Около Земли плазма существует в виде солнечного ветра, заполняет магнитосферу Земли, образуя радиационные пояса Земли, и ионосферу. Процессами в околоземной плазме обусловлены магнитные бури и полярные сияния. Отражением радиоволн от ионосферной плазмы обеспечивается возможность дальней радиосвязи на Земле.
В лабораторных условиях и промышленных применениях плазму образуют в электрическом разряде в газах (дуговом разряде, искровом разряде, тлеющем разряде и т.п.), в процессах горения и взрыва и пр.
Возможные значения плотности плазмы (число электронов или ионов в 1 куб.см.) расположены в очень широком диапазоне от Ю^в межгалактическом пространстве, 10 - в солнечном ветре и до 1022 -в твердом теле.
Свободные заряженные частицы - особенно электроны - легко перемещаются под действием электрического поля. В состоянии равновесия пространственные заряды входящих в состав плазмы отрицательных электронов и положительных ионов должны компенсировать поле внутри плазмы.
Плазма называется идеальной, если потенциальная энергия взаимодействия частиц мала по сравнению с их тепловой энергией. В противном случае плазма является или слабо неидеальной, или неидеальной.
Помимо хаотического теплового движения частицы плазмы могут участвовать в упорядоченных «коллективных процессах», из которых наиболее характерны продольные колебания пространственных зарядов, называемые ленгмю-ровскими волнами. Колебания и неустойчивости плазмы обусловлены дальностью кулоновского взаимодействия частиц, блогодаря чему плазму можно рассматривать как упругую среду, в которой легко возбуждаются различные шумы, колебания и волны.
В резком отличии свойств плазмы от свойств нейтральных газов определяющую роль играют два фактора. Во-первых, взаимодействие частиц плазмы между собой характеризуется кулоновскими силами притяжения и отталкивания, убывающими с расстоянием гораздо медленнее, чем силы взаимодействия нейтральных частиц. По этой причине взаимодействие частиц в плазме является не парным, а коллективным: одновременно взаимодействует друг с другом большое число частиц. Во-вторых, электрические и магнитные поля очень сильно действуют на плазму в отличие от нейтральных газов.
11.5.2. Основные свойства плазмы
Степенью ионизации плазмы называется отношение числа ионизированных атомов к полному их числу в единице объема плазмы. В зависимости от этой величины говорят о слабо, сильно или полностью ионизированной плазме.
Средние значения энергий различных типов частиц, составляющих плазму, могут отличаться друг от друга. В таком случае различают электронную температуру, ионную температуру и температуру нейтральных атомов. Подобная плазма называется неизотермической; плазма, для которой температуры всех компонентов равны, называется изотермической.
Плазма обладает свойствами диамагнетизма, поскольку создаваемые внутри нее внешними полями круговые токи стремятся ослабить эти внешние поля.
Спектр излучения плазмы состоит из отдельных спектральных линий. В газосветных трубках наряду с ионизацией происходит и обратный процесс рекомбинации ионов и электронов, дающий так называемое рекомбинационное излучение со спектром в виде широких полос.
Для высокотемпературной плазмы характерно тормозное излучение с непрерывным спектром, возникающее при столкновениях электронов с ионами.
Корпускулярным излучением плазмы называют быстрые частицы, вылетающие из неравновесной плазмы в результате развития некоторых видов неустойчивости, что имеет место в атмосфере Солнца и в туманностях, образуемых при вспышках сверхновых звезд.
В плазме без магнитного поля возможны волны трех типов - продольные (ленгмюровские), продольные звуковые и поперечные электромагнитные.
Высокотемпературная плазма из дейтерия и трития используется в устройствах управляемого термоядерного синтеза (УТС) - токамаках.
Низкотемпературная плазма находит применение в газоразрядных источниках света и в газовых лазерах, в термоэлектронных преобразователях тепловой энергии в электрическую, в магнитогидродинамических генераторах. В последних струя плазмы тормозится в канале с поперечным магнитным полем, что приводит к появлению между боковыми электродами электрического поля напряженностью Е = Bvfc, где v - скорость потока плазмы.
Если «обратить» МГД-генератор, пропуская через плазму в магнитном поле ток из внешнего источника, образуется плазменный двигатель, весьма перспективный для длительных космических полетов.
Плазматроны, создающие струи плотной низкотемпературной плазмы, широко применяются в различных областях техники. С их помощью режут и сваривают металлы, наносят покрытия. В плазмохимии низкотемпературную плазму используют для получения некоторых соединений. Высокие температуры плазмы позволяют получить высокие скорости химических реакций.
11.6. Некоторые недостатки современных представлений о веществе
Несмотря на то что физической наукой и производством исследованы тысячи твердых, жидких и газообразных веществ, нет оснований полагать, что науке все о них известно и что она может создавать нужные вещества с заранее заданными свойствами. И виной этому является прежде всего непонимание внутренней структуры веществ, непонимание физической природы межмо-лекулярных сил.
Известно, что совсем небольшие примеси могут существеннейшим образом изменить многие свойства материалов - их прочность, температуры фазовых переходов, электро- и теплопроводность и т.п. Однако теория этих изменений все еще находится далеко не в удовлетворительном состоянии.
