Большая техническая энциклопедия
1 2 3 4 6
C J W Z
А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я
ТА ТВ ТЕ ТИ ТО ТР ТУ ТЩ ТЯ

Термическая плазма

 
Термическая плазма играет существенную роль в космических процессах и, в частности, в термоядерных реакциях на Солнце, которые являются источником выделяемой им энергии. В лабораторных условиях и в технике термическую плазму получают нагреванием газа и при определенных видах электрического разряда в газе.
Различают нетермическую и термическую плазму.
В термической плазме частицы, эмиттируя электроны и заряжаясь положительно, могут существенно повысить концентрацию электронов в плазме. В неравновесной плазме газового разряда, благодаря более высокой подвижности электронов по сравнению с подвижностью ионов, холодные пылевые частицы заряжаются отрицательно. Заряд пылевых частиц как в термической так и в газоразрядной плазме растет с ростом размера частиц и достигает значений порядка ( 103 - 104) е для частиц микронного размера. Поэтому, несмотря на обычно малую концентрацию пылевых частиц, неидеальность в их подсистеме может возникать значительно раньше неидеальности электрон-ионной подсистемы. Это позволило в пылевой плазме реализовать все возможные состояния плазмы: идеально-газовое полностью разупорядоченное состояние; жидкостное, с ближним порядком в положении пылевых частиц, и кристаллическое, с четко выраженным дальним порядком.
Электрические дуги и термическая плазма, Изд-во иностр.
В природе из термической плазмы состоят звезды. Слабо ионизованную плазму с высокой плотностью и сравнительно низкой температурой можно получить термическим путем с обязательным применением легко ионизующихся добавок.
Химические синтезы в термической плазме могут протекать последовательно в три стадии: 1) генерация плазмы; 2) химическая реакция и 3) закалка, как схематически представлено на рис. IX. Обычно эти стадии длятся миллисекунды.
Термистор - см. Термосопротивление Термическая плазма 40 Термогенератор полупроводниковый 250 Термодинамика растворов 513 Термодинамические функции, статистич.
Столб электрической дуги представляет собой термическую плазму, которая обладает свойствами локального термического равновесия и квазинейтральности.
Наиболее полно теория электрических дуг и термической плазмы дана в монографии В.
Описываются также результаты исследования реакций как в термической плазме, так и в неравновесных условиях в электрических разрядах. Системы С-F, N-F, О-F, S-F, Хе-F и Кг-F изучались более подробно. Они рассмотрены в разд.
В этой главе основное внимание будет уделено реакциям фтора в плотной термической плазме. Термин плазма будет использован в широком смысле, чтобы включить в него не только газ, проводящий ток, но и тот же газ при выходе из зоны разряда, когда происходит уменьшение концентрации электронов до довольно низких величин, уже обычно не характерных для плазмы. Термин термическая плазма будет относиться к плазме, полученной при относительно высоком давлении ( больше 50 мм рт. ст.), в которой столкновения частиц происходят с большой частотой. При таких условиях достигается локальное равновесие между колебательной, вращательной и поступательной температурами тяжелых частиц. Химический состав такой плазмы также приближается к термохимически равновесному составу. Термическая плазма характеризуется высокой температурой, высокой удельной энтальпией и большой светимостью.
Физическая основа образования лазерной искры - возникновение в фокальном пятне вследствие нагрева газа термической плазмы, температура которой может достигать 10б К. Неравномерность распределения по объему плазмы электрически заряженных частиц приводит к резкой неравномерности распределения электрического потенциала в этом объеме и, как следствие, - электрическому пробою. Пробой имеет характер миниатюрного взрыва и сопровождается яркой вспышкой. Поскольку на образование лазерной искры расходуется большое количество энергии излучения лазера и в ряде случаев ее образование нарушает ход технологического процесса с применением лазерного излучения ( например, сварки), этого явления стараются избегать.
К ним относятся: емкостной и индукционный высокочастотные разряды, а также тлеющий разряд постоянного тока; термическая плазма продуктов сгорания различных топлив; ядерно - и фото-возбуждаемая плазма. Ниже в этом разделе обсуждаются эксперименты, в которых сильная неидеальность пылевой подсистемы, приводящая к фазовым переходам в упорядоченное состояние, проявляется наиболее ярко.
В результате самоионизации нейтральных частиц при нагревании образуется одинаковое число положительных и отрицательных зарядов и суммарный заряд термической плазмы равен нулю. Казалось бы, плазма в целом должна быть электронейтральной. В действительности наблюдается более сложная картина. В каждое мгновение в отдельных частях объема плазмы имеет место пространственное разделение зарядов, характер которого изменяется во времени в соответствии с определенными закономерностями. Разделение зарядов вызывает нарушение электронейтральности в отдельных частях объема, а также ведет к образованию внутренних электрических полей. Последние создают силы, противодействующие нарушению электронейтральности и приводящие к ее периодическому устранению. Вследствие сочетания теплового движения с электростатическим кулоновским взаимодействием заряженных частиц нарушение и исчезновение электронейтральности в отдельных частях плазмы совершается периодически.
Такая плазма, у которой хотя бы для частиц данного рода или скоростей в данном направлении распределение является максвелловским, называется термической плазмой. Иначе говоря, термической является плазма, для описания которой применимо понятие температуры.

Конверсия CF4 в C2F4 в дуге с графитовыми электродами, которую исследовали Баддур и Брон - ф ин ( 271, представляет целый класс синтезов фторуглеродных соединений, проводимых в термической плазме. Описание использованного дугового реактора и обсуждение экспериментальных результатов, полученных в работе [ 27J, приводятся ниже.
Наряду с условием локального термического равновесия ( понятие локальности термического равновесия между различными частицами в элементарном объеме плазмы дуги обусловлено неравномерным распределением температуры по сечению и длине столба электрической дуги), важным и необходимым условием существования термической плазмы электрической дуги является ее квазинейтральность. Квазинейтральность плазмы означает равенство объемных концентраций положительно и отрицательно заряженных частиц плазменной среды. Ввиду квазинейтральности частицы плазмы за пределами пространства, которое они занимают, не возбуждают электрического поля. Во многих теоретических работах [89, 97] квазинейтральность плазмы электрической дуги объясняется отсутствием достаточных сил для значительного нарушения ее электрического равновесия.
Теории катодного падения потенциала нельзя применить к области анодного падения потенциала, так как элементарные процессы в областях катодного и анодного падения потенциала отличаются, несмотря на то, что в обоих случаях происходит обмен электричества между термической плазмой столба и низкотемпературными электродами. Основным явлением в прикатодной области, как отмечалось выше, является образование носителей электричества, так как в области катодного падения потенциала образуется 99 % электронов и ионов, определяющих ток электрической дуги. В области анодного падения потенциала образуется всего лишь 1 % носителей заряда в виде электронов, движущихся к аноду, и ионов, движущихся к столбу, в то время, как 99 % электронов, попадающих на поверхность анода, поступает из столба дуги.
Термическая плазма представляет только одно из нескольких состояний, которые могут быть получены в электрических разрядах.
Термическая плазма представляет собой низкотемпературную плазму, характеризующуюся равенством температур электронного, ионного и нейтрального компонентов. Присутствие в такой плазме жидких или твердых частиц малого размера может значительно изменять ее электрофизические свойства.
Радиус ближнего взаимодействия b обратно пропорционален кинетической энергии частиц. В термической плазме он обратно пропорционален температуре, и, следовательно, сечение ближнего взаимодействия с повышением температуры уменьшается как ее обратный квадрат. Кулоновский логарифм по свойствам логарифма лишь слабо зависит от скорости или энергии частиц. Отсюда следует основное свойство кулоновского сечения: оно резко уменьшается с увеличением скорости частиц. В термической плазме кулоновское сечение примерно обратно пропорционально квадрату температуры. Если же группа электронов под действием электрического поля оторвется от основной массы и приобретет большие скорости, то для этих электронов кулоновское сечение резко упадет, что приведет к еще большему ускорению и прогрессивному падению сечения. Такие пролетные, или убегающие, электроны в конце концов могут ускоряться в плазме, как в вакууме.
Термическая плазма играет существенную роль в космических процессах и, в частности, в термоядерных реакциях на Солнце, которые являются источником выделяемой им энергии. В лабораторных условиях и в технике термическую плазму получают нагреванием газа и при определенных видах электрического разряда в газе.
В настоящее время разработано много конструкций плазмотронов, обеспечивающих получение потока термической плазмы в непрерывном режиме, с принудительным движением плазмообразующего газа через электрическую дугу. С учетом этих параметров, а также возможности поддержания при напылении безокислительной среды плазменный метод дает возможность напыления любых кислородных и бескислородных тугоплавких соединений.
В этой главе основное внимание будет уделено реакциям фтора в плотной термической плазме. Термин плазма будет использован в широком смысле, чтобы включить в него не только газ, проводящий ток, но и тот же газ при выходе из зоны разряда, когда происходит уменьшение концентрации электронов до довольно низких величин, уже обычно не характерных для плазмы. Термин термическая плазма будет относиться к плазме, полученной при относительно высоком давлении ( больше 50 мм рт. ст.), в которой столкновения частиц происходят с большой частотой. При таких условиях достигается локальное равновесие между колебательной, вращательной и поступательной температурами тяжелых частиц. Химический состав такой плазмы также приближается к термохимически равновесному составу. Термическая плазма характеризуется высокой температурой, высокой удельной энтальпией и большой светимостью.
Бинарная корреляционная функция g ( r для частиц СеСЬ в воздушной струе, при температуре газа Tg 300 К ( а, и в плазме ( Zd - Ю3 при Tg 1170 К ( б и Tg 1700 К ( в. Ядерно-возбуждаемая плазма формируется при прохождении через вещество продуктов ядерных реакций, которые создают в своем треке электрон-ионные пары, а также возбужденные атомы и молекулы. Ядерно-возбуждаемая плазма инертных газов по своим физическим характеристикам значительно отличается как от термической плазмы, так и от плазмы газового разряда. При относительно невысоких интенсивностях радиоактивных источников, применяемых в лабораторных условиях, такая плазма имеет ярко выраженную трековую структуру. Треки в пространстве и во времени распределены случайным образом.
Вентильные преобразователи все шире используются для питания устройств с электрической дугой в вакууме или в газовой атмосфере. Вакуумные и плазменные дуги широко применяются в электрометаллургии, химии и в электротехнологии. Примером могут служить сварка, электродуговая резка и плавка металлов. Термическая плазма используется для напыления и наплавки металлов с высокой температурой плавления. С помощью направленного переноса металла посредством искровой обработки при которой кратковременно в рабочем зазоре возникают микродуги, можно осуществить размерную обработку твердых сплавов, в частности получить углубления и отверстия. В химической промышленности плазменная дуга используется для получения ацетилена и некоторых других соединений.
По способу образования различают два вида плазмы: термическую и газоразрядную. Термическая ( изотермическая плазма) возникает при нагревании газа до высоких температур, при которых имеет место значительная его ионизация. В ней средняя кинетическая энергия различных частиц ( электронов, ионов, атомов, молекул) одинакова, распределение частиц по скоростям подчиняется закону Максвелла. В термической плазме устанавливается равновесие между нейтральными частицами и продуктами их ионизации ( ионами и электронами), которое подчиняется закону действия масс и другим термодинамическим соотношениям.
Различают нетермическую и термическую плазму. Нетермическая плазма образуется, например, в электрических разрядах, возникающих в условиях низкого давления. Термическая же плазма характеризуется равенством температур всех ее частиц. Получение термической плазмы с температурой до 50 000 С возможно в электрической дуге, нетермической - в высокочастотных и сверхвысокочастотных разрядах.
Радиус ближнего взаимодействия b обратно пропорционален кинетической энергии частиц. В термической плазме он обратно пропорционален температуре, и, следовательно, сечение ближнего взаимодействия с повышением температуры уменьшается как ее обратный квадрат. Кулоновский логарифм по свойствам логарифма лишь слабо зависит от скорости или энергии частиц. Отсюда следует основное свойство кулоновского сечения: оно резко уменьшается с увеличением скорости частиц. В термической плазме кулоновское сечение примерно обратно пропорционально квадрату температуры. Если же группа электронов под действием электрического поля оторвется от основной массы и приобретет большие скорости, то для этих электронов кулоновское сечение резко упадет, что приведет к еще большему ускорению и прогрессивному падению сечения. Такие пролетные, или убегающие, электроны в конце концов могут ускоряться в плазме, как в вакууме.

Энергия ионизации атома химического элемента зависит от положения его в таблице Менделеева. В таком атоме один внешний ( валентный) электрон находится на дальней орбите, и его легко оторвать. У них все электроны образуют замкнутые оболочки, которые трудно разрушить. Поэтому из всех элементов легче всего ионизуется самый тяжелый щелочной металл - цезий. Его охотно применяют в лабораториях и в технике для получения термической плазмы.
В этой главе основное внимание будет уделено реакциям фтора в плотной термической плазме. Термин плазма будет использован в широком смысле, чтобы включить в него не только газ, проводящий ток, но и тот же газ при выходе из зоны разряда, когда происходит уменьшение концентрации электронов до довольно низких величин, уже обычно не характерных для плазмы. Термин термическая плазма будет относиться к плазме, полученной при относительно высоком давлении ( больше 50 мм рт. ст.), в которой столкновения частиц происходят с большой частотой. При таких условиях достигается локальное равновесие между колебательной, вращательной и поступательной температурами тяжелых частиц. Химический состав такой плазмы также приближается к термохимически равновесному составу. Термическая плазма характеризуется высокой температурой, высокой удельной энтальпией и большой светимостью.
 
Loading
на заглавную 10 самыхСловариО сайтеОбратная связь к началу страницы

© 2008 - 2014
словарь online
словарь
одноклассники
XHTML | CSS
Лицензиар ngpedia.ru
1.8.11