspršivanje plazme

Sl.6. Baciti platinu u vodiku

Sl. 7. Tanki poluvodički film

Sl.8. Nanočestice

Kristal plazme

Dimenzije čestica prašine su relativno velike - od dionica mikrona do nekoliko desetaka, ponekad stotine mikrona (sl. 9). Njihova naknada može imati iznimno veliku količinu i prelazi elektronski naboj u stotinama, pa čak i stotinama tisuća puta. Kao rezultat toga, prosječna coulomb energija interakcije čestica, proporcionalna kvadratu punjenja, može biti mnogo izvrsna u srednjoj toplinskoj energiji (sl. 10). Ispada plazmu, koja se naziva vrlo nesavršena, jer njegovo ponašanje ne podliježe zakonima idealnog plina. (Sjetite se da se plazma može smatrati savršenim plinom ako je energija interakcije čestica mnogo manja od njihove toplinske energije).

Sl. 9. Kristal plazme

Sl. 10. Coulomb Probre

Teoretski izračuni ravnotežnih svojstava prašine pokazuju da je pod određenim uvjetima, snažna elektrostatska interakcija "uzima vrh" iznad niske toplinske energije i uzrokuje da se nabijene čestice na određeni način postavljaju u prostoru. Formirana je pojednostavljena struktura koja je primila naziv kristala kouloma ili plazme. Kristali plazme slični su prostorjelnim strukturama u tekućini ili krutini (Sl. 11). Ovdje se mogu pojaviti fazni prijelazi kao što su taljenje i isparavanje.

Sl. 11. Kristal plazme

Ako su čestice plazme prašine dovoljno velike, kristal plazme može se promatrati s golim okom.

Dobivanje plazme niske temperature kod kuće

Nakon nekih studija, svojstava i karakteristika plazme, uspio sam steći iskustvo kod kuće niskotemperaturne plazme (videozapis "u plazmi"). Da bi to učinili, trebam sljedeću opremu: mikrovalna pećnica, voda otporne na vjetra, staklena posuda.

Sl. 12. Pripremni stupanj

Iskustvo:

1. Od početka sam izvadio staklenu posudu iz mikrovalne pećnice, na kojoj se proizvodi rotiraju kada se grije. Pripremili utakmicu (sl. 12).

2. Zatim, u mikrovalnom centru, stavio sam utakmicu i zapalio je.

3. Nakon toga, pokrio sam utakmicu s staklenim posudom, a zatim zatvorio mikrovalnu pećnicu, uključeno je postavljanjem funkcije grijanja proizvoda (sl. 13).

4. Nakon određenog vremena, može se smatrati plazmom nastaje u staklenoj posudi s gorućem utakmicom (sl. 14).

Sl. 13. Uskladite ispod staklene posude u mikrovalnoj pećnici

Sl. 14. Plazma niske temperature

Zahvaljujući ovom jednostavnom iskustvu, može se vidjeti kako je plin ioniziran pod djelovanjem temperature i time dobivanje djelomično ionizirane plazme. Ako sam uspio tako jednostavno dobiti nisku temperaturu plazmu, onda se može dobiti u poduzećima, dok je trošak dobivanja je minimalan.

Zaključci

Uspio sam dobiti nisku temperaturu plazmu kod kuće. Proširio sam svoje znanje o ovom pitanju, naučio mnogo novih i zanimljivih. Bio sam jako zainteresiran za ovu temu i siguran sam da kad ću odabrati profesiju, ovaj istraživački rad ostavit će vaš znak.

"Kaotična" plazma je 5. stanje tvari. Kristalna plazma je stanje "organizirane" plazme, gdje nije potrebno držati magnetsko polje. Nekretnine plazme čine osnovu suvremenih tehnologija, čiji je opseg opsežan.

Vjerujem da je plazma simbol budućnosti, najvažnija industrija, bez kojih je daljnji razvoj civilizacije nezamisliv. Plazma, po mom mišljenju, alternativni izvor energije i doktora ekologije.

Bibliografska referenca

Skoblikov a.a. Dobivanje niske temperature plazme, poznanik s kristalima polja plazme // početak u znanosti. - 2016. - № 2. - str. 133-136;
URL: http://science-start.ru/ru/article/view?id\u003d51 (datum rukovanja: 03/28/2019).

Legendarni eksperiment, koji je započeo na sovjetskoj orbitalnoj stanici "mir", nastavio je na ISS s novom opremom. Jedinstveni uređaj koji je nedavno uzet na svemirskoj postaji je uređaj dodatnog regulatora protoka plina. To će pružiti priliku primiti točnije rezultate tijekom eksperimenta na proučavanju plazme i povećat će njezinu čistoću. Podaci o tome što je prašnjava plazma primit će prethodno nepoznate informacije o svemiru, stvoriti kompaktne energetske baterije i laseri, razviti novu tehnologiju rasta dijamanata i poslužiti kao osnova za razvoj plazme medicine.

Svaka tvar može biti u četiri faze - kruta, tekuća, plinovita i plazma. Plazma je više od 99% vidljive mase svemira, počevši od zvijezda i završava s međuzvjezdanim plinom. Plazma koja sadrži čestice prašine vrlo je česte u prostoru - to su planetarne prstenove, repovi kometa, međuzvjezdani oblaci.

Proučavanje plazme s mikročesticama s veličinom nekoliko mikrona (čestice prašine) i praćenje njegovog ponašanja u uvjetima mikrogravity, u kojima se događa gotovo potpuna kompenzacija težine mikročestica, već postoji više od dva desetljeća. Natrag u siječnju 1998. godine, kosmonauti Anatoly Loloviev i Pavel Vinogradov provedeni su na ugradnji "plazme kristal-1" (PC-1), prvi eksperiment za proučavanje fizike struktura plazme-prašine, uključujući kristale plazme i tekućine , U kolovozu iste godine istraživanja o opremi PC-2, koji se sastoji od cijevi za ispuštanje plina i uređaja za snimanje videozapisa, počeo je provoditi istraživanja na opremi PC-2. U ožujku 2001. godine, Sergej Krikalev i Yuri Gyzenko proveli su prvu sjednicu eksperimenta na ISS-u na instalaciji PC-3, stvorio zajednički od strane ruskih i njemačkih stručnjaka. Prvi eksperimenti na novoj instalaciji "plazma kristal-4", koji su zajednički stvorili znanstvenici iz Zajedničkog instituta za visokotemperaturnu temperaturu (RAS i njemačka svemirska agencija (DLR), započela je u lipnju 2015. godine. U procesu istraživanja otkrivena je potreba za poboljšanjem ove instalacije. U srpnju ove godine dodatna oprema je dostavljena ISS-u za poboljšanje kvalitete eksperimenta "plazma kristal-4".

Svrha znanstvenika je dobiti i proučiti kristale plazme-prašine i druge naručene strukture u plazmi. Konkretno, to nam omogućuje da proučimo zakone procesa koji se pojavljuju u protozolima, protopitarnim prstenovima i drugim nebeskim tijelima. Tijekom eksperimenata, mikroskopske čestice određene veličine (promjer nekoliko mikrometara) ulaze se u neonsku ili argon plazmu u cijevi za ispuštanje plina. Kada mikročestice spadaju u plazmu, skupljaju elektrone i pozitivne ione, što rezultira negativnim nabojem zbog veće mobilnosti elektrona. Mikročestice se odbijaju jedni od drugih i oblikuju različite trodimenzionalne strukture. Takva se istraživanja ne mogu provoditi na Zemlji, budući da čestice prašine su podložne gravitaciji i mogu tvoriti dvodimenzionalne strukture ili snažno deformirane (komprimirane) trodimenzionalne.

Unatoč činjenici da je za dvadesetu povijest proučavanja prašine plazme dobila mnogo novih zanimljivih podataka, još uvijek nije uspjelo stvoriti potpuni matematički model ponašanja samoorganizacijskih čestica. Nova oprema koju su razvili znanstvenici iz AII RAS i DLR omogućit će čistim eksperimentima smanjenjem protoka plina, koji tvori plazmu na desetke puta. Sada možete proširiti raspon tlaka plina i dobiti nova znanja o procesima u plazmi prašine.

Kada su mikročestice u plazmi, imaju brojne sile. Jedan od glavnih električnih, koji utječe na česticu u polju pražnjenja. Drugi je moć ionskih hobija. Treći je trenje o plinu: ako tijelo uđe u atmosferu, onda gubi brzinu upravo zbog toga ", rekao je viši istraživač, viši istraživač, OVT RAN, Andrei Lipaev. - Prema tome, kada organiziramo način protokola, javlja se vrsta vjetra, koji nosi čestice. Uređaj koji se u početku koristi za preklapanje protoka tijekom rada u složenim uvjetima kozmičkog eksperimenta počeo je dati značajno propuštanje plina, a čestice se jednostavno izvodi protok.

Da biste riješili ovaj problem, stručnjaci SBR RA i DLR razvili su dodatni uređaj koji vam omogućuje da u potpunosti kontrolirate protok plina pomoću regulatora vanjskog tlaka i dva dodatna ventila. Tako je moguće postići stabilan položaj čestica. Kao rezultat toga, znanstvenici imaju priliku u potpunosti kontrolirati eksperimentalne uvjete.

Možemo reći da do sada jednostavno ne bismo mogli dobiti potrebnu kontrolu nad protokom plina i stoga visoko kvalitetne rezultate. Ranije, rad s česticama manje od 3 mikrona je jednostavno nemoguće. U međuvremenu, čestice od oko 1 mikrona su zanimljive sa stajališta proučavanja takvih procesa, kao što je formiranje struktura, rekao je Andrei Lipaev.

Nova oprema već je instalirana na ISS-u, s bočne slike se prenosi u centar za upravljanje letom. Zaposlenici ASTF RAS primaju telemetriju i videozapis eksperimenta, zvučni kanali komunikacije s odborom ISS-a također rade - možete čuti kako se održavaju pregovori. Nedavno je dovršen novi višednevni eksperiment kojim se dodatna oprema za proučavanje čestica prašine u plazmi i opravdana očekivanja. Sada će znanstvenici provoditi detaljnu analizu svojih rezultata.

Prema ulaganju, direktor OVT RAS, Oleg Petrov, dobiven tijekom eksperimenta, podaci će pomoći u razumijevanju suštine procesa samoorganizacije.

Sustav u studiji je otvoreni disipativni sustav: postoji stalan priliv energije i njegov trajni odljev. Takvi sustavi karakteristični su za sve žive organizme. Što se događa s ovim sustavom, kakve samoorganiziraju fenomene u njemu? Sve to može i treba istražiti ", rekao je Oleg Petrov.

Podaci o tome što je prašnjava plazma može donijeti veće praktične prednosti: oni će omogućiti, posebno, stvoriti nove kompaktne energetske baterije i lasere i razviti tehnologiju rastuće dijamanti u uvjetima mikrogravitacije. Također, podaci iz ISS-a važni su za razvoj plazme medicine, čiji je suština koja je u plazmi niske temperature može pokrenuti, stimulirati i pratiti složene biokemijske procese u živim sustavima.

Eksperiment PK-4 provodi se uz potporu Roskosmosa i Europske svemirske agencije.

U studenom je najavljeno prestanak na ISS eksperimentiranju "Plazma kristal". Posebna oprema za eksperiment stavljen je u teretni brod "Albert Einstein" i izgorio s njim preko Tihog oceana. Tako je duga priča završila, vjerojatno najpoznatiji svemirski eksperiment. Želim reći o njemu i malo o znanosti o ISS-u u cjelini.

I gdje je otkrića?

Prije svega, morate napraviti pomalo demotizirajući ulazak. Moderna znanost nije računalna igra u kojoj, u načelu nema beskorisnih istraživanja, a svako otkriće daje vidljivi bonus. I, nažalost, prošla je vremena kada je jedan genij s jednim tipom mogao naći mnogo uređaja radikalno mijenjajući živote. Sada je znanost metodičko kretanje slijepo na svim dostupnim stazama, koje provode velike organizacije, traje godinama i može dovesti do nula rezultata. Stoga, informacije o istraživanju o ISS-u, koje se redovito objavljuju, bez prilagodbe znanstvenom i popularnom pogledu, da bude iskrena, vrlo dosadna. U isto vrijeme, neki od tih eksperimenata su doista zanimljivi, i, ako ne obećavaju instant nevjerojatne rezultate, oni daju nadu za poboljšanje razumijevanja kako je svijet uređen, i gdje se krećemo za nova temeljna i primijenjena otkrića.

Ideju eksperimenta

Poznato je da tvar može biti u četiri fazna stanja - kruta, tekuća, plinovita i plazma. Plazma je 99,9% mase svemira, od zvijezda i završava s međuzvjezdanim plinom. Na kopnu plazme je munja, sjeverna svjetla i, na primjer, plinsko pražnjenje svjetiljke. Plazma koja sadrži čestice prašine također su vrlo česte - to su planetarni prstenovi, komečki repovi, međuzvjezdani oblaci. I ideja o eksperimentu sastojala se u umjetno stvaranju plazme s mikročesticama za prašinu i promatranjem njegovog ponašanja u uvjetima zemaljske gravitacije i mikrogravidnosti.

U prvoj verziji eksperimenta (na slici), ampula s plazmom za prašinu istaknuta je zrakama sunca, prašinu u plazmi istaknula lasera, a označeno područje je snimljeno na fotoaparatu. U budućnosti su primijenjene složenije eksperimentalne instalacije. "Crna bačva" spaljena zajedno s Albert Einsteinom bila je instalacija treće generacije.

rezultati

Eksperimenti u mikrografa opravdali su nade znanstvenika - prašina plazme u svojoj strukturi postala je kristalna ili je pokazala svojstva tekućine. Za razliku od idealnog plina, u kojoj se molekule kreću kaotični (vidi toplinski pokret), prašnjava plazma, koja se plin, pokazuje da su moguća svojstva krutih i tekućih tijela - procesi taljenja i isparavanja.
U isto vrijeme, bilo je neočekivanih otkrića. Na primjer, šupljina se može pojaviti u kristalu. Zašto - još uvijek nije poznato.

Ali najneočekivanije otkriće bilo je da je prašina plazme formirana pod nekim uvjetima spiralnih struktura, sličnih DNA! Možda je čak i podrijetlo života na Zemlji nekako zbog prašine plazme.

Perspektive

Rezultati višegodišnjih studija o eksperimentu "plazma kristal" pokazuju temeljnu priliku:

Formiranje u plazmi prašine nanomaterijala s jedinstvenim svojstvima.

Dnok materijala iz plazme prašine na supstratu i dobije nove vrste premaza - višeslojnih, poroznih, kompozitnih.

Pročišćavanje zraka iz industrijskih i zračenja emisija i čipova plazme.

Plazma sterilizacije neživih objekata i otvorenih rana na živim bićima.

Opisuje provedeno u razdoblju od 2001. do 2014. godine. Uz sudjelovanje ruskih i njemačkih znanstvenika i astronauta, proučavanje kristala plazme na međunarodnoj svemirskoj postaji. Tijekom eksperimenata pronađeno je niz novih učinaka i pojava koje nisu opaženi u uvjetima zemaljske gravitacije i proširuju naše ideje o strukturi i dinamici materije.
Za stručnjake u fizici plazme prašine, kao i svi oni koji su zainteresirani za pitanja proizvodnje modernog svemirskog eksperimenta, organizacije i prakse istraživanja prostora.

POLAZNA TOČKA.
Znanstvena istraživanja u svemiru - poduzeće je multi-faza. Od plana za dovršetak inkarnacije, projekt može trajati više od dvadeset godina. To znači da istraživači moraju biti dovoljno mladi ili da moraju prenijeti svoja znanja i vještine i predstaviti svoje dužnosti na eksperiment mlađim kolegama.

Space studije su različite - mogu postojati studije iz prostora (na primjer, daljinski osjećaj zemlje ili astronomije), proučavanje samog kozmosa (na primjer, proučavanje prostora u blizini, prostorno vrijeme, proučavanje međuplanetary okoliš, kao i individualne planete, mjesec, asteroidi i kometi) studije koristeći specifičnosti prostora (kažu, bestežinski, preciznije govoreći, mikrogravity i ogromne udaljenosti). Neke studije su prikladnije proizvoditi na bespilotnoj letjelici koristeći strojnice i robotike, a drugi zahtijevaju eksperimente koje proizvode ljudi, poput onih koji se proizvode u zemaljskim znanstvenim laboratorijima.

SADRŽAJ
Od autora
1. točka reference
2. "kristal plazme"
3. Space eksperiment je potreban.
4. Kristalizacija rusko-njemačke suradnje
5. Njemačka: eksperimentirajte u paraboličnom letu
6. Njemačka: pokus raketa
7. Rusija: Prvi eksperiment "plazma kristal" u prostoru
8. Kako je rođena međunarodna svemirska postaja
9. Rusko-njemački plan
10. Zbogom "svijetu"
11. Stvaranje eksperimentalne instalacije
12. Splash "Baikonur"
13. Eksperimentirajte "PC-3"
14. Cosmonaut pripremni centar
15. Korolev - prostor grad
16. Eksperiment "PC-3 +"
17. "Kristal plazme" u konstelaciji astronauta
18. Naši sastanci na zemlji
19. Rezultati istraživanja
20. Budućnost je već blizu
21. Završna riječ
Bibliografija.

Besplatno preuzimanje e-knjiga u prikladnom formatu, vidjeti i čitati:
Preuzmite knjigu plazme kristal, svemirski eksperimenti, Fordov V.e., Baturin Yu.m., Morphive G.O., Petrov O.F., 2015 - FiderkaChat.com, brzo i besplatno preuzimanje.

Gravitacija, od kristalnih sfera do molova, ni Petrov A.N., 2013
Podrška za predavanja po stopi laserskih tehnologija, uvod u laserskih tehnologija, Veiko V.P., Petrov a.a., 2009