"Plazmový kryštál" a tajomstvo vesmíru. Experiment "Plazmový kryštál" na ISS bol držaný s novým vybavením

24.09.2019

Tiež

Aký je rozdelenie metód

Esej "Vlastnosti tvorivosti A

Prečo sa Sofya uprednostňovala Chaptokom Mollylly?

Symbolický význam mena obchodu

Samodorizmus je zlý alebo veľmi zlý?

Akademik V. FORTOV, Riaditeľ Inštitútu tepelnej fyziky extrémnych štátov Ruskej akadémie vied.

V apríli 2005 akademik Vladimir Evgenivevič Fortov dostal prestížnu medzinárodnú cenu - zlatú medailu s názvom po Albertovi Einstein, ktorý mu udelil za vynikajúci príspevok k rozvoju fyzickej vedy a medzinárodnej vedeckej spolupráce. Vedecké záujmy akademikého Fortova leží v oblasti fyziky extrémnych látok vrátane plazmy. Ak sa nepočítate temnej záležitosti, plazma je najbežnejším stavom látky v prírode: podľa odhadov, v tomto stave existuje približne 95% bežných záležitostí vo vesmíre. Hviezdy sú plazmové zväzky, ionizovaný plyn s teplotou v desiatkach a stovkách miliónov stupňov. Plazmové vlastnosti tvoria základ moderných technológií, ktorých rozsah je rozsiahly. Plazma vyžaruje svetlo v elektrických žiarovkách, vytvára farebný obraz v plazmových paneloch. Plazmové reaktory Plazmové toky sa používajú na výrobu mikroobvodov, vytvrdzovania kovov a čistiacich povrchov. Plazmové nastavenia recyklovať odpad a vyrábať energiu. Plazmová fyzika je aktívne rozvíjajúcou oblasť vedy, ktorá pre tento deň úžasné objavy sa vykonávajú, pozorujú sa nezvyčajné javy, ktoré vyžadujú porozumenie a vysvetlenia. Jedným z najzaujímavejších javov objavených v nízkoteplotnom plazme je tvorba "plazmatického kryštálu", to znamená, že štruktúra usporiadanej priestorovej z jemných častíc - plazmového prachu.

Veda a život // Ilustrácie

Cosmonauts S. KRIKALEV a Y. GYZENKO Nainštalujte zariadenie "Plazmové kryštál" pre ISS (2001).

Čo je to prachová plazma?

Praz plazmy je ionizovaný plyn obsahujúci prach - častice pevnej látky. Takáto plazma sa často nachádza v priestore: v planetárnych krúžkoch, chate kométy, medziplanetárnych a medzihviezdnych oblakov. Nachádza sa v blízkosti umelých satelitov Zeme av obložení termonukleárnych rastlín s magnetickou retenciou, ako aj v plazmatických reaktoroch, oblúkoch, výbojoch.

V laboratórnych podmienkach dostal American Irving Langmür Irving Langmür po prvýkrát v 20. rokoch minulého storočia. Aktívne ho však aktívne študoval len v poslednom desaťročí. Zvýšený záujem o vlastnosti prachovej plazmy vznikol s vývojom technológií postrekovania plazmy a leptaním v mikroelektronike, ako aj výrobe tenkých filmov a nanočastíc. Prítomnosť pevných častíc, ktoré spadajú do plazmy v dôsledku deštrukcie elektród a stien výtlačnej komory, nielenže vedie k kontaminácii povrchu polovodičových čipov, ale aj narušuje plazmu, často nepredvídateľným spôsobom. Na zníženie alebo prevenciu týchto negatívnych javov je potrebné zistiť, ako prichádzajú spôsoby tvorby a rastu kondenzovaných častíc v plazmovej výbojovej plazme a ako prach plazmy ovplyvňuje vlastnosti vypúšťania.

Plazmový kryštál

Rozmery prachových častíc sú relatívne veľké - z akcií mikrónu na niekoľko desiatok, niekedy stovky mikrónov. Ich poplatok môže mať extrémne veľké množstvo a prekročiť elektrónový poplatok v stovkách a dokonca stovky tisíc krát. Výsledkom je, že priemerná coulombová energia interakcie častíc, úmerná štvorcovým nábojom, môže byť oveľa superpežená ich priemernou tepelnou energiou. Ukazuje sa, že plazma, ktorá sa nazýva syllnoneal, pretože jej správanie nepodlieha zákonom ideálneho plynu. (Pripomeňme, že plazma môže byť považovaná za dokonalý plyn, ak je energia interakcie častíc oveľa nižšia ako ich tepelná energia).

Teoretické výpočty rovnovážnych vlastností prachovej plazmy ukazujú, že za určitých podmienok, silná elektrostatická interakcia "berie hornú časť" nad nízkou tepelnou energiou a spôsobuje, že nabité častice sú určitým spôsobom. Vytvorí sa zjednodušená štruktúra, ktorá dostala názov coulombového alebo plazmatického kryštálu. Plazmatické kryštály sú podobné priestorové štruktúry v kvapaline alebo pevnej látke. Tu sa môžu vyskytnúť fázové prechody, ako je tavenie a odparovanie.

Ak sú prachové plazmové častice dostatočne veľké, plazmový kryštál je možné pozorovať voľným okom. V ranom experimentoch sa tvorba kryštalických štruktúr zaznamenala v systéme nabitých častíc veľkostí železa a hliníkových mikrónov držaných premennými a statickými elektrickými poliami. V neskorších prácach sa uskutočnila kryštalizácia coulombu častíc v slabo podporovanej plazme vysokofrekvenčného výtoku pri nízkom tlaku. Elektronová energia v takejto plazme je trochu elektróbny (EV) a energia iónov je blízka tepelnej energii atómov, ktoré majú izbovú teplotu (~ 0,03 EV). Je to spôsobené tým, že elektróny sú viac mobil a ich prúd zameraný na neutrálne prachovej častice výrazne prevyšuje tok iónov. Krticle "úlovky" elektróny a začína sa nabíjať negatívne. Tento hromadenie záporného poplatku zase spôsobuje odpudzovanie elektrónov a príťažlivosť iónov. Nabíjanie častíc sa zmení až do prietoku elektrónov a iónov na jeho povrchu sú rovnaké. V experimentoch s vysokofrekvenčným výtokom bola náboj častíc prachu negatívny a pomerne veľký (približne 10 4 - 10 5 elektronických nákladov). Mrak nabitých prachových častíc závisel v blízkosti povrchu spodnej elektródy, pretože existovala rovnováha medzi gravitačnými a elektrostatickými silami. S priemerom oblaku v niekoľkých centimetroch vo zvislom smere, počet vrstiev častíc bol niekoľko desiatok a vzdialenosť medzi časticami je niekoľko stoviek mikrometrov.

Objednané štruktúry v tepelnej plazme ...

Na Ústave tepelnej fyziky extrémnych štátov Ruskej akadémie vied (ITP RAS) od roku 1991 študuje prach plazmy a vytvorí rôzne metódy jeho diagnózy. Študuje sa prach plazmy rôznych typov: tepelná plazma, plynová výboj plazmy tlederujúcej a vysokofrekvenčné výboje, fotoéma a jadrová excitovaná plazma.

Tepelná plazma vytvorená v plameňoch plynového horáka pri atmosférickom tlaku má teplotu od 1700 do 2200 k a teplota elektrónov, iónov a neutrálnych častíc je v ňom rovnaká. Pri prúdení takejto plazmy sa skúmalo správanie častíc oxidu sixidu céru (CEO2). Zvláštnosť tejto látky je, že elektróny sú pomerne ľahko lietať z jeho povrchu - prevádzka elektrónového výstupu je len asi 2,75 eV. Preto sa prachové častice naplnia tokom elektrónov a plazmových iónov a v dôsledku termoelektronických emisií vyžarujúcich elektróny s vyhrievanou časticou, ktorá vytvára pozitívny náboj.

Priestorové štruktúry častíc boli analyzované laserovým žiarením, ktoré dávajú korelačnú funkciu g (r), zmysel, z ktorých je nasledovný. Ak opravíte umiestnenie v priestore jedného z častíc, funkcia ukazuje pravdepodobnosť nájdenia akúkoľvek inú časticu na diaľku r. odtiaľto. A to nám umožňuje ukončiť priestorové usporiadanie častíc - chaotické alebo objednané, charakteristické pre kvapalné a kryštalické štruktúry.

Typické korelačné funkcie g (r) Pre CEO 2 Častice v aerosólovom prúde pri izbovej teplote a plazme sú znázornené na chorých. 1. Pri vysokej plazmatickej teplote (2170 K) a nízkej koncentrácii makro-hmotnosti (B) má korelačná funkcia takmer rovnakú formu ako pre prúd konvenčného aerosólu pri teplote miestnosti (A). To znamená, že plazmatické častice interagujú slabo a tvorba objednaných konštrukcií sa nevyskytuje. Pri menšej plazmovej teplote (1700 K) a vyššej koncentrácii častíc má korelačnú funkciu charakteristickú charakteristiku kvapaliny: Existuje výrazné maximum, čo indikuje prítomnosť nízkeho poradia v umiestnení častíc (B) . V tomto experimente bol pozitívny náboj častíc približne 1000 elektrónových nábojov. Relatívne slabo poriadok štruktúry môže byť vysvetlená malým časom plazmatickej existencie (asi 20 tisícin druhého), pre ktorý proces vytvárania plazmatického kryštálu nemá čas dokončiť.

... a tlejúci výboj

V tepelnej plazme je teplota všetkých častíc rovnaká a v plazme výtoku žiariaceho plynu je situácia iná - elektronická teplota je oveľa viac iónov. To vytvára predpoklady pre výskyt objednaných štruktúr prachovej plazmy - plazmatické kryštály.

V púšti žiariaceho plynu za určitých podmienok sú stojaci staskí - pevné zóny nerovného svietivosti, pravidelne striedajú s tmavými intervalmi. Koncentrácia elektrónov a elektrického poľa sú silne nehomogénne pozdĺž dĺžky vrstva. Preto sa v hlave každej stráženia, je vytvorená elektrostatická pasca, ktorá môže s vertikálnou polohou vypúšťacej trubice držať jemné častice v oblasti kladného stĺpika vypúšťania.

Proces tvorby štruktúry je nasledujúci: Micrónové častice nalejené z nádoby v plazme a sú zabudované do štruktúry, ktorá pretrváva, ako dlho s nezmeneným parametrom výtoku. Laserový lúč zdôrazňuje častice v horizontálnej alebo vertikálnej rovine (choré. 2). Tvorba priestorovej štruktúry upevňuje kamkordér. Samostatné častice môžu byť videné vo voľným okom. V experimente sa použili častice niekoľkých typov - duté mikroguľôčky z borosilikátového skla a melamimaldehydových častíc s priemerom od jedného do sto mikrometrov.

V strede strati sa vytvorí prachový mrak s priemerom až niekoľkých desiatok milimetrov. Častice sa nachádzajú v horizontálnych vrstvách, ktoré tvoria šesťuholníkové štruktúry (choré. 3a). Vzdialenosti medzi vrstvami sú od 250 do 400 μm, vzdialenosť medzi časticami v horizontálnej rovine je od 350 do 600 um. Funkcia distribúcie častíc g (r) Má niekoľko vyslovovaných maximá, čo potvrdzuje existenciu dlhého rozsahu v umiestnení častíc a znamená tvorbu kryštálovej štruktúry, hoci plazmové prachové kryštály sú jasne viditeľné a voľne oko.

Zmenou parametrov vypúšťania je možné ovplyvniť formu oblaku častíc a dokonca sledovať prechod z kryštalického stavu do kvapaliny ("tavenie" kryštálu) a potom na plyn. Použitím ne-sférických častíc - nylonové valce s dĺžkou 200 až 300 um, bolo tiež možné získať štruktúru podobnú tekutému kryštálu (chorému. 4).

Prach plazma vo vesmíre

Na zemi sa zabráni pevnosť gravitácie na Zemi ďalších študovaných plazmatických kryštálov. Preto sa rozhodlo začať experimenty vo vesmíre, v podmienkach mikrogravitov.

Prvý experiment uskutočnil astronauts A. Ya. Solovyov a P. V. Vinogradov v ruskom orbitálnom komplexe "Mir" v januári 1998. Museli študovať vytvorenie objednaných plazmových-prachových konštrukcií v beztiažnosti pri pôsobení slnečného svetla.

V sklenených ampulkách naplnených neónmi sa zistili, že sférické častice bronzu s povlakom cézium pri tlakoch 0,01 a 40 torr. Ampulka bola inštalovaná v blízkosti okresu, pretrepané a nahraté s video kamerou pohybom častíc zvýraznených laserom. Pozorovania ukázali, že častice boli pôvodne pohybujúce sa chaotickým a potom sa objaví smerový pohyb, ktorý je spojený s plazmou difúziou na stenách ampulky.

Ďalšia zaujímavá skutočnosť bola nájdená: Po niekoľkých sekundách, po tom, čo sa potriaslo ampulky, častice sa začali držať spolu, tvoriace aglomeráty. Pod pôsobením slnečného žiarenia sa aglomeráty rozpadli. Aglomerácia môže byť spojená so skutočnosťou, že počiatočné okamihy osvetlenia častíc získavajú viacrozmerné poplatky: pozitívne - v dôsledku emisií fotoelektrónov, negatívnych - účtovaných tokmi plazmatických elektrónov emitovaných z iných častíc - a variamosly nabitých častíc spolu s ostatnými.

Analýza správania častíc, môžete odhadnúť množstvo ich poplatku (približne 1000 elektrónových poplatkov). Vo väčšine prípadov sa častice vytvorili iba kvapalnú konštrukciu, hoci niekedy sa vyskytli kryštály.

Na začiatku roku 1998 sa rozhodlo vykonať spoločný rusko-nemecký experiment "plazmový kryštál" na palube ruského segmentu medzinárodnej vesmírnej stanice (PC MKC). Formulácia a príprava experimentu vykonala vedci Ústavu tepelnej fyziky extrémnych štátov Ruskej akadémie vied s účasťou Inštitútu extraterrestriálnej fyziky Max Planck (Nemecko) a Energy Rocket a Space Corporation.

Hlavným prvkom zariadenia je vákuová plazmatická komora (Ill. 5), pozostávajúca z dvoch oceľových štvorcových dosiek a sklenených vložiek štvorcovej sekcie. Na každom z dosiek sú namontované diskové elektródy na vytvorenie vysokofrekvenčného výtoku. Elektródy sú zabudované do injekcie prachových častíc v plazme. Všetky optické systémy, vrátane dvoch digitálnych komôr a dvoch polovodičových laserov na osvetlenie cloudu častíc, je nainštalovaný na pohyblivej doske, ktorý sa dá pohybovať skenovaním štruktúry plazmy-prachu.

Boli vyvinuté a vyrobené dve sady zariadení: technologický (je to aj tréning) a let. Vo februári 2001, po testovaní a predletovým výcvikom na BAIKONUR, letová súprava bola doručená do servisného modulu ruského segmentu ISS.

Prvý experiment s časticami z melamínu formaldehydu sa uskutočnil v roku 2001. Očakávania vedcov boli odôvodnené: prvýkrát tvorba trojrozmerných usporiadaných vysoko meraných častíc mikrónov s veľkým parametrom neidestiálov - trojrozmerné plazmatické kryštály s gorges-centrovaním a rozdielnymi mriežkami zameranými na teplo ).

Schopnosť prijímať a vyšetrovať plazmatické útvary rôznych konfigurácií a rozšírení sa zvyšuje, ak používate vysokofrekvenčné indukčné vypúšťanie. V oblasti medzi homogénnou plazmou a jeho obmedzujúcou stenou alebo okolitým neutrálnym plynom je možné očakávať levitáciu (zamrznutie) oboch jednotlivých nabitých makalov a ich súborov. V cylindrických sklenených skúmavkách, kde je vypúšťanie nadšený kruhovými elektródou, veľký počet častíc visí nad plazmovou tvorbou. V závislosti od tlaku a výkonu vznikajú buď stabilné kryštalické štruktúry, alebo štruktúra s oscilujúcimi časticami, alebo konvekčné toky častíc. Pri použití plochej elektródy, častice visia cez novostavbu naplnenú neónovú banku a tvoria objednanú štruktúru - plazmový kryštál. Takéto experimenty sa doteraz vykonávajú v laboratóriách na Zemi av podmienkach parabolického letu, ale v budúcnosti sa plánuje vytvoriť toto zariadenie na inštaláciu na ISS.

Unikátne vlastnosti plazmatických kryštálov (jednoduchosť získavania, pozorovania a regulácie parametrov, ako aj malých relaxačných časov na rovnováhu a odozvu na vonkajšie perturóny), aby boli vynikajúci predmet v štúdii oboch vlastností silnemínovej plazmy a základných vlastností kryštálov. Výsledky môžu byť použité na simuláciu skutočných atómových alebo molekulárnych kryštálov a štúdium fyzikálnych procesov s ich účasťou.

Štruktúry makrosie v plazme sú dobrý nástroj a pre aplikované problémy spojené s mikroelektronikou, najmä s odstránením nežiaducich prachových častíc pri výrobe čipov, s dizajnom a syntézou malého kryštálu - nanoclllastal, nanokluste Plazmové ukladanie, so separáciou častíc veľkosti, vytvorenie nových vysoko účinných svetelných zdrojov, vytvorenie elektrických jadrových batérií a laserov, pracovná tekutina, v ktorej sú strany rádioaktívnej látky.

Nakoniec je celkom realistické vytvárať technológie, ktoré umožnia kontrolované ukladanie častíc vážených v plazme na substrát, a tým vytvárajú povlaky so špeciálnymi vlastnosťami, vrátane porézneho a kompozitu, ako aj častice formulárov s viacvrstvovým povlakom materiálov s rôznymi vlastnosťami.

Zaujímavé úlohy vznikajú v mikrobiológii, medicíne, ekológii. Zoznam možného použitia prachovej plazmy sa neustále rozširuje.

Podpisy na ilustrácie

Chorý. 1. Korelačné funkcie G (R) ukazuje, ako pravdepodobne nájsť inú časticu vo vzdialenosti R z toho. Pre CEO 2 častice vo vzduchu prúdom pri teplote miestnosti 300 K (A) a v plazme pri teplote 2170 K (B), funkcia označuje chaotickú distribúciu častíc. V plazme pri teplote 1700 K (b) má funkcia maximum, to znamená, že štruktúra vzniká podobná tekutine.

Chorý. 2. Inštalácia pre prach plazmové štúdium v \u200b\u200bDC výbojku je vertikálne orientovaná trubica naplnená neónou pri nízkom tlaku, v ktorej sa vytvorí žiariaci výtok. Za určitých podmienok existujú stojaté stastovy - pevné zóny nerovného svietivosti. Prachové častice sú obsiahnuté v nádobe s dnom sieťovou plochou. Pri pretrepení nádoby častíc padajú častice a visia v stratách, vytvárajú usporiadané štruktúry. Aby bol prach viditeľný, je zvýraznený plochým laserovým lúčom. Rozptýlené svetlo je zaznamenané kamkordérom. Na obrazovke monitora, video obrazu plazmových a prachových konštrukcií, získaných osvetľovacími prachovými časticami s laserovým lúčom v oblasti zelenej spektra.

Chorý. 3. V žiarivom výboji, vzniká objednaná štruktúra prachu (A), ktorá zodpovedá korelačnej funkcii G (R) s niekoľkými vyslovenými maximami charakteristickou pre kryštál (B).

Chorý. 4. Predĺžené prachové častice (s formou valca) sú postavené paralelne s nejakou spoločnou osou. Táto podmienka sa nazýva plazmový tekutý kryštál analogicky s molekulovými kvapalnými kryštálmi, kde je vybraný smer v orientácii dlhých molekúl.

Chorý. 5. Vákuová plazmatická komora na štúdium prachovej plazmy na medzinárodnej vesmírnej stanici (ISS).

Chorý. 6. Špeciálna inštalácia na štúdium plazmatických kryštálov vo vysokofrekvenčnom vypúšťaní s nízkym tlakom bola navrhnutá v Ústave termophysík extrémnych stavov Ruskej akadémie vied. Kryštalická štruktúra je jasne viditeľná, keď sú prachové častice osvetlené laserovými lúčmi v oblasti zelených a červených spektrov.

Chorý. 7. Štruktúry prachových častíc v troch horizontálnych vrstvách plazmového patentového vzdelávania: s objemovou centrancou kúpeľňou s mrežou (na vrchole), babička mriežkou (v strede) a šesťhranným hustým obalom (dno).

SACHAROV TA (R.P.N N-Kryviy, MKOU NIZHNEKISYAYSKAYA SOSH. Polyakova)

1. ARTSIMOVICH LA "Základná plazmová fyzika."

2. http://www.nkj.ru/rchive/articles/1318/ (veda a život, kryštály v prachovej plazme).

3. Robert L. Merlino. Experimentálne vyšetrovania prašných plazmov (angličtina) (PDF). Katedra fyziky a astronómie, Univerzity IowA (17. júna 2005). - Historické preskúmanie prašného plazmového výskumu. Kontrolované 18. júla 2009. Archivované z pôvodného 2. apríla 2012.

4. FORTOV V.E., A.G. SAARD, S.A. Sadavo, V.I. MOLOTKOV, O.F. Petrov. Prach Plazma (RUS.) // UFN. - 2004. - T. 174. - P. 495-544.

5. Tsytovich V.N. Kryštály plazmy, kvapky a mraky (RUS.) // UFN. - 1997. - T. 167. - P. 57-99.

6. Dusty Plazma // nízkoteplotná plazmatická encyklopédia. - M.: Janus-K, 2006. - T. 1.

7. FORTOV V.E. Kryštály s plazmou a prachom a kvapalinami na Zemi a vo vesmíre (RUS) // Bulletin Ruskej akadémie vied. - 2005. - T. 75, č. 11. - P. 1012-1027.

8. KLAMMOV B.A. O kritériách pre tavenie komplexnej plazmy (RUS.) // UFN. - 2010. - T. 180. - P. 1095-1108.

9. Video z YouTube "Štúdium krištáľe v priestore."

Plazma je najbežnejší stav látky v prírode: odhaduje, že v tomto stave je vo vesmíre približne 95% bežných záležitostí. Hviezdy sú plazmové zväzky, ionizovaný plyn s teplotou v desiatkach a stovkách miliónov stupňov. Plazmové vlastnosti tvoria základ moderných technológií, ktorých rozsah je rozsiahly.

Urobil som túto výskumnú prácu, pretože som sa zaujímal o štvrtý stav látky - plazma v modernom svete. Fenomén sa nedávno objavil v plazme s nízkou teplotou, bola fascinovaná - tvorba "plazmatického kryštálu", to znamená, že štruktúra priestorovej objednávky z jemných častíc - plazmový prach.

účel Môj výskum: Získanie nízkoteplotnej plazmy experimentom, oboznámenie sa s kryštálmi plazmového poľa.

Výskumné úlohy:

1. Rozbaliť znalosť "plazmy".

2. Získajte nízkoteplotnú plazmu doma.

3. Zistite rozsah plazmy.

4. Analyzovať informácie získané z rôznych zdrojov a experimentálnych údajov.

Relevantnosť tejto práce je, že nedávno plazmová fyzika je aktívne rozvíjajúcou oblasť vedy, ktorá pre tento deň sa vykonáva úžasné objavy, pozorujú sa nezvyčajné javy, ktoré vyžadujú porozumenie a vysvetlenia. Discovery v tejto oblasti zlepší kvalitu ľudského života: organizovať recykláciu odpadu; výroba alternatívnej energie; Výroba mikroobvodov; zvýšenie sily kovov; Vynález nových plazmových motorov; poraziť škodlivé mikróby; Zlepšiť kvalitu farebných obrázkov v plazmových paneloch; Vysvetlite vývoj vesmíru atď.

Práca s informačnými zdrojmi

História otvárania plazmy

Štvrtý stav hmoty otvoril W. CROX (obr. 1) v roku 1879 a nazývaný "plazma" I. Langmur (obr. 2) v roku 1928, v dôsledku asociácií so štvrtým stavom látky (plazma) s krvnou plazmou .

Obr. 1. W. Krovonz

Obr. 2. I. LENGMÜR

I. Langmür napísal: "Okrem priestoru v blízkosti elektród, kde sa nachádza malé množstvo elektrónov, ionizovaný plyn obsahuje elektróny a ióny v takmer rovnakých množstvách, v dôsledku čoho je systémový nabitý systém veľmi malý. Termín "plazma" používame, aby sme to úplne opísali elektricky neutrálnu oblasť pozostávajúcu z iónov a elektrónov. " .

Koncept plazmy

Plazma - čiastočne alebo úplne ionizovaný plyn vytvorený z neutrálnych atómov (alebo molekúl) a nabitých častíc (ióny a elektróny). Najdôležitejšou vlastnosťou plazmy je jeho kvázi neutralita, čo znamená, že objemové hustoty pozitívnych a negatívnych častíc, z ktorých je vytvorené, sú takmer rovnaké.

Plyn prechádza do plazmatického stavu, ak niektoré z zložiek jeho atómov (molekuly) stratili jeden alebo viac elektrónov z akéhokoľvek dôvodu, t.j. sa zmenili na pozitívne ióny. V niektorých prípadoch môžu v plazme vzniknúť negatívne ióny v dôsledku "lepenia" elektrónov na neutrálne atómy.

Ak zostávajú neutrálne častice v plyne, plazma sa nazýva úplne ionizovaná. Plazmové pokyny plynu zákony a v mnohých ohľadoch sa správa ako plyn. Súčasne plazmové správanie v niektorých prípadoch, najmä keď je vystavené elektrickým a magnetickým poliam, ukazuje sa tak neobvyklý, že často hovorí o novom štvrtom stave látky (obr. 3).

Obr. 3. Štvrtý stav hmoty

Čo je to prachová plazma?

Praz plazmy je ionizovaný plyn obsahujúci prach - častice pevnej látky. Takáto plazma sa často nachádza v priestore: v planetárnych krúžkoch, chvostoch komét, medziplanetárnych a medzihviezdnych oblakov (obr. 4). Nachádza sa v blízkosti umelých satelitov Zeme av obložení termonukleárnych rastlín s magnetickou retenciou, ako aj v plazmatických reaktoroch, oblúkoch, výbojoch.

Obr. 4. Plazmový chvostová kométa

Obr. 5. Plazmové striekanie

Obr. Leptanie Platinum v vodíku

Obr. 7. Tenký polovodičový film

Fig.8. Nanočastice

Plazmový kryštál

Rozmery prachových častíc sú relatívne veľké - z akcií mikrónu na niekoľko desiatok, niekedy stovky mikrónov (obr. 9). Ich poplatok môže mať extrémne veľké množstvo a prekročiť elektrónový poplatok v stovkách a dokonca stovky tisíc krát. Výsledkom je, že priemerná coulombová energia interakcie častíc, úmerná štvorcom náboja, môže byť oveľa vynikajúca v strednej tepelnej energii (obr. 10). Ukazuje sa, že plazma, ktorá sa nazýva veľmi nedokonalý, pretože jeho správanie nepodlieha zákonom dokonalého plynu. (Pripomeňme, že plazma môže byť považovaná za dokonalý plyn, ak je energia interakcie častíc oveľa nižšia ako ich tepelná energia).

Obr. 9. Plazmový kryštál

Obr. 10. COULOMB PROBRE

Teoretické výpočty rovnovážnych vlastností prachovej plazmy ukazujú, že za určitých podmienok, silná elektrostatická interakcia "berie hornú časť" nad nízkou tepelnou energiou a spôsobuje, že nabité častice sú určitým spôsobom. Vytvorí sa zjednodušená štruktúra, ktorá dostala názov coulombového alebo plazmatického kryštálu. Plazmatické kryštály sú podobné priestorové štruktúry v kvapaline alebo pevnej látke (obr. 11). Tu sa môžu vyskytnúť fázové prechody, ako je tavenie a odparovanie.

Obr. 11. Plazmový kryštál

Ak sú prachové plazmové častice dostatočne veľké, plazmový kryštál je možné pozorovať voľným okom.

Získanie nízkoteplotnej plazmy doma

Po niektorých štúdiách, vlastnostiach a vlastnostiach plazmy som bol schopný získať skúsenosti s domácou nízkou teplotou plazmy (video "plazma získanie"). Na tento účel potrebujem nasledujúce zariadenie: Mikrovlnná rúra, vody odolné voči vetru, sklenená nádoba.

Obr. 12. prípravná fáza

Skúsenosti:

1. Od začiatku som vytiahol sklenenú misku z mikrovlnnej rúry, na ktorej sa výrobky otáčajú pri zahrievaní. Pripravený zápas (obr. 12).

2. Potom v mikrovlnnom centre, dal som zápas a osvetlil ju.

3. Potom som zakryl zápas so sklenenou nádobou, potom zavrel mikrovlnnú rúru, zapnutila ho nastavením funkcie vykurovania produktu (obr. 13).

4. Po určitom množstve času, možno vidieť ako plazma je vytvorená v sklenenej nádobe s horiacim zápasom (obr. 14).

Obr. 13. Zhoda pod sklenenou nádobou v mikrovlnnej rúre

Obr. 14. Plazma s nízkou teplotou

Vďaka tomuto jednoduchému zážitku je možné vidieť, ako je plyn ionizovaný pod pôsobením teploty a tým sa získa čiastočne ionizovaná plazma. Ak by som sa spravil tak jednoducho získať nízkoteplotnú plazmu, potom je možné získať v podnikoch, pričom náklady na získanie je minimálne.

Závery

Podarilo sa mi dostať nízkoteplotnú plazmu doma. Rozšíril som svoje vedomosti o tejto otázke, naučil som sa veľa nových a zaujímavých. Veľmi som sa zaujímal o túto tému a som si istý, že keď si zvolím profesiu, táto výskumná práca opustí vašu známku.

"Chaotická" plazma je 5. stav látky. Kryštalická plazma je stav "organizovanej" plazmy, kde nie je potrebné držať magnetické pole. Plazmové vlastnosti tvoria základ moderných technológií, ktorých rozsah je rozsiahly.

Domnievam sa, že plazma je symbolom budúcnosti, najdôležitejším odvetvím, bez ktorého je ďalší rozvoj civilizácie nemysliteľný. Plazma podľa môjho názoru alternatívny zdroj energie a lekára ekológie.

Bibliografická referencia

Skoblikov A.a. Získavanie nízkoteplotnej plazmy, oboznámenie sa s plazmovými oblasťami kryštálov / začne vo vede. - 2016. - № 2. - P. 133-136;
URL: http://science-start.ru/ru/article/view?id\u003d51 (dátum manipulácie: 03/28/2019).

Legendárny experiment, ktorý sa začal na sovietskej orbitálnej stanici "mier", pokračoval na ISS s novým vybavením. Jedinečné zariadenie, ktoré bolo nedávno prijaté na palube vesmírnej stanice, je zariadenie ďalšieho regulátora prietoku plynu. Poskytne príležitosť získať presnejšie výsledky počas experimentu na štúdiu plazmy a zvýši jej čistotu. Údaje o tom, čo je prašná plazma, dostanú predtým neznáme informácie o vesmíre, vytvárajú kompaktné energetické batérie a lasery, rozvíjajú novú technológiu rastúcej technológie diamantov a slúži ako základ pre rozvoj plazmového lieku.

Akákoľvek látka môže byť v štyroch fázových stavov - pevná, kvapalná, plynná a plazma. Plazma je viac ako 99% viditeľnej hmotnosti vesmíru, počnúc hviezdami a končí medzihviezdičkovým plynom. Plazma obsahujúca prachové častice sú veľmi časté vo vesmíre - to sú planétové krúžky, chvosty komét, medzihviezdne mraky.

Štúdium plazmy s mikročastice s veľkosťou niekoľkých mikrónov (prachové častice) a monitorovanie jej správania v podmienkach mikrogravitov, v ktorých sa vyskytuje takmer úplná kompenzácia hmotnosti mikročastíc, je už viac ako dve desaťročia. Späť v januári 1998, kozmonauts Anatoly Soloviev a Pavel Vinogradov boli vykonané pri inštalácii "plazmového kryštálu-1" (PC-1), prvý experiment na štúdium fyziky plazmových-prachových konštrukcií, vrátane plazmatických kryštálov a kvapalín . V auguste toho istého roku, výskum na zariadeniach PC-2, pozostávajúce z plynovej výbojovej trubice a zariadenia na nahrávanie videa, sa začala viesť výskum na zariadeniach PC-2. V marci 2001, Sergey Krikalev a Yuri Gyzenko uskutočnili prvé zasadnutie experimentu na ISS pri inštalácii PC-3, vytvorené spoločne ruských a nemeckých špecialistov. Prvé experimenty v novej inštalácii "Plazmové Crystal-4", vytvorené spoločne vedcov zo spoločného vysokoteplotného ústavu (RAS a nemeckej vesmírnej agentúry (DLR), sa začali v júni 2015. V procese výskumu bola odhalená potreba zlepšiť túto inštaláciu. V júli tohto roka bola doručená dodatočné vybavenie na zlepšenie kvality experimentu "plazmový kryštál-4".

Účelom vedcov je získať a študovať kryštály s plazmou a iné usporiadané štruktúry v plazme. Najmä nám umožňuje študovať zákony procesov, ktoré sa vyskytujú v protozolách, prototesných prstencoch a iných nebeských orgánoch. V priebehu experimentov sa mikroskopické častice určitej veľkosti (priemer niekoľkých mikrometrov) vložia do neónovej alebo argónovej plazmy v plynovej výbojke. Keď mikročastice spadajú do plazmy, zbierajú elektróny a pozitívne ióny, čo vedie k zápornému náboja v dôsledku vyššej mobility elektrónov. Mikročastice sa od seba odpudzujú a tvoria rôzne trojrozmerné štruktúry. Takýto výskum nemožno vykonávať na Zemi, pretože prachové častice podliehajú gravitácii a môžu tvoriť buď dvojrozmerné štruktúry alebo silne deformované (stlačené) trojrozmerné.

Napriek tomu, že za dvadsiaty histórie štúdie prachovej plazmy dostal veľa nových zaujímavých dát, stále sa nepodarilo vytvoriť kompletný matematický model správania samonorganizovaných častíc. Nové zariadenia, ktoré vyvinuli vedci z AII RAS a DLR umožní čisté pokusy znížením prietoku plynu, ktorý tvorí plazmu na desiatky časov. Teraz môžete rozšíriť rozsah tlaku plynu a získať nové poznatky o procesoch v prachovej plazme.

Keď sú mikročastice v plazme, majú rad síl. Jeden z hlavných - elektrických, ovplyvňujúcich časticu v odbore. Druhou je sila iónových záľuby. Tretí je trenie o plyne: Ak telo vstúpi do atmosféry, potom stráca rýchlosť presne kvôli tomu, "povedal senior výskumník, senior výskumník, OVT RAN, ANDREI LIPAEV. - Preto, keď zorganizujeme režim protokolu, vyskytuje sa druh vietor, ktorý nesie častice. Zariadenie, ktoré bolo použité najskôr na prekročenie prietoku počas prevádzky v komplexných podmienkach kozmického experimentu, začalo významný únik plynu a častice jednoducho vykonávajú prietok.

Na vyriešenie tohto problému sa špecialisti SBR RAS a DLR vyvinuli ďalšie zariadenie, ktoré vám umožní plne kontrolovať prietok plynu pomocou vonkajšieho regulátora tlaku a dvoch ďalších ventilov. Takže je možné dosiahnuť stabilnú polohu častíc. V dôsledku toho vedci majú možnosť plne kontrolovať experimentálne podmienky.

Môžeme povedať, že doteraz sme jednoducho nemohli získať potrebnú kontrolu nad tokom plynu, a preto vysoko kvalitné výsledky. Predtým bola práca s časticami menej ako 3 mikróny jednoducho nemožné. Medzitým sú častice približne 1 mikróny zaujímavé z hľadiska štúdia takýchto procesov, ako je tvorba konštrukcií, povedal Andrei Lipaev.

Nové zariadenie už bolo nainštalované na ISS, zo strany sa obrázok prenáša do centra riadenia letu. Zamestnanci ASTF RAS dostávajú telemetriu a video experimentu, zvukové kanály komunikácie s doskou ISS sú tiež prácou - môžete počuť, ako sa konajú rokovania. Nový viacdňový experiment pomocou dodatočného vybavenia na štúdium prachových častíc v plazme nedávno bolo dokončené a odôvodnené očakávania. Vedci teraz budú vykonávať podrobnú analýzu jej výsledkov.

Podľa Izvestia, riaditeľ OVT RAS, OLEG PETROV, získaný počas experimentu, údaje pomôže pochopiť podstatu procesov samoobsluhy.

Štúdia systému je otvorený disipatívny systém: je tu konštantný prílev energie a jeho trvalý odtok. Takéto systémy sú charakteristické pre všetky živé organizmy. Čo sa stane s týmto systémom, aký druh seba-organizuje javy? To všetko môže a malo by sa preskúmať, "povedal Oleg Petrov.

Údaje o tom, čo je prašná plazma môže priniesť väčšie praktické výhody: umožnia najmä vytvoriť nové kompaktné energetické batérie a lasery a rozvíjať technológiu rastúcej diamantov v podmienkach mikrogravitov. Údaje z ISS sú tiež dôležité pre rozvoj plazmového lieku, ktorej podstata je, že nízkoteplotná plazma môže iniciovať, stimulovať a monitorovať komplexné biochemické procesy v živých systémoch.

Experiment PK-4 sa vykonáva s podporou Roskosmos a Európskej vesmírnej agentúry.

V novembri bolo oznámené ukončenie experimentu ISS "Plazmový kryštál". Špeciálne vybavenie pre experiment bol umiestnený v nákladnej lodi "Albert Einstein" a spálil s ním cez Tichý oceán. Takže dlhý príbeh skončil, pravdepodobne najznámejší priestorový experiment. Chcem o ňom povedať a trochu o vede na ISS ako celok.

A kde sú objavy?

Po prvé, musíte urobiť trochu demotizujúci vstup. Moderná veda nie je počítačová hra, kde v zásade neexistuje zbytočný výskum, a každý objav dáva výrazný bonus. A alas, časy prešli, keď jediný jediný typ génius mohol nájsť veľa zariadení radikálne meniacich životov. Teraz veda je metodickým pohybom slepo na všetkých dostupných cestách, ktoré vykonávajú veľké organizácie, trvá roky a môže viesť k nulovým výsledkom. Preto informácie o výskume ISS, ktoré sú pravidelne zverejnené, bez prispôsobenia sa vedeckému a populárnemu vzhľadu, aby boli úprimní, veľmi nudné. Súčasne sú niektoré z týchto experimentov naozaj zaujímavé, a ak sľubujú okamžité rozprávkové výsledky, dávajú nádej na zlepšenie chápania toho, ako je svet usporiadaný, a kde sa presunieme na nové základné a aplikované objavy.

Myšlienka experimentu

Je známe, že látka môže byť v štyroch fázových stavov - pevná, kvapalná, plynná a plazma. Plazma je 99,9% hmotnosti vesmíru, od hviezd a končí medzihviezdičkovým plynom. Na zemi plazmy je blesk, severné svetlá a napríklad plynové výbojky. Prazmové obsahujúce prachové častice sú tiež veľmi časté - to sú planétové prstene, komatické chvosty, medzihviezdne mraky. A myšlienka experimentu pozostávala v umelo vytváraní plazmy s prachovými mikročasticami a pozorovaním jeho správania v podmienkach pozemskej gravitácie a mikrogravity.

V prvej verzii experimentu (na obrázku), ampulka s prachnou plazmou bola zvýraznená lúčom slnka, prach v plazme zvýraznený laserom a zvýraznená plocha bola natáčaná na fotoaparáte. V budúcnosti sa použili zložitejšie experimentálne inštalácie. "Čierny barel" spálený spolu s Albertom Einsteinom bol inštaláciou tretej generácie.

výsledok

Experimenty v mikrografoch odôvodnené nádeje vedcov - prach plazmy vo svojej štruktúre sa stal kryštalickým alebo vykazoval vlastnosti kvapalín. Na rozdiel od ideálneho plynu, v ktorom molekuly sa pohybujú chaotické (pozri pohybu tepla), prašná plazma, je plyn, ukazuje, že vlastnosti tuhých a kvapalných telies - tavenie a odparovacie procesy sú možné.
Zároveň boli neočakávané objavy. Napríklad, dutina sa môže vyskytnúť v kryštáli. Prečo - je stále neznáma.

Ale najočakávanejší objav bol, že prach plazmy bol vytvorený za niektorých podmienok špirálových štruktúr, podobne ako DNA! Možno aj pôvod života na Zemi je nejako spôsobený prachovým plazmou.

Perspektívy

Výsledky trvalých štúdií na experimente "plazmový kryštál" ukazujú základnú príležitosť:

Tvorba prachovej plazmy nanomateriálov s jedinečnými vlastnosťami.

Depozícia materiálov z prachu plazmy na substráte a získať nové typy povlakov - viacvrstvové, porézne, kompozitné.

Čistenie vzduchu z priemyselných a radiačných emisií a leptacích plazmy.

Plazmová sterilizácia neivých objektov a otvorených rán na živé bytosti.

Opisuje v období rokov 2001-2014. S účasťou ruských a nemeckých vedcov a astronautov štúdium plazmových kryštálov na medzinárodnej vesmírnej stanici. Počas experimentov sa zistilo, že množstvo nových účinkov a javov neboli pozorované v podmienkach pozemskej gravitácie a rozšíriť naše myšlienky o štruktúre a dynamike hmoty.
Pre špecialistov vo fyzike prachovej plazmy, ako aj všetkých tých, ktorí majú záujem o otázky produkcie moderného vesmírneho experimentu, organizácie a praxe prieskumu vesmíru.

ŠTARTOVACÍ BOD.
Vedecký výskum vo vesmíre - podnik je viacstupňová. Z plánu na dokončenie inkarnácie môže projekt trvať dlhšie ako dvadsať rokov. To znamená, že výskumníci musia byť dostatočne mladí, alebo že môžu musieť vyjadriť svoje vedomosti a zručnosti a prezentovať svoje povinnosti na experimentovaní mladším kolegom.

Priestorové štúdie sú odlišné - môžu existovať štúdie z vesmíru (napríklad diaľkové snímanie zeme alebo astronómie), štúdium samotného kozmos (napríklad štúdium priestoru blízkych zeme, vesmírnom počasí, štúdium medziplanetárneho Životné prostredie, ako aj jednotlivé planéty, Mesiac, asteroidy a kométy) Štúdie s použitím špecifických vlastností priestoru (hovoria, beztiažšie, presnejšie hovoriť, mikrogravita a obrovské vzdialenosti). Niektoré štúdie sú vhodnejšie produkovať na bezpilotnej kozmickej lode s použitím strojových zbraní a robotiky, a iné vyžadujú experimenty produkované ľuďmi, ako sú tie, ktoré sú vyrábané v pozemských vedeckých laboratóriách.

Obsah
Od autorov
1. Referenčný bod
2. "Plazmatický kryštál"
3. Je potrebný priestorový experiment.
4. Kryštalizácia ruskej spolupráce
5. Nemecko: Experiment v parabolickom lete
6. Nemecko: Rocket Experiment
7. Rusko: Prvý experiment "Plazmový kryštál" vo vesmíre
8. Ako sa narodila medzinárodná vesmírna stanica
9. Ruský-nemecký plán
10. Rozlúčka s "svetom"
11. Vytvorenie experimentálnej inštalácie
12. Splash "BAIKONUR"
13. Experiment "PC-3"
14. Cosmonaut Prípravné centrum
15. KOROLEV - Space City
16. Experiment "PC-3 +"
17. "Plazmový kryštál" v súhvezdí astronautov
18. Naše stretnutia na Zemi
19. Výsledky výskumu
20. Budúcnosť je už blízko
21. Konečné slovo
Bibliografia.

Bezplatne Stiahnuť E-Book V pohodlnom formáte, pozrite si a čítajte:
Stiahnite si knihu Plazmový kryštál, Space Experiments, Fordov V.E., Baturin Yu.M., Morphive G.O., Petrov O.F., 2015 - Fileskachat.com, rýchle a bezplatné na stiahnutie.

Gravitácia, z krištáľových guľôčok do Móle, ani Petrov A.N., 2013
Podpora prednášok v sadzbe laserových technológií, Úvod do laserových technológií, Veiko V.P., Petrov A.A., 2009