Նյութի չորրորդ վիճակը. պլազմայի զարմանալի աշխարհը

Ներածություն

Երբ մենք մտածում ենք նյութի մասին, սովորաբար պատկերացնում ենք երեք հիմնական վիճակներ՝ պինդ, հեղուկ և գազային: Սակայն գիտնականները վաղուց հայտնաբերել են նյութի չորրորդ վիճակը, որը կոչվում է «պլազմա»: Թեև այն կարող է թվալ էկզոտիկ, պլազման իրականում ավելի տարածված է տիեզերքում, քան նյութի մյուս երեք վիճակները միասին վերցրած:

1. Ի՞նչ է պլազման

Պլազման իոնացված գազ է, որում էլեկտրոնները առանձնացված են ատոմներից՝ ստեղծելով ազատ էլեկտրոնների և իոնների խառնուրդ: Պատկերացրեք պլազման որպես «սուպեր-գազ»: Եթե ջուրը տաքացնենք, այն կվերածվի գոլորշու՝ գազի: Իսկ եթե գազը շարունակենք տաքացնել կամ էներգիա հաղորդել, այն կվերածվի պլազմայի: Ի տարբերություն սովորական գազի, պլազման էլեկտրականապես հաղորդիչ է և ուժեղ արձագանքում է էլեկտրամագնիսական դաշտերին: Պլազմայի յուրահատկությունը կայանում է նրանում, որ այն կարող է գոյություն ունենալ շատ լայն ջերմաստիճանային տիրույթում՝ սկսած սենյակային ջերմաստիճանից (օրինակ՝ ֆլուորեսցենտ լամպերում) մինչև միլիոնավոր աստիճաններ (ինչպես աստղերի ներսում): Այս բազմազանությունը թույլ է տալիս պլազմային ունենալ բազմաթիվ կիրառություններ՝ տեխնոլոգիայից մինչև աստղաֆիզիկա:

2. Պլազմայի առաջացումը

Պլազման առաջանում է, երբ գազին բավարար էներգիա է հաղորդվում՝ ատոմներից էլեկտրոններ պոկելու համար: Սա կարող է տեղի ունենալ բարձր ջերմաստիճանների, ուժեղ էլեկտրական դաշտերի կամ ինտենսիվ լուսավորման պայմաններում:
Արևի մակերևույթին ջերմաստիճանն այնքան բարձր է (շուրջ 5500°C), որ ատոմները մշտապես իոնացված վիճակում են, ստեղծելով հսկայական պլազմայի գունդ: Երկրի վրա պլազման կարող է առաջանալ էլեկտրական պարպումների ժամանակ, ինչպես օրինակ կայծակի դեպքում: Լաբորատոր պայմաններում պլազման կարող է ստեղծվել տարբեր եղանակներով: Օրինակ, ռադիոհաճախական պլազման ստեղծվում է՝ գազին բարձր հաճախության էլեկտրամագնիսական ալիքներ կիրառելով: Այս մեթոդը լայնորեն օգտագործվում է կիսահաղորդիչների արտադրության մեջ:

3. Պլազմայի հատկությունները

Պլազման ունի մի շարք յուրահատուկ հատկություններ, որոնք տարբերակում են այն նյութի մյուս վիճակներից:

• Բարձր էլեկտրական հաղորդականություն. Ազատ էլեկտրոնների առկայության շնորհիվ պլազման գերազանց էլեկտրական հաղորդիչ է: Սա թույլ է տալիս պլազմային արագ արձագանքել էլեկտրական դաշտերին:

• Ուժեղ փոխազդեցություն մագնիսական դաշտերի հետ. Պլազմայի լիցքավորված մասնիկները ուժեղ փոխազդում են մագնիսական դաշտերի հետ: Սա օգտագործվում է, օրինակ, տոկամակներում պլազման պահելու համար:

• Կոլեկտիվ վարքագիծ. Պլազմայի մասնիկները հաճախ շարժվում են միասին՝ որպես մեկ ամբողջություն, արտաքին ազդեցությունների հետևանքով: Սա հանգեցնում է բարդ և հետաքրքիր երևույթների, ինչպիսիք են պլազմային ալիքները:

• Ջերմային հատկություններ. Պլազման կարող է հասնել չափազանց բարձր ջերմաստիճանների՝ պահպանելով իր կառուցվածքը: Սա կարևոր է միջուկային սինթեզի հետազոտություններում:

4. Պլազման բնության մեջ

Պլազման տարածված է տիեզերքում և հանդիպում է տարբեր երևույթներում Երկրի վրա:

Աստղերը, ներառյալ մեր Արեգակը, հիմնականում կազմված են պլազմայից: Արեգակի պսակը՝ արտաքին շերտը, պլազմայի հսկայական տարածք է, որի ջերմաստիճանը հասնում է միլիոնավոր աստիճանների:

Երկրի վրա մենք կարող ենք տեսնել պլազման կայծակի տեսքով: Կայծակը իրենից ներկայացնում է հզոր էլեկտրական պարպում, որը ստեղծում է կարճատև, բայց ինտենսիվ պլազմայի սյուն:

Հյուսիսային լույսերը (aurora) նույնպես պլազմայի դրսևորում են: Դրանք առաջանում են, երբ արեգակնային քամու մասնիկները փոխազդում են Երկրի մթնոլորտի հետ՝ ստեղծելով գեղեցիկ լուսավոր ցուցադրություններ:

Երկրի իոնոսֆերան՝ մթնոլորտի վերին շերտը, նույնպես պլազմայի մի ձև է: Այն կարևոր դեր է խաղում ռադիոկապի համար, անդրադարձնելով որոշ ռադիոալիքներ և թույլ տալով դրանց տարածվել երկար տարածությունների վրա:

5. Պլազմայի կիրառությունները տեխնոլոգիայում

Պլազման լայնորեն օգտագործվում է ժամանակակից տեխնոլոգիաներում:

• «Պլազմային հեռուստացույցներ» և «ֆլուորեսցենտ լամպեր» օգտագործում են պլազման լույս արտադրելու համար:

• Պլազմային զոդում օգտագործում է պլազմայի բարձր ջերմաստիճանը մետաղները միացնելու համար:

• Պլազման օգտագործվում է կիսահաղորդիչների արտադրության մեջ՝ մակերևույթների մշակման համար:

6. Պլազման և միջուկային սինթեզ

Միջուկային սինթեզը խոստանում է մաքուր, անսպառ էներգիա: Տոկամակները օգտագործում են մագնիսական դաշտեր՝ բարձր ջերմաստիճանի պլազման պահելու համար: Վերջերս National Ignition Facility-ում (ԱՄՆ) իրականացվել է առաջին «դրական էներգիայով» սինթեզի ռեակցիան:

7. Պլազմայի հետազոտությունը և ապագան

Պլազմայի ֆիզիկան շարունակում է լինել ակտիվ հետազոտության ոլորտ: Գիտնականները ուսումնասիրում են պլազմայի նոր կիրառություններ, ինչպիսիք են.

• պլազմային շարժիչները տիեզերական հետազոտությունների համար,

• պլազմայի օգտագործումը բժշկության մեջ՝ մանրէազերծման և վերքերի բուժման համար,

• նոր տեսակի պլազմային էկրաններ և լուսավորման սարքեր

Եզրակացություն

Պլազման՝ որպես նյութի չորրորդ վիճակ, ոչ միայն գերիշխում է տիեզերքում, այլև դառնում է մեր առօրյա կյանքի ավելի ու ավելի կարևոր մասը: Այն բացում է նոր հնարավորություններ էներգետիկայի, տեխնոլոգիայի և գիտության ոլորտներում: Պլազմայի հետազոտությունը կարող է առաջարկել լուծումներ մեր ժամանակի որոշ ամենամեծ մարտահրավերներին, ներառյալ մաքուր էներգիայի արտադրությունը և տիեզերական հետազոտությունները: Մինչ մենք շարունակում ենք բացահայտել պլազմայի գաղտնիքները, անկասկած, կհայտնաբերենք նոր և հետաքրքիր կիրառություններ այս զարմանալի նյութի վիճակի համար:

Հոդվածի գլխավոր պատկերը խորհրդանշում է պլազման՝ տիեզերական չորրորդ վիճակը։