16. Ионизованный газ и плазма.
Пла́зма— в физике и химии полностью или частично ионизированный газ, который может быть как квазинейтральным, так и неквазинейтральным. Плазма иногда называется четвёртым (после твёрдого, жидкого и газообразного) агрегатным состоянием вещества.
Слово «ионизированный» означает, что от электронных оболочек значительной части атомовили молекул отделён по крайней мере один электрон. Слово «квазинейтральный» означает, что, несмотря на наличие свободных зарядов (электронов и ионов), суммарный электрический заряд плазмы приблизительно равен нулю. Присутствие свободных электрических зарядов делает плазму проводящей средой, что обуславливает её заметно большее (по сравнению с другими агрегатными состояниями вещества) взаимодействие с магнитным и электрическим полями.
В резком отличии свойств П. от свойствнейтральных газов определяющую роль играют два фактора. Во-первых, взаимодействиечастиц П. между собой характеризуется кулоновскими силами притяжения иотталкивания, убывающими с расстоянием гораздо медленнее (т. е. значительноболее дальнодействующими), чем силы взаимодействия нейтральных частиц. <По этой причине взаимодействие частиц в П. является, строго говоря, непарным, а коллективным — одновременно взаимодействует друг с другом большоечисло частиц. Во-вторых, электрич. и магн. поля сильно действуют на П.,вызывая появление в ней объёмных зарядов и токов и обусловливая целый рядспецифич. свойств П. Эти отличия позволяют рассматривать П. как особое,»четвёртое» состояние вещества. К важнейшим свойствам П. относится квазинейтральность. <Она соблюдается, если линейные размеры области, занимаемой П., много больше дебаевского радиуса экранирования
е е и е i— заряды электронов и ионов, п е и п i,- электронная и ионная плотности; здесь и ниже используется абсолютная Гаусса система единиц. Следовательно, лишь при выполнении этогоусловия можно говорить о П. как таковой. Электрич. поле отд. частицы вП. экранируется частицами противоположного знака, т. е. практически исчезаетна расстояниях порядка rD от частицы. Величина rD определяети глубину проникновения внеш. электростатич. поля в П. Квазинейтральность может нарушаться вблизи границы П., где более быстрые электроны вылетаютпо инерции за счёт теплового движения на длину
Плазма обладает высокой проводимостью. Она пропускает большой ток, так как есть свободные заряды. В плазме возможно управление началом протекания тока.
17. Элементарные процессы в плазме и на пограничных поверхностях.
Перечень элементарных процессов в плазме не ограничивается процессом ионизации. Помимо него в плазме постоянно происходят процесс рекомбинации, сопровождаемый излучением, процесс упругих соударений с обменом энергией, процессы перезарядки, а также диссоциации молекул на атомы без ионизации.
Ионизация — отрыв части электронов от атомов, который может осуществляться несколькими путями: термическим(термическая ионизация), излучением различных видов и электрическим разрядом. В технологических плазменных устройствах — ионизация в электрических газовых разрядах различного вида. Механизм ионизации в разряде заключается в образовании электронной лавины. Обязательное условие развития лавины — электрическое или электромагнитное поле такой величины, чтобы оно сообщало электрону на длине свободного пробега больше энергии, чем нужно для выбивания из атома еще одного электрона. Такой механизм — ионизация электронным ударом
Элементарные процессы (в плазме) — процессы, протекающие в плазме при столкновении атомов, ионов и электронов. К их числу принадлежат: ионизация, рекомбинация, перезарядка, возбуждение, тушение(дезактивация), диссоциация, ассоциация. Элементарные процессы составляют основу теории низкотемпературной плазмы и газового разряда.
Рекомбинация — процесс, обратный ионизации. Состоит в захвате ионом свободного электрона. Рекомбинация приводит к уменьшению заряда иона или к превращению иона в нейтральный атом или молекулу. Возможна также рекомбинация электрона и нейтрального атома (молекулы), приводящая к образованию отрицательного иона, и в более редких случаях — рекомбинация отрицательного иона с образованием двух- или трехкратно заряженного отрицательного иона. Вместо электрона в некоторых случаях могут выступать другие элементарные частицы, например мезоны, создавая мезоатомы или мезомолекулы.
ТУТ СРАЗУ 20 И 18 ВОПРОС.
Основные методы генерации плазмы
Типы газовых разрядов.
Для создания и поддержания низкотемпературной плазмы в технологических плазменных устройствах используют газовый электрический разряд. Если основную ионизацию газа обеспечивают посторонние источники (например, источники ультрафиолетового или рентгеновского излучения) и без них разряд не может существовать, то его называют несамостоятельным. Как правило, в технологических устройствах электронной техники применяется самостоятельный разряд. В этом случае процесс поддерживается внутренними источниками ионизации (например, столкновением электронов с молекулами и атомами внешнего газа, процессами на катоде и т.п.).
Для перехода несамостоятельного разряда в самостоятельный и обеспечения лавинного пробоя требуется начальная концентрация электронов , которая может быть получена за счет либо впрыска электронов (так называемый поджиг разряда), либо остаточной ионизации. Поджиг разряда обычно обеспечивается каким-либо вспомогательным устройством, действующим в течение начального короткого промежутка времени. Остаточная ионизация — следствие естественных процессов в газовой среде.
Электрические разряды в газах, в результате которых образуется газоразрядная плазма, могут протекать различно в зависимости от условий и выбранных параметров (давление, состав газа, вкладываемая мощность, напряженность и частота электрического поля, сила тока, наличие и характеристики магнитных и электромагнитных полей, материал и состояние электродов и т.д.). При разных формах разряда вклад тех или иных элементарных процессов может быть совершенно различен. Разнообразен также и механизм пробоя газа, а существование разряда может поддерживаться не только при непосредственно контакте плазмы с электродами (электродный разряд), но и в отсутствие такого контакта (безэлектродный).
Можно выделить четыре типа газовых разрядов:
Тле́ющий разря́д — один из видов стационарного самостоятельного электрического разряда в газах. Формируется, как правило, при низком давлении газа и малом токе. При увеличении проходящего тока превращается в дуговой разряд.В отличие от нестационарных (импульсных) электрических разрядов в газах, основные характеристики тлеющего разряда остаются относительно стабильными во времени.
Типичным примером тлеющего разряда, знакомым большинству людей, является свечение неоновой лампы.Присоединим электроды к источнику постоянного тока с напряжением несколько тысяч вольт (годится электрическая машина) и будем постепенно откачивать из трубки воздух. При атмосферном давлении газ внутри трубки остаётся тёмным, так как приложенное напряжение в несколько тысяч вольт недостаточно для того, чтобы пробить длинный газовый промежуток. Однако когда давление газа достаточно понизится, в трубке вспыхивает светящийся разряд. Он имеет вид тонкого шнура (в воздухе — малинового цвета, в других газах — других цветов), соединяющего оба электрода. В этом состоянии газовый столб хорошо проводит электричество.
Дуговой разряд является частным случаем четвёртой формы состояния вещества —плазмы — и состоит из ионизированного, электрически квазинейтрального газа. Присутствие свободных электрических зарядов обеспечивает проводимость электрической дуги.Электрическая дуга между двумя электродами в воздухе при атмосферном давлении образуется следующим образом: При увеличении напряжения между двумя электродами до определённого уровня в воздухе между электродами возникает электрический пробой. Напряжение электрического пробоя зависит от расстояния между электродами и пр. Зачастую, для инициирования пробоя при имеющемся напряжении электроды приближают друг к другу. Во время пробоя между электродами обычно возникает искровой разряд, импульсно замыкая электрическую цепь.
Электроны в искровых разрядах ионизируют молекулы в воздушном промежутке между электродами. При достаточной мощности источника напряжения, в воздушном промежутке образуется достаточное количество плазмы для того, чтобы напряжение пробоя (или сопротивление воздушного промежутка) в этом месте значительно упало. При этом искровые разряды превращаются в дуговой разряд — плазменный шнур между электродами, являющийся плазменным тоннелем. Эта дуга является по сути проводником, и замыкает электрическую цепь между электродами, средний ток увеличивается ещё больше нагревая дугу до 5000–50000 K. При этом считается, что поджиг дуги завершён.
Искровой разряд, искра, одна из форм электрического разряда в газах; возникает обычно при давлениях порядка атмосферного и сопровождается характерным звуковым эффектом — «треском» искры. В природных условиях И. р. наиболее часто наблюдается в виде молнии. И. р. в собственном смысле этого термина происходит, если мощность питающего его источника энергии недостаточна для поддержания стационарногодугового разряда или тлеющего разряда.В этом случае одновременно с резким возрастанием разрядного тока напряжение на разрядном промежутке в течение очень короткого времени (от несколько мксек до нескольких сотен мксек) падает ниже напряжения погасания И. р., что приводит к прекращению разряда. Затем разность потенциалов между электродами вновь растет, достигает напряжения зажигания И. р. и процесс повторяется. В других случаях, когда мощность источника энергии достаточно велика, также наблюдается вся совокупность явлений, характерных для И. р., но они являются лишь переходным процессом, ведущим к установлению разряда другого типа — чаще всего дугового.
Коро́нный разря́д — это характерная форма самостоятельного газового разряда, возникающего в резко неоднородных полях. Главной особенностью этого разряда является то, что ионизационные процессы электронами происходят не по всей длине промежутка, а только в небольшой его части вблизи электрода с малым радиусом кривизны (так называемого коронирующего электрода). Эта зона характеризуется значительно более высокими значениями напряженности поля по сравнению со средними значениями для всего промежутка.
Возникает при сравнительно высоких давлениях (порядка атмосферного) в сильно неоднородном электрическом поле. Подобные поля формируются у электродов с очень большой кривизной поверхности(острия, тонкие провода). Когда напряжённость поля достигает предельного значения для воздуха (около 30кВ/см), вокруг электрода возникает свечение, имеющее вид оболочки или короны (отсюда название).
ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ РАЗРЯД — электрический разряд в газах под действием электрич. ВЧ-поля. В. р. может возникать при расположении электродов как внутри разрядной трубки, так и вне её (безэлектродный разряд ),а также при фокусировке эл.- магн. излучения в свободном газе, в частности в атмосфере (сверхвысокочастотный разряд и оптические разряды ).Осн. физ. процессы и особенности В. р.: под действием электрич. ВЧ-поля электроны приобретают большие энергии и оказываются способны эффективно ионизировать при соударениях атомы или молекулы газа (см. Ионизация); потери электронов из газоразрядной плазмы В. р. происходят за счёт объёмной рекомбинации, «прилипания» к молекулам и диффузии; распределение электронов по энергиям может иметь сложный характер, существенно отличающийся от Максвелла распределения; процессы на граничных поверхностях при В. р. менее существенны, чем при разряде в пост. электрич. поле. Амплитуда ВЧ-поля, необходимого для возникновения В. р., увеличивается с ростом давления газа и частоты поля. Погасание разряда происходит при существенно более слабых полях, зависящих от условий рекомбинации и диффузии. Область существования В. р. в зависимости от амплитуды и частоты электрич. поля имеет гистерезисный характер. При больших давлениях газа (близких к атмосферному) В. р. между двумя электродами наз. высокочастотной короной, а при достаточной мощности источника он переходит в высокочастотную дугу. При низких давлениях режим В. р. близок режиму положит. столба тлеющего разряда.
ионизированный газ
Пла́зма (от греч. πλάσμα «вылепленное» , «оформленное» ) — в физике и химии полностью или частично ионизированный газ, который может быть как квазинейтральным, так и неквазинейтральным. Плазма иногда называется четвёртым (после твёрдого, жидкого и газообразного) агрегатным состоянием вещества.
Слово «ионизированный» означает, что от электронных оболочек значительной части атомов или молекул отделён по крайней мере один электрон. Слово «квазинейтральный» означает, что, несмотря на наличие свободных зарядов (электронов и ионов) , суммарный электрический заряд плазмы приблизительно равен нулю. Присутствие свободных электрических зарядов делает плазму проводящей средой, что обуславливает её заметно большее (по сравнению с другими агрегатными состояниями вещества) взаимодействие с магнитным и электрическим полями. Четвёртое состояние вещества было открыто У. Круксом в 1879 году и названо «плазмой» И. Ленгмюром в 1928 году, возможно из-за ассоциации с плазмой крови. Ленгмюр писал:
Исключая пространство около электродов, где обнаруживается небольшое количество электронов, ионизированный газ содержит ионы и электроны практически в одинаковых количествах, в результате чего суммарный заряд системы очень мал. Мы используем термин «плазма» , чтобы описать эту в целом электрически нейтральную область, состоящую из ионов и электронов.
ИОНИЗАЦИЯ ГАЗОВ
ные молекулы (т. н. рекомбинация ионов). Таким образом в стационарных условиях количество ионов в ионизированном газе определяется подвижным равновесием между числом ионов, доставляемых ионизатором, и числом ионов, исчезающих вследствие рекомбинации. Следующ. простой опыт может служить иллюстрацией того, что электропроводность газа обусловлена появлением в нем заряженных носителей электричества. Между двумя металлическими пластинками горит маленькое пламя (рис. 1); над этими пластинками располагается небольшой металлический диск О, заряженный и соединен. с электроскопом. Под действием пламени в воздухе образуется большое количество ионов, которые потоком нагретого воздуха под- Рис — *- нимаются вверх и
быстро разряжают диск. Листочки электроскопа спадают. Стоит однако между пластинками А и В возбудить достаточно интенсивное электрическое поле, зарядивши одну +, а другую—электричеством, и разряжение диска мгновенно прекращается. Причина в том, что -(-заряженная пластинка притягивает к себе из проходящего потока воздуха все —заряженные ионы, а —заряженная пластинка притягивает все + заряженные ионы. Если же, воспользовавшись аналогично устроенным прибором, мы станем измерять силу тока ионизации в газе между пластинками в зависимости от разности потенциалов между этими пластинками, то • получим следующий ° результат. Первона- * чально при малых * разностях потенциа-и лов сила тока возрастает прямо пропорционально разности потенциалов (закон Ома); при увеличении разности потенциалов возрастание силы тока становится более медленным, и наконец устанавливается некоторая постоянная сила тока, которая не зависит от дальнейшего увеличения потенциала. Это—т. н. ток насыщения, установление к-рого объясняется тем, что ионизатор в единицу времени создает ровно столько ионов, сколько их «высасывают» заряженные пластинки. Явление это имеет огромное значение для теории измерений рентгеновских лучей и лучей радиоактивных веществ, т. к. ток насыщения является мерой интенсивности ионизатора. При очень сильных электрических полях сила тока вновь начинает возрастать и притом весьма быстро (рис. 2). Объясняется это тем, что первично возникшие ионы под действием весьма интенсивного электрического поля приобретают такую большую скорость, что они в свою очередь ока- ¥ Ударна енизац X/ он Haci щення Потенциал Рисунок 2. зываются в состоянии при столкновениях разрушать молекулы, создавая новые ионы; последние опять-таки ускоряются электрическим полем и тоже создают новые ионы и т. д. Таким путем образуется та лавина ионов, к-рая обусловливает внезапное сильное увеличение электропроводности газа, за к-рым при дальнейшем увеличении электрического поля может последовать электрический пробой газа; разряд при этом приобретает форму искры. Описанное явление носит название ударной И. Простейший способ получения ударной И. состоит в том, что заряжают острие, напр. соединяя его с полюсом электростатической машины. Электрическое поле вокруг острия чрезвычайно неравномерно, а непосредственно у самого острия изменяется настолько быстро, что электрическая сила, пропорциональная градиенту потенциала, оказывается весьма значительной. Вследствие этого немногочисленные ионы, всегда имеющиеся в воздухе, получают такое ускорение, что они могут возбуждать ударную ионизацию. При этом ионы противоположного знака тотчас поглощаются острием, к-рое т. о. всегда окружено лишь ионами, имеющими заряд одинакового с ним знака. Эти последние отталкиваются от острия и, увлекая за собой вследствие внутреннего трения молекулы воздуха, образуют тот ионный ветер, к-рым пользуются в электромедицине в виде т. н. статического душа. Из свойств ионов следует упомянуть их способность конденсировать на себе пары, а также резко выраженную способность к адсорпции. Воздух, лишенный пыли и ионов, может быть значительно пересыщен парами. Если ионизировать такой воздух, то тотчас происходит конденсация паров; каждый ион служит тем центром, около которого конденсируется капелька. Такая конденсация паров на ионах играет выдающуюся роль в физике атмосферы, где большое количество ионов создается преимущественно ультрафиолетовым излучением солнца.—Адсорпция ионов за последнее время широко используется в промышленности и сан. технике для электрической очистки газов. Если в сосуд, наполненный дымом, внести острие, соединенное с полюсом электростатической машины, то дым сразу оседает. Это объясняется тем, что ионы, в изобилии возникающие на острие в результате ударной ионизации, адсорбируются твердыми частицами дыма; при этом частицы, получившие таким путем противоположные заряды, слипаются, образуя столь значительные комки, что они под действием силы тяжести оседают вниз. Практически однако современным очистительным устройствам придают форму цилиндрического конденсатора; очищаемый газ поступает в трубу, по оси которой натянута тонкая проволока. Между трубой и проволокой создается весьма интенсивное электрическое поле постоянного направления, под влиянием к-рого возникают ударная И. и последующее заряжение взвешенных частиц. Очищение при этом обусловлено не столько образованием комков и их падением вниз, сколько осаждением заряженных ча- стиц на стенках, к к-рым эти частицы притягиваются..Санит.-гиг. значение подобных устройств совершенно очевидно. Особенно велика их роль на производствах хим. характера. Каким количеством посторонних, в большинстве случаев чрезвычайно вредных ингредиентов насыщают воздух большие производства, можно видеть из следующего примера: одно из самых больших электрических очистительных устройств в мире установлено в Испании на заводе, имеющем дело с обработкой свинца. Очистка газов на этом заводе дает ежедневно 12.000 кг твердого осадка, к-рый на 90% состоит из свинца.—И. г. применяется в наст, время и в медицине. Например, ионизированным воздухом пользуются при лечении tbc, и результаты, описанные различными авторами, представляют значительный интерес. Лит.: Хвольсон О., Курс физики, т. V, гл. X (составл. А. Афанасьевым), Берлин, 1923; Thorn-s о n J . а. Т Ь о m s о n G., Conduction of electricity through gases, Cambridge, 1928; Townsend J., Die Ionisation der Gase (Hndb. d. Radiologie, nrsg. v. E. Marx, B. I, Lpz., 1920). • ■ i 3. Шпольекпй.
Большая медицинская энциклопедия . 1970 .
Полезное
Смотреть что такое «ИОНИЗАЦИЯ ГАЗОВ» в других словарях:
Ионизация газов в атмосфере — происходит, например, при грозовых разрядах. Оказывает влияние на физиологическую активность организмов и активность поведения животных (при увеличении количества положительных ионов). Экологический словарь. Алма Ата: «Наука». Б.А. Быков. 1983 … Экологический словарь
ИОНИЗАЦИЯ — ИОНИЗАЦИЯ, ионизации, мн. нет, жен. 1. Образование или возбуждение ионов в какой нибудь среде (физ.). Ионизация газов. 2. Введение в организм лекарственных веществ посредством ионов, возбуждаемых электрическим током в этих веществах (мед.).… … Толковый словарь Ушакова
ИОНИЗАЦИЯ — образование положит. и отрицат. ионов и свободных эл нов из электрически нейтральных атомов и молекул. Термином «И.» обозначают как элементарный акт (И. атома, молекулы), так и совокупность множества таких актов (И. газа, жидкости). Ионизация в… … Физическая энциклопедия
ИОНИЗАЦИЯ — ИОНИЗАЦИЯ, и, жен. (спец.). Образование ионов в какой н. среде. И. газов. | прил. ионизационный, ая, ое. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова
Ионизация — образование положительных и отрицательных ионов (См. Ионы) и свободных электронов из электрически нейтральных атомов и молекул. Термином «И.» обозначают как элементарный акт (И. атома, молекулы), так и совокупность множества таких актов… … Большая советская энциклопедия
Ионизация — Энергия ионизации некоторых чистых химических элементов. На пиках находятся инертные газы. Ионизация эндотермический процесс образования ионов из нейтральных … Википедия
Газов очистка — выделение из промышленных газов содержащихся в них примесей. Очистку газов производят с целью дальнейшего использования самого газа или содержащихся в нём примесей; выбрасываемые в атмосферу промышленные газы очищают с целью охраны… … Большая советская энциклопедия
ионизация — физ. превращение нейтральных атомов или молекул в ионы; происходит под влиянием хим. процессов, под действием ионизирующих активных излучений, высоких температур и др. причин. Новый словарь иностранных слов. by EdwART, , 2009. ионизация физ.… … Словарь иностранных слов русского языка
ИОНИЗАЦИЯ — процесс превращения атомов (молекул) в ионы. И. газов (их превращение в положит. ионы) происходит при поглощении эл. магн. излучения (фотоионизация), нагревании (термич. И.), столкновении частиц с электронами или ускоренными частицами (ударная… … Естествознание. Энциклопедический словарь
Аэродинамика разреженных газов — раздел механики газов, в котором для описания движения газов необходимо учитывать их молекулярное строение. Методы А. р. г. широко применяют при определении аэродинамического нагрева (См. Аэродинамический нагрев) приземляющихся… … Большая советская энциклопедия
Как используется плазма в альтернативной энергетике
В сфере экологичных энергетических технологий упор как правило делается на энергию солнца и ветра. Тем временем правительства многих стран вкладывают огромные суммы в развитие контролируемого термоядерного синтеза и плазменной энергетики. Плазма — четвёртное состояние вещества — используется или могла быть использована в самых разных проектах. Какие-то из них так и не удалось воплотить из-за недостаточного количества нужных материалов, а какие-то открывают перед человечеством новые перспективы.
В чём особенность плазмы
Плазмой называют ионизированный газ. Он состоит из смеси нейтральных атомов и заряженных электронов и ионов. В таком состоянии атомы или молекулы газа более активны, так как на их электронных оболочках много свободных мест — это облегчает взаимодействие с другими материалами и веществами.
Чтобы газ стал ионизированным, нужно его нагреть или облучить. Как правило, используется электрический газовый разряд. Сложности возникают при изготовлении электродов и других элементов, которые нужны для реализации механизма. Нужны устойчивые к высоким температурам металлы — бериллий (становится радиоактивным при перегреве), торий (выделяет токсичные вещества), а также гафний и цирконий.
Плазма разогревается до огромных температур, которые могут превышать температуру в ядре Солнца. Мысли об использовании этого типа вещества появлялись ещё в начале XX века, но реализация стала возможна гораздо позже.
Термоядерный синтез
Энергию плазмы можно использовать, если в контролируемой и намагниченной среде происходит ядерный синтез. По подобному типу существуют звёзды (во вселенной вообще большая часть вещества существует именно в виде плазмы). Генераторы такого типа иногда называют захватом звезды в банку.
Многие методы использования термоядерного синтеза являются абсолютно экологичными или даже дают полезные выбросы. На изучение возможностей использования плазмы в энергетике правительства самых разных стран затрачивают огромные ресурсы. Некоторые даже считают, что плазма может стать основным источником энергии в будущем.
Пока что все исследования в этой области скорее теоретические. На банальный запуск устройств, позволяющих проводить контролируемые термоядерные реакции, нужно огромное число электроэнергии и других ресурсов. Выделенная энергия не оправдывает затраты, а поддерживать плазму в стабильном состоянии удаётся всего несколько минут. Однако в теории использование уже известных технологий, в том числе подхода токамака, может привести к появлению на земле практически неисчерпаемого и при этом совершенно экологичного источника энергии.
Одним из последних значимых событий в этой области стал запуск “искусственного солнца” в Китае, которое достигло температуры в 75 млн градусов Цельсия. Считается, что эта разработка обошлась в 1 трлн долларов. Это не первое устройство подобного типа и масштаба, но одно из самых успешных. Температура, которой смогли достичь, превысила температуру солнечного ядра в 5 раз. Другие разработки включают в себя:
Международный экспериментальный термоядерный реактор во Франции (ITER). Начинать эксперименты с плазмой там планируют только в 2025 году;
Токамак Alcator C-Mod в Массачусетском технологическом институте. При его помощи уже удалось достичь температуры в 35 млн градусов Цельсия. Проект перестал финансироваться в пользу ITER;
Wendelstein 7-X fusion energy, Германия. Это стелларатор со сверхпроводящими катушками, позволяющими длительно поддерживать стабильность вещества в четвертом состоянии. Плазма этого устройства достигает температуры в 80 млн градусов Цельсия, а в качестве отходов производит гелий.
Реактор KSTAR в Национальном институте термоядерных исследований в Южной Корее. Достигнутая температура — 300 млн градусов Цельсия на протяжении 30 секунд. В целом в стабильном состоянии плазму удалось поддерживать на протяжении 70 секунд.
Разумеется, это не все разработки. Существует даже обширная критика того, как дорого стоят подобные проекты, так как практических результатов так и не было достигнуто, а в теории для запуска нужны очень труднодоступные материалы и вещества.
Плазмотроны и МИД-генераторы
Генераторы плазмы — это особые электротехнические конструкции, которые используют для создания плазмы высоковольтную дугу в разреженной газовой среде. Впервые такие устройства появились в 50-х годах прошлого века вместе с возможностью добывать устойчивые к высоким температурам металлы. Высокие температуры были нужны для обработки таких металлов — именно под эту цель создавались первые плазмотроны. Позже технологию также стали применять для получения редких химических элементов.
Плазмотроны или генераторы плазмы уже используется некоторыми компаниями для решения проблемы загрязнения. Компания Advanced Plasma Power из Великобритании запатентовала технологию Gasplasma. Совмещение газификации и плазменной обработки позволяет из не подвергающихся вторичной переработке отходов сделать топливо. Дополнительно в процессе образуется вещество Plasmarok, продающееся компанией как строительный материал.
Также существуют МГД-генераторы, основными преимуществами которых в теории является КПД, превышающее таковое у обычных станций. То есть для получения плазмы используют привычные ресурсы, такие как уголь или природный газ, но выработка энергии при этом выше, чем в стандартных генераторах.
Однако на практике получить МГД с действительно достаточным КПД, который можно было бы использовать промышленно, практически не удаётся. Есть целый набор препятствий:
Дефицит и дороговизна жаропрочных материалов;
Сложность с передачей энергии потребителям. Плазмотроны дают только постоянный ток, для реализации которого нужны особые инверторы, создание которых на текущем уровне развития техники затруднительно;
Нужно создавать сверхсильные магнитные поля. Существующие сверхпроводящие магниты недостаточно совершенны.
Также для достижения действительно высокого КПД плазму нужно разогревать до более высоких температур, чем в существующих генераторах.
Отдельно задействующие плазму технологии используются в авиапромышленности, особенно для создания высокоскоростных аппаратов.
Итоги
Использование плазмы в энергетике зачастую называют будущим решением энергетического кризиса, а разработки по важности и сложности ставят на одно место с тёмной материей и антивеществом. Однако пока что реально используются только плазмотроны как специальные устройства для нагрева различных материалов, обработки тугоплавких веществ и получения редких элементов. Это скорее инструменты, чем источники энергии. Плазменные генераторы могут стать реальным источником энергии, но пока что это также только инструмент для исследований и испытаний.
О сервисе Онлайн Патент
Онлайн Патент – цифровая система №1 в рейтинге Роспатента. С 2013 года мы создаем уникальные LegalTech-решения для защиты и управления интеллектуальной собственностью. Зарегистрируйтесь в сервисе Онлайн-Патент и получите доступ к следующим услугам:
Онлайн-регистрация программ, патентов на изобретение, товарных знаков, промышленного дизайна;
Подача заявки на внесение в реестр отечественного ПО;
Опции ускоренного оформления услуг;
Бесплатный поиск по базам патентов, программ, товарных знаков;
Мониторинги новых заявок по критериям;
Больше статей, аналитики от экспертов и полезной информации о интеллектуальной собственности в России и мире ищите в нашем Телеграм-канале.
Получите скидку в 2000 рублей на первый заказ. Подробнее в закрепленном посте.