Источник плазмы как конечное звено системы обеспечения его функционирования

Материалы лекции № 1.1.

Источник плазмы как конечное звено системы обеспечения его функционирования

*****

Общие понятия о плазменных образованиях и сферах их использования. Общие понятия о связи между параметрами плазменного образования, методом организации процесса генерации плазмы в источнике и режимом работы источника. Границы изменения параметров плазменных образований и требования к их стабильности. Влияние выходных параметров систем обеспечения функционирования источника плазмы на режим его работы. Типовой состав комплекса, обеспечивающего функционирование источника плазмы. Регулирующие элементы в состав систем, которые обеспечивают работу источника плазмы.

*****

1.1.1. Общие понятия о плазменных образованиях и сферах их использования.

Понятие «плазма» происходит от новогреческого plasma (буквально – вылепленное, оформленное) и, как известно, обозначает газообразную фазу вещества, в которой кроме нейтральных молекул или атомов представлены и отдельные частицы, слагающие эти атомы (имеются в виду электроны и ионы). Если в рассматриваемом объеме число этих частиц приблизительно равно, то говорят о квазинейтральной (электрически почти нейтральной) плазме. В случае если энергии частиц близки, говорят об изотермической плазме и т. д. Все встречающиеся в сочетании со словом плазма термины характеризуют частные случаи ее состояния.

Наиболее широко плазма используется в промышленной деятельности человека: это, прежде всего электротермия, т.е. установки дуговой плавки и переплавки металлов, далее это все разновидности дуговой сварки и наплавки. Сюда же можно отнести все разновидности ионно-плазменных технологий, как вакуумных, так и атмосферных. К устройствам, использующим для выполнения своих функций плазму, можно отнести и всю совокупность плазменных источников излучения: от мощнейших дуговых ламп прожекторов и ламп накачки технологических лазеров до люминисцетных ламп освещения и “плазменных” панелей дисплеев ЭВМ. Необходимо очевидно вспомнить и о целом семействе газоразрядных (а, значит, плазменных) устройств силовой энергетики в настоящее время, правда, вытесненных полупроводниковыми приборами.

Менее внушительно по объему, но гораздо более разнообразно, применение плазмы в научных целях для проведения исследовательских работ. Очевидно, нет смысла даже пытаться перечислить все, а порой есть очень неожиданные области, где используется плазма. Для нас же, очевидно, наиболее “родными” областями использования плазмы будут области электроракетных движителей и технологических источников.

В перечисленных выше случаях используется самая разнообразная плазма. Отличаются как методы и способы ее создания, так и совокупность параметров ее характеризующих. В любом случае плазма это совокупность заряженных, нейтральных и возбужденных частиц, а такую совокупность, возможно описать хотя и большим, но все же конечным числом параметров.

На практике плазма используется в виде так называемых плазменных образований (ПО). К сожалению, толкование термина «плазменное образование» в энциклопедиях и энциклопедических словарях найти не удается. Поэтому следует исходить из толкования слов составляющих данный термин. О значении термина плазма сказано выше. Слово образование, входящее в термин «плазменное образование» следует толковать не как систему знаний, а как общую характеристику объекта, которому каким-то путем придана определенная форма или структура, что вообще-то должно определяться какими-то дополнительными терминами. Исходя из этого, словосочетание «плазменное образование» - термин недостаточно четкий. Его, разумеется, возможно трактовать как «область, занимаемая плазмой», но здесь тоже есть определенные проблемы. Дело в том, что плазма все-таки газ, а, как известно, газ стремится распространиться на все, предоставленное ему окружающей его оболочкой, пространство. «Ограничителями» распространения плазмы как газа могут быть либо все те же стенки прибора или устройства, либо, что существенно отличает плазму от газа, содержащего только нейтральные частицы – электрические и магнитные поля соответствующих величин напряженностей и конфигураций. Необходимо отметить, что электрические и магнитные поля действуют только лишь на заряженные частицы плазмы и никак не ограничивают движение нейтрального ее компонента, т. е. нейтральных частиц плазмы. Единственное поле, которое действует на все виды частиц плазмы – гравитационное. Именно оно удерживает около Земли ее атмосферу, включающую и ее плазменный компонент – «плазмосферу». Кстати плазмосфера может рассматриваться как пример плазменного образования.

Известно, что плазма состоит из заряженных и нейтральных частиц. Состав нейтрального компонента плазмы может быть достаточно сложным: помимо атомов и молекул в нормальном состоянии в плазме в гораздо большем количестве могут присутствовать атомы и молекулы в различных возбужденных состояниях. Но поскольку плазма - это газ, для ее описания используются те же понятия, что и для обычного газа. Поэтому основные параметры плазмы могут быть введены, исходя из простых молекулярно-кинетических представлений.