Свойства плазмы и перспективы её использования

Плазма — это четвёртое состояние вещества, которое отличается от твёрдого, жидкого и газообразного. Она обладает уникальными свойствами и играет важную роль в различных областях науки и техники.Четвёртое состояние вещества было открыто Уильямом Круком в 1879 году, а термин «плазма» ввёл в употребление Ирвинг Ленгмюр в 1928 году.
Основные свойства плазмы:
1\. Электрическое поле: плазма способна поддерживать электрическое поле благодаря наличию свободных электронов и ионов.
2\. Генерация излучения: плазма может генерировать электромагнитное излучение, такое как видимый свет, ультрафиолетовое и инфракрасное излучение.
3\. Магнитное воздействие: плазма взаимодействует с магнитными полями, что позволяет использовать её для управления плазменными потоками и создания управляемых термоядерных реакций.
4\. Высокая степень ионизации газа: большинство атомов и молекул в плазме находятся в ионизированном состоянии, что обеспечивает высокую электропроводность и свечение плазмы.
5\. Нулевой полный заряд плазмы: плазма в целом имеет нулевой электрический заряд, что делает её устойчивой системой.
6\. Сильное взаимодействие с другими веществами: плазма активно взаимодействует с другими веществами, что позволяет использовать её для обработки материалов и создания новых технологий.
Применение плазмы возможно в различных областях науки и техники, таких как энергетика, космические исследования, медицина, металлургия и другие.
Перспективные направления использования плазмы в энергетике включают:
1\. Усовершенствованные плазменные двигатели для космических аппаратов.
2\. Плазменные технологии для производства экологически чистого топлива.
3\. Плазменные реакторы для выработки электроэнергии.
4\. Плазменные технологии для очистки и переработки отходов.
5\. Плазменные системы хранения и передачи энергии.
6\. Плазменные методы обработки и модификации материалов.
Плазму в космических исследованиях можно использовать для изучения различных явлений и процессов, происходящих в космосе. Вот некоторые примеры использования плазмы:
1\. Исследование галактической плазмы: изучение свойств галактической плазмы, включая её плотность и температуру, помогает понять процессы образования и эволюции галактик.
2\. Исследование звёздной плазмы: исследование плазмы звёзд и их атмосфер позволяет изучать процессы термоядерного синтеза, происходящие внутри звёзд, и их влияние на эволюцию звёзд.
3\. Изучение межпланетной плазмы: исследование межпланетной среды и магнитосфер планет помогает понять механизмы взаимодействия солнечного ветра с планетами и формирование магнитосфер.
4\. Исследование магнитосферной плазмы: изучение магнитосферных процессов, таких как полярные сияния и магнитные бури, позволяет лучше понять взаимодействие между солнечным ветром и магнитным полем Земли.
5\. Исследование плазменных явлений: изучение неравновесных плазменных явлений, таких как генерация пакетов волн и многомасштабных плазменных турбулентностей, помогает понять процессы, происходящие в космической плазме.
Физическая плазма используется в медицине для создания плазменных хирургических установок, которые позволяют осуществлять хирургическое вмешательство путём воздействия на биологическую ткань потоком плазмы, генерируемой миниатюрными плазмотронами. Плазма легко рассекает мягкие ткани, одновременно «заваривая» стенки сосудов и дезинфицируя операционное поле.
Ближайшая перспектива использования плазмы в металлургии связана с развитием плазменных дуговых печей с керамическим тиглем (ПДП). Эти печи преобразуют электрическую энергию в тепловую с помощью плазменной дуги, которая образуется в ионизированном потоке газа под давлением, например, аргона или азота.
Однако в настоящее время дуговые сталеплавильные печи (ДСП) занимают около 45 % общего объёма производства стали. Их место в будущем будет определяться уровнем развития новых технологий.
Плазма может стать важным источником энергии в будущем благодаря своим уникальным свойствам и возможности контролировать термоядерный синтез. Однако для широкого применения плазмы в энергетике необходимо решить ряд технических проблем, связанных с получением и поддержанием высоких температур, а также с созданием устойчивых к ним материалов.