"Plazma kristali" ve evrenin sırları. ISS'deki "Plazma Kristal" deneme yeni ekipmanlarla yapıldı.

24.09.2019

Ayrıca oku

Süpürgelerin dağılımı nedir

Deneme "Yaratıcılığın Özellikleri A

Sofya neden Chapkom Mollylly'yi tercih etti?

Mağaza Eery A adının sembolik anlamı

Samodorizm kötü ya da çok kötü mi?

Akademisyen V. Fortov, Rus Bilimler Akademisi'nin Aşırı Devletleri Termal Fiziği Enstitüsü Müdürü.

Nisan 2005'te Akademisyen Vladimir Evgenievich Fortov, Prestijli Uluslararası Ödül aldı - Albert Einstein'dan Sonra Altın Madalya, Fiziksel Bilim ve Uluslararası Bilimsel İşbirliğinin Gelişimine Üstün Üstün Katkı için ödüllendirildi. Akademisyen Fortov'un bilimsel çıkarları, plazma dahil olmak üzere aşırı maddelerin fiziği alanında yatmaktadır. Eğer karanlık meseleyi saymazsanız, plazma, doğadaki maddenin en yaygın durumudur: tahminlere göre, bu durumda, evrendeki olağan maddenin yaklaşık% 95'i vardır. Yıldızlar, plazma demet, onlarca derece ve yüz milyonlarca derecede sıcaklıklı iyonize gazdır. Plazma özellikleri, kapsamı kapsamlı olan modern teknolojilerin temelini oluşturur. Plazma elektrik lambalarında ışık yayar, plazma panellerinde renkli bir görüntü oluşturur. Plazma reaktörleri plazma akışları, mikrokirkit, sertleştirici metallerin ve temizleme yüzeylerinin üretimi için kullanılır. Plazma ayarları atıkları geri dönüştürür ve enerji üretir. Plazma fiziği aktif olarak gelişen bir bilim alanıdır, bu günün muhteşem keşiflerinin yapıldığı, olağandışı fenomenler gözlenir, anlayış ve açıklamalar gerektirir. Düşük sıcaklıkta plazmada keşfedilen en ilginç fenomenlerden biri, bir "plazma kristalinin" oluşturulmasıdır, yani ince parçacıklar - plazma tozudan uzamsal düzenli bir yapıdır.

Bilim ve hayat // illüstrasyon

Kozmonotlar S. Krikalev ve Y. Gyzenko, ISS (2001) için "Plazma Kristal" ekipmanını yükleyin.

Toz plazması nedir?

Plazmanın tozu, bir katı madde parçacıkları içeren iyonize bir gazdır. Bu tür plazma genellikle uzayda bulunur: gezegensel halkalarda, kuyruklu yıldız evleri, interplanetary ve yıldızlararası bulutlar. Dünyanın yapay uydularının ve termonükleer bitkilerin manyetik tutma ile ve plazma reaktörlerinde, yayların, deşarjlarda olduğu gibi bulunmuştur.

Laboratuvar koşullarında, Amerikan Irving Langmür Irving Langmür, son yüzyılın 20'sinde ilk kez bir toz plazması aldı. Ancak, aktif olarak sadece son on yılda okuyordu. Toz plazmasının özelliklerine artan ilgi, plazma püskürtme teknolojilerinin gelişimi ve mikroelektronikteki aşındırma ve ince filmlerin ve nanopartiküllerin üretilmesiyle ortaya çıkmıştır. Elektrotların ve tahliye odasının duvarlarının tahrip edilmesinin bir sonucu olarak plazmaya düşen katı parçacıkların varlığı, yalnızca yarı iletken cips yüzeyinin kirlenmesine neden olur, ancak plazmayı, çoğu zaman öngörülemeyen bir şekilde çevrelenir. Bu negatif fenomenleri azaltmak veya önlemek için, gazı boşaltma plazmasında yoğunlaştırılmış parçacıkların oluşum ve büyümesi işlemlerinin nasıl geldiğinden ve plazma tozunun deşarj özelliklerini etkilediği için nasıl olduğunu anlamak gerekir.

Plazma kristali

Toz parçacıklarının boyutları nispeten büyüktür - mikronun paylarından birkaç ona, bazen yüzlerce mikron. Onların ücreti, son derece büyük bir miktara sahip olabilir ve yüzlerce binlerce binlerce kez elektron şarjını aşabilir. Sonuç olarak, partiküllerin etkileşiminin ortalama coulomb enerjisi, şarj karesinin karesi ile orantılı olarak ortalama termal enerjileriyle çok superoplanmış olabilir. Davranışı, ideal gazın yasalarına tabi olmadığından, Sylnoneal olarak adlandırılan plazmayı ortaya çıkar. (Parçacıkların etkileşiminin enerjisi termal enerjilerinden çok daha az olması durumunda plazmanın mükemmel gaz olarak kabul edilebileceğini hatırlayın).

Toz plazmasının denge özelliklerinin teorik hesaplamaları, belirli koşullar altında, güçlü elektrostatik etkileşimin "düşük termal enerjinin üst kısmını" üstlendiğini ve yüklü parçacıkların boşluğa belirli bir şekilde sıraya girmesine neden olduğunu göstermektedir. Coulomb veya plazma kristalinin adını alan aerodinamik bir yapı oluşturulur. Plazma kristalleri, sıvı veya katıdaki mekansal yapılara benzer. Erime ve buharlaşma gibi faz geçişleri burada olabilir.

Toz plazma parçacıkları yeterince büyükse, plazma kristali çıplak bir gözle görülebilir. Erken deneylerde, kristalin yapıların oluşumu, değişkenler ve statik elektrik alanları tarafından tutulan yüklü demir ve alüminyum mikron boyutlarında, yüklü parçacıklar sisteminde kaydedilmiştir. Daha sonraki çalışmalarda, düşük basınçta yüksek frekanslı boşalmanın zayıf bir şekilde teşvik edilmesinde partiküllerin coulomb kristalleşmesi yapıldı. Böyle bir plazma içindeki elektron enerjisi biraz elektroniktir (EV) ve iyonların enerjisi, oda sıcaklığına (~ 0.03 EV) olan atomların termal enerjisine yakındır. Bunun nedeni, elektronların daha mobil olduğu ve nötr toz parçasına yönlendirilen akımlarının iyonların akışını önemli ölçüde aşması gerçeğinden kaynaklanmaktadır. Parçacık "yakalar" elektronları yakalar ve negatif olarak şarj edilmeye başlar. Bu biriken negatif şarjı, elektronların ve iyonların çekiciliğine dayanmasına neden olur. Partikülün şarjı, elektronların akışları ve yüzeydeki iyonların akışları eşittir. Yüksek frekanslı tahliyeye sahip deneylerde, toz parçacıklarının şarjı negatif ve oldukça büyüktü (yaklaşık 10 4 - 105 elektronik şarj). Yüklü toz parçacıklarının bulutu, alt elektrotun yüzeyine yakındır, çünkü yerçekimi ve elektrostatik kuvvetler arasında bir denge vardı. Bulutun çapı ile birkaç santimetre dikey yönde, parçacık tabakalarının sayısı birkaç on olasıydı ve parçacıklar arasındaki mesafe birkaç yüz mikrometredir.

Termal plazmada sipariş edilen yapılar ...

Rusça Bilimler Akademisi'nin Termal Fiziği Enstitüsü'nde (ITP RAS) 1991'den beri bir toz plazması inceleniyor ve tanı için çeşitli yöntemler yaratıyor. Farklı tiplerin plazmasının tozu incelenmektedir: termal plazma, smoldering ve yüksek frekanslı boşalma plazması, photemisyon ve nükleer-heyecanlı plazma.

Gaz brülörünün atmosferik basınca göre alevinde oluşan termal plazma, 1700 ila 2200 K arasında bir sıcaklığa sahiptir ve elektronların, iyonların ve nötr parçacıkların sıcaklığı içinde eşittir. Bu tür plazmanın akışında, seryum dioksit parçacıklarının (CEO2) davranışı incelenmiştir. Bu maddenin tuhaflığı, elektronların yüzeyinden uçması oldukça kolaydır - bir elektron çıkışının çalışması sadece 2.75 EV'dir. Bu nedenle, toz partikülleri hem elektronların ve plazma iyonlarının akışları ile doldurulur ve ısıtılmış bir parçacık içeren termoelektronik emisyon yayan elektronlar, pozitif bir yük oluşturur.

Partiküllerin mekansal yapıları, korelasyon fonksiyonunu veren lazer radyasyonu ile analiz edildi. g (r), anlamı aşağıdaki gibidir. Konumu parçacıklardan birinin boşluğundaki sabitlerseniz, işlev bir mesafeden başka bir parçacık bulma olasılığını gösterir. r. bundan. Ve bu, parçacıkların mekansal düzenlemesi hakkında sonuçlandırmamızı sağlar - kaotik veya emir, sıvı ve kristalin yapıların özelliği.

Tipik korelasyon fonksiyonları g (r) CEO için oda sıcaklığında aerosol jetindeki parçacıklar ve plazma hastalarda temsil edilir. 1. Yüksek plazma sıcaklığında (2170 K) ve düşük bir makro-kütle (B) konsantrasyonu, korelasyon fonksiyonu, oda sıcaklığında (a) geleneksel bir aerosol jeti için neredeyse aynı formda bulunur. Bu, plazma parçacıklarının zayıf bir şekilde etkileşime girdiği ve sıralanan yapıların oluşumu gerçekleşmesi anlamına gelir. Daha az bir plazma sıcaklığında (1700 K) ve daha yüksek bir parçacık konsantrasyonu, korelasyon fonksiyonu bir sıvının formunu alır: parçacıkların (B) konumunda düşük bir sıranın varlığını belirten belirgin bir maksimum var. . Bu deneyde, partiküllerin olumlu şarjı yaklaşık 1000 elektron şarjıydı. Yapının nispeten zayıf bir düzen düzeni, plazma kristalinin oluşturulması sürecinin tamamlanması için zamanın olmadığı plazma varlığının (bir saniyenin yaklaşık 20 binde) arasında bir süredir açıklanabilir.

... ve smoldering deşarjı

Termal plazmada, tüm parçacıkların sıcaklığı aynıdır ve parlayan gaz akıntısının plazmasında, durum farklıdır - elektronik sıcaklık çok daha fazla iyondur. Bu, toz plazma - plazma kristallerinin sipariş edilen yapılarının oluşması için önkoşullar oluşturur.

Bazı koşullar altında parlayan gaz akıntısında durgun durgunluklar vardır - düzenli olarak karanlık aralıklarla düzenli olarak alternatif olarak düzensiz parlaklık bölgeleri vardır. Elektronların ve elektrik alanının konsantrasyonu, tabakaların uzunluğu boyunca güçlü bir şekilde homojendirilir. Bu nedenle, her bir akışın başında, boşaltma borusunun dikey konumu ile ince partikülleri, pozitif boşalma sonrası alanındaki ince parçacıkları tutabilen bir elektrostatik tuzak oluşturulur.

Yapıyı oluşturma işlemi aşağıdaki gibidir: Boşaltma içindeki kabın dışına dökülen mikron partikülleri plazmada şarj edilir ve boşaltılmamış parametrelerle ne kadar süreyle devam eden yapıya dönüştürülür. Lazer ışını, partikülleri yatay veya dikey düzlemde vurgular (hasta 2). Mekansal yapının oluşumu kamerayı düzeltir. Çıplak gözle ayrı parçacıklar görülebilir. Deneyde, birkaç tür parçacıklar kullanılmıştır - bir ila yüz mikrometreden bir çapa sahip borosilikat cam ve melamimaldehit parçacıklarından içi boş mikrosferler kullanılmıştır.

Strati'nin merkezinde, birkaç on milimetre çapı ile bir toz bulutu oluşturulur. Parçacıklar, altıgen yapılar (hasta 3A) oluşturan yatay katmanlarda bulunur. Katmanlar arasındaki mesafeler 250 ila 400 μm'dir, yatay düzlemdeki parçacıklar arasındaki mesafe 350 ila 600 um'dir. Parçacık dağıtım fonksiyonu g (r) Parçacıkların bulunduğu yerde uzun menzilli bir sıranın varlığını doğrulayan ve plazma toz kristalleri açıkça görülebilen ve çıplak gözler olmasına rağmen, partiküllerin bulunduğu ve bir kristal yapının oluşumu anlamına gelen birçok belirgin maxima sahiptir.

Deşarjın parametrelerini değiştirerek, partikül bulutunun şeklini etkilemek ve hatta kristalin durumdan sıvıya (kristalin "erime" ve sonra gaza geçişi bile gözlemlemek mümkündür. Küresel olmayan parçacıkların kullanılması - 200-300 μm uzunluğunda naylon silindirler, bir sıvı kristaline benzer bir yapı elde etmek de mümkündü (hasta 4).

Uzayda toz plazması

Yerde, yerçekimin gücü, plazma kristallerini daha da incelemek için dünyaya engellenir. Bu nedenle, uzayda deneylere, mikrogravite koşullarında başlamaya karar verildi.

İlk deney, Astronotlar A. YA. Solovyov ve P. V. Vinogradov, Ocak 1998'de Rus Orbital Kompleksi "Mir" deki. Sipariş edilen plazma tozu yapılarının oluşumunu, güneş ışığı etkisiyle ağırlıksızlığa göre incelemek zorunda kaldılar.

Neon ile doldurulmuş cam ampullerde, 0.01 ve 40 Torr basınçlarında sezyum kaplamalı küresel bronz parçacıkları bulundu. Ampul, bir lazer tarafından vurgulanan parçacıkların bir video kamera hareketi ile çalkalanmış ve kaydedildi. Gözlemler, parçacıkların başlangıçta kaotik hareket ettiğini ve ardından ampulün duvarlarındaki plazma difüzyonu ile ilişkili olan bir yön hareketi göründüğünü göstermiştir.

Başka bir ilginç gerçek bulundu: Birkaç saniye sonra, ampulü salladıktan sonra, parçacıklar birbirine yapışmaya başladı, aglomeratlar oluşturuyor. Güneş ışığının etkisi altında, aglomeratlar çürür. Aglomerasyon, partiküllerin başlangıç \u200b\u200banlarının çok boyutlu yükler kazanması gerçeği ile ilişkili olabilir: pozitif - fotoelektronların emisyonu nedeniyle, negatif - diğer parçacıklardan yayılan plazma elektronların akışları tarafından tahsil edildiği - ve variemlessly yüklü parçacıklar çubuğu birbirleriyle birlikte.

Partiküllerin davranışını analiz edin, ücretlerinin miktarını tahmin edebilirsiniz (yaklaşık 1000 elektron şarjı). Çoğu durumda, partiküller sadece bir sıvı yapı oluşturdu, ancak bazen kristaller oluştu.

1998 yılının başlarında, Uluslararası Uzay İstasyonu'nun (PC MKC) 'nin Rus segmentinde ortak bir Rus-Almanca deneyini "Plazma Kristali" yapmaya karar verildi. Deneyin formülasyonu ve hazırlanması, MAX Planck (Almanya) ve Enerji Roket ve Space Corporation of Market Fiziği Enstitüsü'nün Kurumsal Bilimler Akademisi'nin Termal Fiziği Enstitüsü Enstitüsü'nün Bilim İnsanları tarafından yapıldı.

Ekipmanın ana elemanı, iki çelik kare plaka ve bir kare bölümün cam ekinden oluşan bir vakum plazma odası (5). Plakaların her birinde, yüksek frekanslı bir boşalma oluşturmak için disk elektrotları monte edilir. Elektrotlar plazmadaki toz parçacıklarının enjeksiyonuna yerleştirilir. İki dijital oda ve partikül bulutunu aydınlatmak için iki yarı iletken lazer de dahil olmak üzere tüm optik sistem, bir plazma tozu yapısını tarayarak hareket ettirilebilen hareketli bir plakaya monte edilir.

İki ekipman grubu geliştirildi ve üretildi: Teknolojik (aynı zamanda eğitim) ve uçuş. Şubat 2001'de, Baikonur'daki test ve uçuş öncesi eğitimden sonra, Uçuş Takımı, İspanlığı'nın Rusça segmentinin hizmet modülüne teslim edildi.

Melamin formaldehitinden parçacıklarla ilk deney 2001 yılında yapıldı. Bilim adamlarının beklentileri haklı idi: ilk defa üç boyutlu, yüksek derecede ölçülen mikron boyutlu partiküllerin oluşumu, büyük bir parametreye sahip yüksek ölçülen mikron boyutlu parçacıklar - Gorges merkezli üç boyutlu plazma kristalleri ve hacim merkezli kafesler bulundu (ILILLE 7 ).

Yüksek frekanslı bir indüksiyon boşalması kullanıyorsanız, çeşitli konfigürasyonların ve uzantıların plazma oluşumlarını alma ve araştırma yeteneği artar. Homojen plazma ve kısıtlayıcı duvarı veya çevresindeki nötr gazı arasındaki alanda, hem bireysel yüklü Mac'ların hem de topluluklarının kaldırılmasını (donma) beklemek mümkündür. Deşarjın bir halka elektrotu tarafından heyecanlandığı silindirik cam tüplerde, plazma oluşumunun üzerinde çok sayıda parçacık takılır. Basınç ve güçe bağlı olarak, sabit kristalin yapılar ortaya çıkar veya salınımlı parçacıklar veya konvektif partikül akışları olan yapı. Düz bir elektrot kullanırken, parçacıklar alt dolu neon şişesi üzerinde asılır ve sipariş edilen bir yapı oluşturur - bir plazma kristali. Şimdiye kadar, bu tür deneyler dünyadaki laboratuvarlarda ve parabolik uçuş koşullarında yürütülmektedir, ancak gelecekte bu ekipmanın ISS'ye yüklenmesi planlanmaktadır.

Plazma kristallerinin benzersiz özellikleri (parametrelerin elde edilmesinin, gözlemlenmesinin ve kontrol edilmesi, aynı zamanda küçük gevşeme süreleri ve harici pertürbasyonlara tepkisi), her ikisinin de güçlü bir imperfal plazmanın özellikleri ve temel özelliklerinin çalışmasında mükemmel bir nesne haline getirmektedir. kristallerin. Sonuçlar, gerçek atomik veya moleküler kristalleri simüle etmek ve katılımıyla fiziksel süreçleri incelemek için kullanılabilir.

Plazma içindeki makrostiklerin yapıları iyi bir araçtır ve özellikle mikroelektronik ile ilişkili, özellikle de küçük bir kristalin tasarımı ve sentezi ile istenmeyen toz parçacıklarının sökülmesi, özellikle de, nanokllastal, nanokluster Plazma birikimi, parçacıkların boyutunda ayrılması, yeni yüksek verimli ışık kaynakları geliştirerek, elektrik nükleer pillerin ve lazerlerin oluşturulması, içinde radyoaktif maddenin partileri olan çalışma sıvısı.

Son olarak, plazmada ağırlıklı parçacıkların kontrollü birikmesini sağlayacak ve böylece gözenekli ve kompozit de dahil olmak üzere özel özelliklere sahip kaplamaların yanı sıra çok katmanlı bir kaplamalı özel özelliklere sahip kaplamaları oluşturan teknolojiler oluşturmak oldukça gerçekçidir. çeşitli özelliklere sahip malzemeler.

İlginç görevler mikrobiyoloji, tıp, ekolojide ortaya çıkıyor. Toz plazmasının olası kullanımının listesi sürekli olarak genişlemektedir.

Çizimler için imzalar

Kötü. 1. Korelasyon fonksiyonu G (R), bundan bir mesafede başka bir parçacık bulma olasılığının ne kadar olası olduğunu gösterir. Oda sıcaklığında 300 k (a) ve plazmadaki hava jetindeki CEO 2 parçacıkları için, 2170 K (B) sıcaklığında fonksiyon, kaotik bir parçacık dağılımını gösterir. Plazmada 1700 K (b) sıcaklığında, fonksiyonun maksimum bir kısmı vardır, yani bir yapı sıvıya benzer şekilde ortaya çıkar.

Kötü. 2. DC deşarj boşalmasında toz plazma çalışması için kurulum, parlayan bir boşaltmanın oluşturulduğu düşük basınçta neonla doldurulmuş dikey olarak yönlendirilmiş bir tüpdür. Belirli koşullar altında durgun durgunluklar var - düzensiz parlaklığın sabit bölgeleri. Toz parçacıkları, boşaltma alanının üzerine bir örgü altına sahip bir kapta bulunur. Parçacık kabını sallarken, partiküller, sipariş edilen yapılar oluşturarak Stratas'taki düşer ve askıda kalır. Tozun görünmesi için, düz bir lazer ışını ile vurgulanır. Dağınık ışık, kamera tarafından kaydedilir. Monitör ekranında, yeşil bir spektrum bölgesinde bir lazer ışını olan toz parçacıklarını aydınlatarak elde edilen plazma tozu yapılarının video görüntüsü.

Kötü. 3. Parlayan boşaltımda, sipariş edilen bir toz yapısı (A), kristalin (B) 'nin belirgin bir şekilde maksimum özelliğine sahip olan G (R) korelasyon fonksiyonuna karşılık gelir.

Kötü. 4. Uzatılmış toz parçacıkları (bir silindir formuna sahip), bazı ortak eksene paralel olarak üretilmiştir. Bu durum, uzun moleküllerin oryantasyonunda seçilen bir yönün olduğu moleküler sıvı kristalleri olan bir plazma sıvı kristal olarak adlandırılır.

Kötü. 5. Uluslararası Uzay İstasyonu'ndaki (ISS) toz plazmasını incelemek için vakum plazma odası.

Kötü. 6. Düşük basınçta yüksek frekanslı deşarjda plazma kristallerini incelemek için özel bir kurulum, Rus Bilimler Akademisi'nin aşırı durumlarının Termofizici Enstitüsü'nde tasarlanmıştır. Toz parçacıkları yeşil ve kırmızı spektrum alanlarında lazer ışınları ile aydınlatıldığında, kristal yapısı açıkça görülebilir.

Kötü. 7. Plazma patentinin üç yatay katmanında toz parçacıklarının yapıları: bir kafes (üstte) olan bir hacim-centrino banyo, bir büyükanne kafes (merkezde) ve altıgen yoğun ambalaj (alt) ile.

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

1. ARTSIMOVICH LA "İlköğretim plazma fiziği."

2. http://www.nkj.ru/archive/articles/1318/ (Bilim ve Yaşam, Toz Plazasında Kristaller).

3. Robert L. Merlino. Tozlu Plazmaların Deneysel Araştırmaları (İngilizce) (PDF). Iowa Üniversitesi Fizik ve Astronomi Bölümü (17 Haziran 2005). - Tozlu plazma araştırmasının tarihsel incelemesi. 18 Temmuz 2009'da kontrol edildi. Orijinal 2 Nisan 2012'den arşivlendi.

4. Fortov V.E., A.G. Gaired, S.A. Gaired, v.i. Molotkov, O.F. Petrov. Toz plazması (rus.) // ufn. - 2004. - T. 174. - P. 495-544.

5. Tsytovich v.n. Plazma tozu kristalleri, damlalar ve bulutlar (rus.) // ufn. - 1997. - T. 167. - S. 57-99.

6. Tozlu plazma // düşük sıcaklık plazma ansiklopedisi. - m.: Janus-K, 2006. - T. 1.

7. Fortov v.e. Plazma-toz kristalleri ve toprakta ve uzayda (Rus) // Rus Bilimler Akademisi Bülteni. - 2005. - T. 75, No. 11. - S. 1012-1027.

8. Klammov B.A. Erime Kompleksi Plazma (Rus.) // UFN için kriterlerde. - 2010. - T. 180. - S. 1095-1108.

9. YouTube'dan video "Uzayda tarla kristalleri okuyan."

Plazma, doğadaki maddenin en yaygın durumudur: bu durumda, evrendeki olağan maddenin yaklaşık% 95'inin olduğu tahmin edilmektedir. Yıldızlar, plazma demet, onlarca derece ve yüz milyonlarca derecede sıcaklıklı iyonize gazdır. Plazma özellikleri, kapsamı kapsamlı olan modern teknolojilerin temelini oluşturur.

Bu araştırma çalışmasını yaptım, çünkü modern dünyadaki maddenin dördüncü haliyle ilgilendim. Son zamanlarda düşük sıcaklıkta plazma bölgesinde keşfedilen fenomen büyülenmiştir - bir "plazma kristalinin" oluşumu, yani ince parçacıklar - plazma tozundan uzamsal düzenli bir yapı.

amaç Araştırmam: Deney ile düşük sıcaklıkta bir plazma elde etmek, plazma alanı kristalleriyle tanışma.

Araştırma Görevleri:

1. "Plazma" bilgisini genişletin.

2. Evde düşük sıcaklıkta plazma alın.

3. Plazma kapsamını öğrenin.

4. Çeşitli kaynaklardan ve deneysel verilerden alınan bilgileri analiz etmek.

Bu çalışmanın uygunluğu, yakın zamanda plazma fiziğinin aktif olarak gelişen bir bilim alanı olduğu, bu gün şaşırtıcı keşiflerin yapıldığı, olağandışı fenomenlerin anlaşılması ve açıklamalar gerektiren olağandışı olayların gözlenmesidir. Bu alandaki keşif insan hayatının kalitesini artıracak: atık geri dönüşümünü organize etmek; alternatif enerji üretimi; Microcircuit Üretimi; metallerin gücünde bir artış; Yeni plazma motorların icadı; zararlı mikropları yenmek; Plazma panellerindeki renk görüntülerinin kalitesini iyileştirin; Evrenin evrimi, vb.

Bilgi kaynakları ile çalışmak

Plazma açılış geçmişi

Dördüncü madde durumu, 1879'da W. Crox (Şekil 1) tarafından açıldı ve 1928'de "Plazma" I. Langmur (Şekil 2), 1928'de, Maddenin Dördüncü Durumuna (Plazma) Kan Plazması ile Dernekleri nedeniyle .

İncir. 1. W. Krovonz

İncir. 2. I. LENGMÜR

I. LANGMÜR yazdı: "Küçük miktarda elektronun bulunduğu elektrotların yakınındaki boşluğu hariç tuttu, iyonize gaz, sistem toplam şarjının çok küçük olduğu bir sonucu neredeyse aynı miktarlarda elektronlar ve iyonlar içeriyor. Bunu, iyon ve elektronlardan oluşan tamamen elektriksel olarak nötr bir alanı tanımlamak için "plazma" terimini kullanıyoruz. " .

Plazma kavramı

Plazma - kısmen veya tamamen iyonize gaz, nötr atomlardan (veya moleküllerden) ve yüklü parçacıklardan (iyonlar ve elektronlar) oluşur. Plazmanın en önemli özelliği, yarı-nötrliktir, bu da oluştuğu pozitif ve negatif yüklü parçacıkların dökme yoğunluğunun neredeyse aynı olduğu anlamına gelir.

Gaz, plazma durumuna geçer, eğer atomlarının bileşenlerinin (moleküller) herhangi bir nedenden ötürü bir veya daha fazla elektron kaybetmişse, yani, yani pozitif iyonlara dönüştü. Bazı durumlarda, negatif iyonlar, elektronların nötr atomlara "yapışmasını" sonucu plazmada ortaya çıkabilir.

Eğer nötr partiküller gazda kalırsa, plazma tamamen iyonize olarak adlandırılır. Plazma gaz yasalarına uyuyor ve birçok bakımdan gaz gibi davranıyor. Aynı zamanda, bazı durumlarda plazma davranışı, özellikle üzerine elektrikli ve manyetik alanlara maruz kaldığında, bu kadar olağandışı, genellikle maddenin yeni dördüncü durumu hakkında konuşur (Şekil 3).

İncir. 3. Dördüncü maddenin durumu

Toz plazması nedir?

Plazmanın tozu, bir katı madde parçacıkları içeren iyonize bir gazdır. Bu tür plazma genellikle uzayda bulunur: gezegensel halkalarda, kuyruklu yıldızların kuyrukları, interplaneter ve yıldızlararası bulutlar (Şekil 4). Dünyanın yapay uydularının ve termonükleer bitkilerin manyetik tutma ile ve plazma reaktörlerinde, yayların, deşarjlarda olduğu gibi bulunmuştur.

İncir. 4. plazma kuyruk kuyruklu yıldız

İncir. 5. Plazma püskürtme

Şekil 6. Hidrojen içinde aşındırma platin

İncir. 7. ince yarı iletken film

Şekil 8. Nanopartiküller

Plazma kristali

Toz parçacıklarının boyutları nispeten büyüktür - mikronun hisselerinden birkaç ona, bazen yüzlerce mikron (Şek. 9). Onların ücreti, son derece büyük bir miktara sahip olabilir ve yüzlerce binlerce binlerce kez elektron şarjını aşabilir. Sonuç olarak, partiküllerin etkileşiminin ortalama coulomb enerjisi, şarjın karesine orantılı olarak, orta ısı enerjisinde çok daha mükemmel olabilir (Şekil 10). Davranışı, ideal gazın yasalarına tabi olmadığı için çok kusurlu olarak adlandırılan plazmayı ortaya çıkar. (Parçacıkların etkileşiminin enerjisi termal enerjilerinden çok daha az olması durumunda plazmanın mükemmel gaz olarak kabul edilebileceğini hatırlayın).

İncir. 9. Plazma Kristal

İncir. 10. Coulomb Probre

Toz plazmasının denge özelliklerinin teorik hesaplamaları, belirli koşullar altında, güçlü elektrostatik etkileşimin "düşük termal enerjinin üst kısmını" üstlendiğini ve yüklü parçacıkların boşluğa belirli bir şekilde sıraya girmesine neden olduğunu göstermektedir. Coulomb veya plazma kristalinin adını alan aerodinamik bir yapı oluşturulur. Plazma kristalleri, bir sıvı veya katıdaki mekansal yapılara benzerdir (Şekil 11). Erime ve buharlaşma gibi faz geçişleri burada olabilir.

İncir. 11. Plazma Kristal

Toz plazma parçacıkları yeterince büyükse, plazma kristali çıplak bir gözle görülebilir.

Evde düşük sıcaklık plazma almak

Bazı çalışmalardan sonra, plazmanın özellikleri ve özellikleri, evde düşük sıcaklıkta plazmada deneyim kazanmayı başardım ("Plazma Alınan Video"). Bunu yapmak için aşağıdaki ekipmana ihtiyacım var: mikrodalga fırın, rüzgara dayanıklı sular, cam kavanoz.

İncir. 12. Hazırlık aşaması

Deneyim:

1. Başlangıçtan itibaren, ısıtıldığında ürünlerin döndüğü mikrodalga fırından bir cam tabak attım. Bir eşleşme hazırlandı (Şek. 12).

2. Ardından, mikrodalga merkezinde bir maç koydum ve onu yaktım.

3. Bundan sonra, maçı bir cam kavanozla kaplıydım, daha sonra mikrodalga fırını kapattım, ürün ısıtma fonksiyonunu ayarlayarak açtım (Şek. 13).

4. Belli bir süre sonra, bir plazma, yanma maçı olan bir cam kavanozda oluşturulması halinde görülebilir (Şek. 14).

İncir. 13. Mikrodalga fırında bir cam kavanozun altında maç

İncir. 14. Düşük sıcaklık plazma

Bu basit deneyim sayesinde, gazın sıcaklık etkisi altında iyonlaştırıldığı ve böylece kısmen iyonlaştırılmış plazma elde edilebileceği görülmektedir. Eğer başardıysam, sadece düşük sıcaklıkta bir plazma elde edersiniz, daha sonra işletmelerde elde edilebilir, bu da elde edilmesinin maliyeti minimumdur.

Sonuç

Evde düşük sıcaklıkta bir plazma almayı başardım. Bu konudaki bilgimi genişlettim, çok fazla yeni ve ilginç öğrendim. Bu konuda çok ilgilendim ve bir mesleği seçeceğim, bu araştırma çalışmasının işaretini bırakacağından eminim.

"Kaotik" plazma, maddenin 5. halidir. Kristal plazma, manyetik alanı tutmanın gerekli olmadığı "organize" plazmanın durumudur. Plazma özellikleri, kapsamı kapsamlı olan modern teknolojilerin temelini oluşturur.

Plazmanın geleceğin bir sembolü olduğuna, en önemli endüstrinin, medeniyetin daha da gelişmemesi olmayan en önemli endüstri olduğuna inanıyorum. Plazma, bence, alternatif bir enerji kaynağı ve ekoloji doktoru.

Bibliyografik Referans

Skoblikov A.A. Düşük sıcaklıkta plazma almak, plazma tarla kristalleri ile tanışma // bilimde başlayın. - 2016. - № 2. - S. 133-136;
URL: http://science-start.ru/ru/article/view?id\u003d51 (kullanım tarihi: 03/28/2019).

Sovyet Orbital İstasyonu'nda başlayan efsanevi deney, yeni ekipmanla birlikte olan ISS'de devam etti. Uzay İstasyonu'na yakın zamanda alınan benzersiz bir cihaz, ek bir gaz akış regülatörünün bir cihazıdır. Plazma çalışmasında deneme sırasında daha doğru sonuçlar alma ve saflığını artıracak. Tozlu bir plazmanın ne olduğu hakkında veri, evren hakkında daha önce bilinmeyen bilgileri alacak, kompakt enerji pilleri ve lazerler oluşturun, yeni elmas büyüyen teknolojiyi geliştirir ve plazma tıbbının gelişimi için temel teşkil etmektedir.

Herhangi bir madde dört faz durumunda - katı, sıvı, gaz ve plazma olabilir. Plazma, evrenin görünür kütlesinin% 99'undan fazladır, yıldızlarla başlar ve yıldızlararası gazla bitirir. Toz parçacıkları içeren plazma uzayda çok yaygındır - bunlar gezegensel halkalar, kuyruklu yıldız kuyrukları, yıldızlararası bulutlardır.

Plazma mikropartikülleri ile birkaç mikron (toz parçacıkları) ve mikropartiküller ağırlığının neredeyse tamamen tazmin edilmesi durumunda, mikropartikül koşullarında davranışlarını izleyen plazma incelemesi, zaten yirmi yıldan fazla bir süredir. Ocak 1998'de, Anatoly Soloviev ve Pavel Vinogradov'un kozmonotları, plazma kristalleri ve sıvıları dahil olmak üzere plazma tozu yapılarının fiziğini incelemek için ilk deney "plazma kristali-1" (PC-1) kurulumunda yapıldı. . Aynı yılın Ağustos ayında, bir gaz deşarj borusu ve video kaydı için bir cihazdan oluşan PC-2 ekipmanı üzerinde araştırma, PC-2 ekipmanı üzerinde araştırma yapmaya başladı. Mart 2001'de Sergey Krikalev ve Yuri Gyzenko, Rus ve Alman uzmanları tarafından ortaklaşa yaratılan, PC-3'ün kurulumunda ISS'nin ilk oturumunu yaptı. "Plazma Crystal-4" yeni kurulumdaki ilk deneyler, ortak yüksek sıcaklık kurumundan (RAS ve Alman Uzay Ajansı (DLR)), Haziran 2015'te başladı. Araştırma sürecinde, bu kurulumun iyileştirilmesi gereği ortaya çıktı. Bu yılın Temmuz ayında, "Plazma Crystal-4" deneyin kalitesini arttırmak için ISS'ye ek ekipman teslim edildi.

Bilim adamlarının amacı plazma tozu kristallerini ve plazmadaki diğer sipariş edilen yapıları elde etmek ve incelemektir. Özellikle, protozoles, protopetner halkalar ve diğer gök cisimlerinde meydana gelen süreç yasalarını incelememize izin verir. Deneyler sırasında, doğal bir boyuttaki mikroskobik parçacıklar (çeşitli mikrometrelerin çapı), gaz boşaltma borusundaki Neon veya Argon plazmasına girilir. Mikropartiküller plazmaya düştüğünde, elektronlar ve pozitif iyonlar toplarlar, bu da daha yüksek elektron hareketliliği nedeniyle negatif bir şarjla sonuçlanır. Mikropartiküller birbirinden kovulur ve çeşitli üç boyutlu yapılar oluşturur. Bu tür bir araştırma yeryüzünde yapılamaz, çünkü toz parçacıkları yerçekimine maruz kalır ve iki boyutlu yapılar veya güçlü bir şekilde deforme olmuş (sıkıştırılmış) üç boyutludur.

Toz plazmasının incelenmesinin yirminci tarihi için bir çok yeni ilginç veri verildiği gerçeğine rağmen, kendi kendini organize eden parçacıkların davranışının tam bir matematiksel modeli oluşturulamamıştır. Bilim adamları tarafından AII RAS ve DLR'den geliştirilen yeni ekipmanlar, düzinelerce bir plazma oluşturan gaz akışını azaltarak saf deneylere izin verir. Artık gaz basıncı aralığını genişletebilir ve toz plazmasındaki işlemler hakkında yeni bilgi alabilirsiniz.

Mikrokartiküller plazmada olduğunda, çok sayıda kuvveti vardır. Boşaltma alanındaki bir parçacıkları etkileyen ana elektrikten biri. İkincisi, iyon hobilerinin gücüdür. Üçüncüsü, gazla ilgili sürtünmedir: Vücut atmosfere girerse, o zaman kıdemli araştırmacı, kıdemli araştırmacı, OVT Ran, Andrei Lipaev'i kıdemli araştırmacı. - Buna göre, bir protokol modunu düzenlediğimizde, parçacıkları taşıyan bir çeşit rüzgar meydana gelir. Kozmik deneyin karmaşık koşullarında çalıştırma sırasında akışın üst üste binmesi için kullanılan cihaz, önemli bir gaz sızıntısı yapmaya başladı ve parçacıklar sadece akışı gerçekleştirdi.

Bu sorunu çözmek için, SBR RAS ve DLR uzmanları, harici bir basınç regülatörü ve iki ek valf kullanarak gaz akışını tam olarak kontrol etmenizi sağlayan ek bir cihaz geliştirmiştir. Bu nedenle, parçacıkların sabit bir pozisyonunu elde etmek mümkündür. Sonuç olarak, bilim adamları deneysel koşulları tam olarak kontrol etme fırsatı vardır.

Şimdiye kadar bu kadar basit bir şekilde gaz akışı ve bu nedenle, yüksek kaliteli sonuçlar üzerinde gerekli kontrolü alamadık. Önceden, 3 mikrondan daha az parçacıklarla çalışmak sadece imkansızdı. Öte yandan, yaklaşık 1 mikronun parçacıkları, yapıların oluşumu gibi bu tür işlemleri inceleme açısından ilginçtir ve Andrei Lipaev.

Yeni ekipmanlar ISS'ye zaten kurulmuş olup, resimin uçuş yönetimi merkezine iletilir. ASTF RAS çalışanlarının çalışanları, deneylerin telemetri ve videosu, ISS kurulu ile iletişimin ses kanalları da çalışıyor - müzakerelerin nasıl yapıldığını duyabilirsiniz. Plazmadaki toz parçacıklarının incelenmesi için ek ekipman kullanılarak yeni bir çok günlük deney son zamanlarda tamamlanmış ve gerekçelendirilmeleridir. Şimdi bilim adamları, sonuçlarının ayrıntılı bir analizini yapacaklar.

OVT RAS'ın yönetmeni olan Izvestia'ya göre, deney sırasında elde edilen OLEG Petrov, Veriler, kendi örgütlenme süreçlerinin özünü anlamaya yardımcı olacaktır.

Çalışma altındaki sistem açık bir dökümleyici sistemdir: sürekli bir enerji akışı ve kalıcı çıkışı vardır. Bu tür sistemler tüm canlı organizmaların karakteristikleridir. Bu sisteme ne olur, bunun için ne tür bir kendini organize edici olaylar? OLEG Petrov, tüm bunlar keşfedilebilir ve keşfedilmelidir "dedi.

Tozlu bir plazmanın ne olduğu için veriler daha fazla pratik faydalar getirebilir: özellikle, özellikle yeni kompakt enerji pilleri ve lazerler yaratacak ve mikrogravite koşullarında elmas büyüyen teknolojiyi geliştireceklerdir. Ayrıca, ISS'ten gelen veriler, plazma tıbbının gelişimi için önemlidir, bu, özü, düşük sıcaklık plazmasının yaşam sistemlerinde karmaşık biyokimyasal işlemleri başlatabileceği, uyarması ve izleyebilmesidir.

PK-4 deney, Roskosmos ve Avrupa Uzay Ajansı'nın desteğiyle gerçekleştirilir.

Kasım ayında, ISS deneyinin "plazma kristali" üzerindeki durdurulması açıklandı. Deneme için özel ekipman "Albert Einstein" kargo gemisine yerleştirildi ve Pasifik Okyanusu üzerinden onunla yakıldı. Böylece uzun hikaye sona erdi, muhtemelen en ünlü alan deneyi. Onun hakkında bir şey ve bir bütün olarak ISS hakkında biraz bilgi vermek istiyorum.

Ve keşifler nerede?

Her şeyden önce, biraz demotize girişi yapmanız gerekir. Modern bilim, ilke olarak, işe yaramaz bir araştırma olmadığı ve her keşif farkedilir bir bonus verdiği bir bilgisayar oyunu değildir. Ve, ne yazık ki, tek tipli dahi, tek tek tip dahi, bir sürü cihazın radikal olarak değişen birçok cihaz bulabileceği zaman geçti. Şimdi Bilim, büyük organizasyonlar tarafından yürütülen, yıllarca süren ve sıfır sonuçlara yol açabilecek tüm tüm yollarda kör bir şekilde metodik bir harekettir. Bu nedenle, düzenli olarak yayınlanan, bilimsel ve popüler bir manzaraya uyarlanmadan, dürüst, çok sıkıcı olmaksızın, düzenli olarak yayınlanan araştırmalar hakkında bilgi. Aynı zamanda, bu deneylerden bazıları gerçekten ilginçtir ve eğer anında muhteşem sonuçlar sözü vermezlerse, dünyanın nasıl düzenlendiğini ve yeni temel ve uygulamalı keşifler için nasıl hareket ettiğimizin anlaşılmasının iyileştirilmesini umuyorlar.

Deney fikri

Maddenin dört faz durumunda olabileceği bilinmektedir - katı, sıvı, gaz ve plazma. Plazma, evrenin kütlesinin% 99,9'u, yıldızlardan değişen ve yıldızlararası gazla bitiyor. Plazma ülkesinde yıldırım, kuzey ışıkları ve örneğin gaz boşaltma lambalarıdır. Toz parçacıkları içeren plazma da çok yaygındır - bunlar gezegensel halkalar, komik kuyruklar, yıldızlararası bulutlardır. Ve deney fikri, toz mikropartikülleri olan bir plazma oluşturulmada ve dünyevi yerçekimi ve mikrogravitasyon koşullarında davranışını gözlemlemektedir.

Deneyin ilk sürümünde (resimde), toz plazması olan ampul, güneşin ışınları ile vurgulandı, plazmadaki toz lazeri vurguladı ve vurgulanan alan kamerada çekildi. Gelecekte, daha karmaşık deneysel kurulumlar uygulandı. Albert Einstein ile birlikte yandı "Siyah namlu" üçüncü nesil kurulumdu.

Sonuçlar

Mikrografteki deneyler, bilim adamlarının umutlarını haklı çıkardı - yapısındaki plazmanın tozu kristalleşti ya da sıvıların özelliklerini sergiledi. Moleküllerin kaotik hareket ettirdiği (bkz. Isı Hareketi), tozlu plazma olan ideal gazın aksine, gazı olan tozlu plazma, katı ve sıvı gövdelerin özelliklerini gösterir - erime ve buharlaşma işlemleri mümkündür.
Aynı zamanda, beklenmedik keşifler vardı. Örneğin, kristalde boşluk meydana gelebilir. Neden - hala bilinmiyor.

Ancak en beklenmedik keşif, plazmanın tozunun, DNA'ya benzer şekilde spiral yapıların bazı koşulları altında oluşturulmasıydı! Belki de dünyadaki yaşamın kökeni bile toz plazması nedeniyle bir şekilde.

Perspektifler

"Plazma Kristal" denemedeki çok yıllık çalışmaların sonuçları temel bir fırsat gösteriyor:

Nanomalzemelerin toz plazmasında benzersiz özelliklere sahip şekillendirme.

Malzemelerin substrat üzerindeki toz plazmasından birikmesi ve yeni kaplama türleri - çok katmanlı, gözenekli, kompozit.

Endüstriyel ve radyasyon emisyonlarından ve plazma aşındırma cipslerinden hava arıtma.

Canlı olmayan nesnelerin plazma sterilizasyonu ve canlı varlıklarda açık yaralar.

2001-2014 döneminde yapılır. Rusça ve Alman bilim adamlarının ve astronotların katılımıyla, Uluslararası Uzay İstasyonu'ndaki plazma kristallerinin incelenmesi. Deneyler sırasında, dünyevi yerçekiminin koşullarında bir dizi yeni efekt ve fenomen bulunamadı ve maddenin yapısı ve dinamikleri hakkındaki fikirlerimizi genişletti.
Toz plazmasının fiziğindeki uzmanların yanı sıra, modern bir uzay deneyi üretme konularıyla ilgilenen herkes, yer araştırması organizasyonu ve pratiği.

BAŞLANGIÇ NOKTASI.
Uzayda bilimsel araştırma - işletme çok aşamalıdır. Plandan enkarnasyonu tamamlamak için, proje yirmi yıldan fazla sürebilir. Bu, araştırmacıların yeterince genç olmaları veya bilgi ve becerilerini iletmek zorunda kalmaları ve denemedeki görevlerini daha genç meslektaşlarına sunmaları gerektiği anlamına gelir.

Uzay çalışmaları farklıdır - uzaydan (örneğin, Dünya veya Astronomi'nin uzaktan algılanması) çalışmalar olabilir, COSMOS'un kendisinin incelenmesi (örneğin, yeryüzüne yakın alanın çalışması, uzay havası, interplaneterin çalışması Çevre ve bireysel gezegenlerin yanı sıra bireysel gezegenler, ay, asteroitler ve kuyruklu yıldızlar) Spesifik alanların belirli özelliklerini (söyler, ağırlıksızlık, daha kesin konuşma, mikrogravite ve büyük mesafeler) kullanır. Bazı çalışmalar, makineli tüfek ve robotik kullanarak insansız uzay aracı üzerinde üretmek için daha uygundur ve diğerleri, dünyevi bilimsel laboratuvarlarda üretilenler gibi insanlar tarafından üretilen deneyler gerektirir.

İçerik
Yazarlardan
1. Referans Noktası
2. "Plazma Kristal"
3. Uzay deneyi gereklidir.
4. Rus-Alman işbirliğinin kristalleşmesi
5. Almanya: Parabolik uçuşta deneme
6. Almanya: Roket Deneyi
7. Rusya: Uzayda ilk deney "plazma kristali"
8. Uluslararası Uzay İstasyonu nasıl doğdu?
9. Rus-Alman planı
10. "Dünya" na veda
11. Deneysel bir kurulum oluşturma
12. Sıçrama "Baikonur"
13. "PC-3" Deneyi
14. Kozmonot Hazırlama Merkezi
15. Korolev - Uzay Şehri
16. Deney "PC-3 +"
17. Astronotların takımyıldızında "Plazma Kristal"
18. Dünyadaki Toplantılarımız
19. Araştırma Sonuçları
20. Gelecek zaten yakın
21. Son kelime
Bibliyografya.

Ücretsiz indir E-kitap uygun bir formatta, bakın ve okuyun:
Plazma Kristal, Uzay Deneyleri, Fordov V.E., Baturin Yu.m., Morfive G.O., Petrov O.F., 2015 - Fileskachat.com, Hızlı ve ücretsiz indirme.

Yerçekimi, kristal kürelerden Moles, Petrov A.N., 2013
Lazer teknolojilerindeki dersler için destek, Lazer Teknolojilerine Giriş, Veiko V.P., Petrov A.A., 2009