Партнерка на США и Канаду по недвижимости, выплаты в крипто
- 30% recurring commission
- Выплаты в USDT
- Вывод каждую неделю
- Комиссия до 5 лет за каждого referral
НОУ МОУ СОШ № 10
СЕКЦИЯ ФИЗИКИ
Реферат
для научно-практической конференции
на тему:
«Плазма – четвертое состояние вещества».
Выполнил:
Денисов Артём
ученик 8 «Б» класса
Руководитель:
-
преподаватель физики
г. Чайковский
2003 год
СОДЕРЖАНИЕ.
| Введение | |
| Стр.3 |
| Стр.3 |
| Стр.4 |
| Плазма – четвертое состояние вещества. | Стр.5 |
| Стр.5 |
| Стр.5 |
| Стр.6 |
| Стр.9 |
| Стр.9 |
| Стр.10 |
| Стр.12 |
| Стр.12 |
| Стр.13 |
| Заключение. …………………………………………………………… | Стр.14 |
| Стр.14 |
| Список литературы …………………………………………………… | Стр.17 |
| Приложение. ………………………………………………………… | Стр.18- 23 |
("1") Введение.
Плазма – наиболее распространенное состояние вещества в природе.
В 1929 г. американские физики Ирвинг Лёнгмюр (1881—1957) и Леви Тонко (1897—1971) назвали плазмой ионизованный газ в газоразрядной трубке.
Английский физик Уильям Крукс (1832—1919), изучавший электрический разряд в трубках с разрежённым воздухом, писал: «Явления в откачанных трубках открывают для физической науки новый мир, в котором материя может существовать в четвёртом состоянии».
В зависимости от температуры любое вещество изменяет своё состояние. Так, вода при отрицательных (по Цельсию) температурах находится в твёрдом состоянии, в интервале от 0 до 100 °С - в жидком, выше 100 °С—в газообразном. Если температура продолжает расти, атомы и молекулы начинают терять свои электроны — ионизуются и газ превращается в плазму. При температурах более 1 °С плазма абсолютно ионизована — она состоит только из электронов и положительных ионов. Плазма — наиболее распространённое состояние вещества в природе, на неё приходится около 99 % массы Вселенной. Солнце, большинство звёзд, туманности — это полностью ионизованная плазма. Внешняя часть земной атмосферы (ионосфера) тоже плазма.
Ещё выше располагаются радиационные пояса, содержащие плазму. Полярные сияния, молнии, в том числе шаровые, — всё это различные виды плазмы, наблюдать которые можно в естественных условиях на Земле. И лишь ничтожную часть Вселенной составляет вещество в твёрдом состоянии — планеты, астероиды и пылевые туманности.
Солнечный ветер.
До 1958 года считалось, что магнитное поле Земли представляет собой поле магнитного диполя, которое существует во всем пространстве и исчезает лишь при бесконечно большом удалении от планеты. Однако исследования, проведенные с помощью спутников и космических ракет, показали, что геомагнитное поле имеет другую форму. Его сдувает поток заряженных частиц, непрерывно испускаемых Солнцем, - солнечный ветер. Это водородная плазма с концентрацией около 10 частиц/см3 , движущаяся скоростью 300 – 500 км/с в межпланетной среде, которая тоже находится в состоянии плазмы с плотностью 100 частиц/см3.
При обтекании солнечным ветром магнитного слоя Земли образуется ударная волна, поэтому форма силовых линий магнитного поля на расстояниях, примерно равных семи – восьми радиусам Земли, существенно отличается от дипольной. Геомагнитное поле образует так называемую магнитосферу. С дневной стороны солнечный ветер ее «сжимает», а с ночной – «вытягивает». Возникает весьма длинный «хвост», начинающийся на расстоянии десяти радиусов Земли.
Плазменное покрывало Земли.
Уже с помощью первых спутников Земли было обнаружено, что в магнитосфере планеты есть области с относительно высокой концентрацией электронов и ионов больших энергий – радиационные пояса. Выделяют два радиационных пояса. Внутренний, где преобладают протоны, начинается на высоте 500 км от поверхности Земли. И простирается на несколько тысяч километров. Внешний, состоящий в основном из электронов, имеет максимальную плотность частиц на расстоянии около 22 тысяч км от планеты. Частицы, попавшие в радиационные пояса, могут довольно долго удерживаться геомагнитным полем.
С этими частицами связано явление полярного сияния. При вспышках на Солнце усиливается солнечный ветер, что приводит к возникновению сильных магнитогидродинамических волн.
Их распространение вызывает колебания магнитного поля в магнитосфере Земли, а, следовательно, изменение условий удержания частиц в радиационных поясах. Заряженные частицы буквально «высыпаются» в области полюсов Земли.
Сталкиваясь с нейтральными атомами в верхних слоях атмосферы, они переводят их в возбужденное состояние или ионизуют. Освобождаясь от избытка энергии, возбужденные атомы испускают фотоны, потоки которых наблюдаются как сияние.
Плазма – четвертое состояние вещества.
Что такое плазма.
Под плазмой в физике понимают газ, состоящий из электрически заряженных и нейтральных частиц, в котором суммарный электрический заряд равен нулю, то есть, выполнено условие квазинейтральности (поэтому, например, пучок электронов, летящих в вакууме, не плазма: он несет отрицательный заряд).
Чтобы перевести газ в состояние плазмы, нужно оторвать хотя бы часть электронов от атомов, превратив эти атомы в ионы. Такой отрыв от атомов называют ионизацией. В природе и технике ионизация может производиться различными путями. Самые распространенные из них:
- Ионизация теплом. ("2") Ионизация излучением. Ионизация электрическим разрядом. Ионизация давлением.
Использование плазмы.
Наиболее широко плазма применяется в светотехнике — в газоразрядных лампах, освещающих улицы. Гуляя вечером по улицам города, мы любуемся световыми рекламами, не думая о том, что в них светится неоновая или аргоновая плазма. Пользуемся лампами дневного света. Всякий, кто имел «удовольствие» устроить в электрической сети короткое замыкание, встречался с плазмой. Искра, которая проскакивает между проводами, состоит из плазмы электрического разряда в воздухе. Дуга электрической сварки тоже плазма.
Любое вещество, нагретое до достаточно высокой температуры, переходит в состояние плазмы. Легче всего это происходит с парами щелочных металлов, таких, как натрий, калий, цезий. Обычное пламя обладает некоторой теплопроводностью; оно, хотя и в слабой степени, ионизировано, то есть является плазмой. Причина этой проводимости – ничтожная примесь натрия, который можно распознать по желтому свечению. Для полной ионизации газа нужна температура в десятки тысяч градусов.
Кроме того, плазма применяется в самых разных газоразрядных приборах: выпрямителях электрического тока, стабилизаторах напряжения, плазменных усилителях и генераторах сверхвысоких частот (СВЧ), счётчиках космических частиц.
Все так называемые газовые лазеры (гелий-неоновый, криптоновый, на диоксиде углерода и т. п.) на самом деле плазменные: газовые смеси в них ионизованы электрическим разрядом.
Свойствами, характерными для плазмы, обладают электроны проводимости в металле (ионы, жестко закрепленные в кристаллической решётке, нейтрализуют их заряды), совокупность свободных электронов и подвижных «дырок» (вакансий) в полупроводниках. Поэтому такие системы называют плазмой твёрдых тел
Газовую плазму принято разделять на низкотемпературную — до 100 тыс. градусов и высокотемпературную — до 100 млн градусов. Существуют генераторы низкотемпературной плазмы — плазмотроны, в которых используется электрическая дуга. С помощью плазмотрона можно нагреть почти любой газ до 7000—10000 градусов за сотые и тысячные доли секунды. С созданием плазмотрона возникла новая область науки — плазменная химия: многие химические реакции ускоряются или идут только в плазменной струе. Плазмотроны применяются и в горно-рудной промышленности, и для резки металлов.
Созданы также плазменные двигатели, магнитогидродинамические электростанции. Разрабатываются различные схемы плазменного ускорения заряженных частиц. Центральной задачей физики плазмы является проблема управляемого термоядерного синтеза.
Термоядерными называют реакции синтеза более тяжёлых ядер из ядер лёгких элементов (в первую очередь изотопов водорода - дейтерия D и трития Т), протекающие при очень высоких температурах (» 108 К)
В естественных условиях термоядерные реакции происходят на Солнце: ядра водорода соединяются друг с другом, образуя ядра гелия, при этом выделяется значительное количество энергии. Искусственная реакция термоядерного синтеза была осуществлена в водородной бомбе.
Управляемые термоядерные реакции.
Считается, что запасов химически топлива человечеству хватит на несколько десятков лет. Ограниченны и разведанные запасы ядерного горючего. Спасти человечество от энергетического голода и стать практически неисчерпаемым источником энергии могут управляемые термоядерные реакции в плазме.
В 1 л обычной воды содержится 0,15 мл воды тяжёлой (D2O). При слиянии ядер дейтерия из 0,15 мл D2O выделяется столько же энергии, сколько её образуется при сгорании 300 л бензина. Тритий в природе практически не существует, однако его можно получить, бомбардируя нейтронами n изотоп лития:
n+7 Li ( 4He + T
Ядро атома водорода не что иное как протон p. В ядре дейтерия содержится, кроме того, ещё один нейтрон, а в ядре трития — два нейтрона. Дейтерий и тритий могут реагировать друг с другом десятью разными способами. Но вероятности такой реакций различаются порой в сотни триллионов раз, а количество выделяющейся энергии — в 10—15 раз. Практический интерес представляют только три из них:
D + D ( T + p + 4МэВ ;
D + D ( 3He + n + 3,3МэВ;
("3") D + T ( 4He + n + 17,6МэВ.
Если все ядра в каком-то объёме одновременно вступают в реакцию, энергия выделяется мгновенно. Происходит термоядерный взрыв. В реакторе же реакция синтеза должна протекать медленно.
Осуществить управляемый термоядерный синтез до сих пор не удалось, а преимущества он сулит немалые. Энергия, которая выделяется при термоядерных реакциях на единицу массы топлива, в миллионы раз превышает энергию химического топлива и, значит, в сотни раз дешевле. В термоядерной энергетике нет выброса продуктов сгорания в атмосферу и радиоактивных отходов. Наконец, на термоядерной электростанции исключен взрыв.
Во время синтеза основная часть энергии (более 75 %) выделяется в виде кинетической энергии нейтронов или протонов. Если замедлить нейтроны в подходящем веществе, оно нагревается; полученную теплоту легко превратить в электрическую энергию. Кинетическая энергия заряженных частиц — протонов — преобразуется в электричество непосредственно.
В реакции синтеза ядра должны соединяться, но они заряжены положительно и, следовательно, по закону Кулона, отталкиваются. Чтобы преодолеть силы отталкивания, даже ядрам дейтерия и трития, имеющим наименьший заряд (Z. = 1), необходима энергия около 10 или 100 кэВ. Ей соответствует температура порядка 108—109 К. При таких температурах любое вещество находится в состоянии высокотемпературной плазмы.
С позиций классической физики реакция синтеза невозможна, но здесь на помощь приходит чисто квантовый - туннельный эффект. Вычислено, что температура зажигания, начиная с которой выделение энергии превосходит её потери, для реакции дейтерий— тритий (DТ) равна приблизительно 4,5х107 К, а для реакций дейтерий—дейтерий (DD) — около 4х108 К. Естественно, предпочтительнее реакция DТ. Нагревают плазму электрическим током, лазерным излучением, электромагнитными волнами и другими способами. Но важна не только высокая температура.
Чем выше концентрация, тем чаще сталкиваются друг с другом частицы, поэтому может показаться, что для осуществления термоядерных реакций лучше использовать плазму высокой плотности. Однако, если бы в 1 см3 плазмы содержалось 1019 частиц (концентрация молекул в газе при нормальных условиях), давление в ней при температурах термоядерных реакций достигало бы порядка 106 атм. Такого давления не выдерживает ни одна конструкция, а потому плазма должна быть разрежённой (с концентрацией около 1015 частиц в 1 см3). Соударения частиц в этом случае происходят реже, и для поддержания реакции необходимо увеличивать время пребывания их в реакторе, или время удержания. Значит, для осуществления термоядерной реакции необходимо рассматривать произведение концентрации частиц плазмы на время их удержания. Для реакций DD это произведение (так называемый критерий Лоусона) равно 1016 с/см3, а для реакции DТ — 1014с/см3. Следовательно, реакцию DТ реализовать легче, чем DD.
Когда начинались исследования плазмы, казалось, что осуществить управляемый синтез удастся быстро. Но со временем выяснилось, что в высокотемпературной плазме происходят сложные процессы и решающую роль играют многочисленные неустойчивости. Сегодня разрабатывается несколько типов устройств, в которых предполагается провести термоядерный синтез. Наиболее перспективными считаются токамаки (сокращение от «ТОроидальная КАмера с МАгнитными Катушками»). Токамак представляет собой гигантский трансформатор, первичная катушка которого намотана на сердечник, а вторичная имеет единственный виток — вакуумную камеру в форме тора (от лат. TORUS — «выпуклость»), с плазменным шнуром внутри. Система магнитов удерживает шнур в центре камеры, а ток силой в тысячи ампер нагревает его до требуемой температуры. Нейтроны, образующиеся в ходе термоядерной реакции, поглощаются в бланкете — слое вещества, окружающем камеру. Выделяющееся при этом тепло можно использовать для получения электроэнергии.
Несмотря на кажущуюся простоту токамака, ни одно устройство подобного типа не дало положительного выхода энергии. Большие надежды возлагаются на проектируемый в настоящее время гигантский токамак ITER. На этой установке, если она будет сооружена к 2005 г., предполагаемая мощность выхода 1,5 • 109 Вт. Среди других проектов следует отметить два: стеллараторы и устройства инерциального удержания плазмы.
Магнитное поле сложной формы, удерживающее плазму в круговой камере токамака, противодействует собственному полю плазменного шнура, которое стремится изогнуть траекторию заряженных частиц плазмы. В стеллараторе (от лат. STELLA — Звезда») плазме позволили принять форму, какую она «хочет», и оставили только поле, сжимающее шнур. Вакуумная камера приобрела весьма причудливый вид, а множество магнитных катушек — довольно сложную форму. Эксперименты на стеллараторах идут в разных странах, но добиться нужной температуры и времени удержания плазмы пока не удалось.
Принципиально иным является метод инерциального удержания плазмы, основанный на инерции реакционной смеси, которая при мгновенном нагреве (например, лазерным импульсом) разлетается не сразу. Ампулу, где находится смесь дейтерия с тритием, облучают со всех сторон лазерными импульсами длительностью до 10-10 с и суммарной мощностью порядка 1020 Вт/см. Оболочка ампулы испаряется, расширяющиеся газы и световое давление сжимают её содержимое почти в 50 тыс. раз. Давление в смеси возрастает до 1 млн. атм, а её плотность — до 50—100 г/см3. При таких условиях начинается термоядерная реакция.
Но и на этом пути имеется ряд технологических трудностей, пока не позволяющих превратить экспериментальные лазерные установки в промышленные реакторы.
Плазменные движители.
Большинство реактивных двигателей используют энергию, выделяющуюся при химической реакции сгорания топлива. Они развивают большую тягу, но требуют сжигания значительного количества топлива. Скорость истечения газов из сопла составляет около 1 км/с. Если же добиться скорости плазменной струи свыше 1000 км/с, то расход рабочего вещества в сотни раз меньше, чем у химического двигателя с той же тягой. Для разгона плазмы используют различные схемы, в частности с применением скрещенных электрических и магнитных полей.
В современных плазменных движителях сила тяги пока невелика, но они уже используются в системе ориентирования космических кораблей. По таким же принципам работают магнитогидродинамические насосы для перекачки проводящих жидкостей (расплавленного металла).
Электростанции без турбин.
Более 70% электроэнергии во всем мире дают тепловые электростанции. В топках их паровых котлов сжигают нефть, газ, уголь, пар вращает турбину, связанную с электрическим генератором. По такой схеме работают и атомные электростанции, которые используют тепло, выделяющееся при делении тяжелых ядер. Главный недостаток тепловой электростанции – невысокий КПД (около 40%).
Однако получить электрическую энергию возможно и непосредственно с помощью плазмы. Если пропустить плазму (ионы и электроны) через магнитное поле, направленное перпендикулярно ее движению, то по закону электромагнитной индукции, возникнет сила, увлекающая заряды в сторону, которую определяет правило левой руки. Произойдет разделение зарядов: электроны двинутся в одну сторону, а ионы в другую.
Попадая на электроды, они создадут разность потенциалов. На этом принципе основано действие плазменного генератора электрического тока. Плазма, необходимая для его работы, образуется в камере сгорания, напоминающей реактивный двигатель.
Процессы, протекающие в плазменных генераторах, описываются законами магнитной гидродинамики, и потому такие аппараты называют магнитогидродинамическими или МГД – генераторами. Их эффективность зависит от электропроводности плазмы. Электропроводность увеличивают либо повышая рабочую температуру и, следовательно, степень ионизации плазмы, либо добавляя в камеру сгорания щелочные металлы, которые легко ионизуются. С одной стороны, чем выше температура плазмы, тем эффективнее работает МГД - генератор. Однако слишком сильно повышать температуру нельзя – материал, из которого сделаны стенки камеры, не выдержит нагрева. С другой стороны температура не должна быть меньше 1500 ºС, иначе степень ионизации плазмы становится незначительной и эффективность генератора резко падает. Плазма, выходящая из рабочего канала МГД – генератора, еще достаточно горячая, так что ею можно нагревать паровые котлы. Сегодня созданы и применяются МГД генераторы мощностью до 20 МВт с КПД 50 – 60%.
("4") Предприятия нашего города: ремонтно-эксплуатационная база флота», ГЭС», завод «Стройдеталь», используют плазменные резаки разной мощности.
Автоматическая резка плазменной струей
Промышленное применение плазменной дуги для резки началось в начале 50-х годов, и с течением времени плазменная резка завоевала все основные позиции, принадлежащие ранее другим способам механической или термической резки. Это способ, при котором газ под воздействием электрической дуги переходит в состояние плазмы и претерпевает эффект сжатия, проходя через охлажденную форсунку.
Способ плазменной резки используется для резки любых электропроводных материалов, но при этом качественные показатели резки (скорость, толщина и т. д.) зависят от используемого плазменного газа. Особый интерес плазменная резка представляет для предприятий, работающих с листовым металлом для выполнения следующих видов работ:
- резка нержавеющих сталей и цветных металлов: классический способ кислородной резки в этом случае не может быть применен вообще, а лазерная резка, помимо выше указанных недостатков, ограничена возможностью резки только определенной толщины. Возможности плазменной резки неограниченны и получаемое качество резки высокое. резка углеродистых марок стали малой и средней толщины (< 30 мм) серийное производство металлических деталей резка сложных геометрических форм, исключающая деформацию разрезаемого материала.
Положительные стороны плазменной резки:
- Возможность применения для резки большого количества материалов. У Универсальность
- широкие возможности резки: толщина резки: от 0.4 до 150 мм в зависимости от материала
- Высокая производительность
- сравнительно более высокая скорость резки простота в подготовке к работе и запуске стабильность качественных показателей резки при необходимости процесс может быть легко автоматизирован или роботизирован незначительная зона термического воздействия
- незначительное или полное отсутствие деформации разрезаемого материала нюанс: предназначено для резки только электропроводных материалов
("5") В практике существуют различные виды плазменной резки, применяемые каждый в определенной области в зависимости от используемого плазменного газа:
Процесс плазменной резки можно описать следующим образом: · плазменная струя образуется в резаке: газ под давлением, проходя через форсунку, под воздействием электрической дуги преобразуется в плазму (молекулы разъединяются, ионизуются и возбуждаются).
Высокотемпературный поток плазмы (отдо°С) с огромной скоростью (от 500 до 1500 м/с) вырывается из отверстия форсунки в форме цилиндрической колонны небольшого сечения, воздействует на разрезаемый материал, плавит металл и удаляет расплавленную массу, оставляя ровный и гладкий разрез.
Первоначально зажигание дуги происходит между электродом и форсункой с помощью источника высокочастотных импульсов или же в результате контакта (короткого замыкания) между электродом и форсункой.
Для осуществления процесса резки дуга "переносится" на разрезаемый материал, поэтому способ плазменной резки применим только для электропроводных материалов.
Источником электроэнергии, необходимой для образования плазмы, является генератор постоянного тока. Для охлаждения резака используется жидкость с высокой степенью теплопроводности и низкой степенью электропроводности. Таковой является деминерализированная вода.
В установках плазменной резки небольшой мощности для охлаждения резака используется сжатый воздух.
Электродуговая плазменная наплавка.
Электродуговая плазменная наплавка позволяет сравнительно быстро получить слой наплавленного металла для восстановления размеров изношенных деталей и одновременно изменить механические свойства поверхности. Процесс электродуговой плазменной наплавки характеризуется тем, что частицы порошка подогреваются и вводятся в расплавленную ванну. Имеются установки для ручной плазменной наплавки УПНС-304, УПВ-301.Установки электродуговой плазменной наплавки широко используются при восстановлении деталей машин, судов и другой техники на промышленных предприятиях города Ремонтно-эксплуатационной базе флота, «Стройдеталь», «Ремонтно - механическом завод», «Воткинской ГЭС».
Плазменное напыление или плазменная металлизация.
Процесс плазменного напыления обеспечивает: защиту изделия от воздействия окислительной среды и механических нагрузок, обеспечивает антикоррозионную защиту, защиту от воздействия агрессивных сред, и упрочнения поверхностей деталей. Плазменное напыление покрытий - это метод, при котором частицы металлического порошка разгоняются высокотемпературными потоками плазмы и осаждаются на основе в виде покрытия, металлизации. Плазменное напыление основано на распылении двух проволок, между которыми горит электрическая дуга и сжатый воздух подается в область энерговыделения. Имеется установка плазменного напыления алюминием или цинком различных поверхностей,
Установка включает металлизатор ЭМ-14м, источник питания ВДУ-506, рабочий ток дуги устанавливается в диапазоне А, блок подачи проволоки (БПП-2) с креплением катушек и с устройством ввода их в металлизатор, компрессор с давлением 6 - 8 атм. и расходом воздуха не менее 1 куб. м в мин. На Воткинской ГЭС способ плазменного напыления алюминием используется в защите от коррозии шандор водосливной плотины, лопастей турбин. Чайковский судоходный шлюз использует плазменное напыление алюминием или цинком при ремонте металлических створок шлюза. Можно металлизировать баки, емкости и другие детали.
Технология напыления (металлизации) включает различные этапы:
- подготовка поверхности под металлизацию должна производиться сухим песком или дробью (без загрязнений), шероховатость поверхности должна быть не менее 100 мкм; металлизация поверхности должна производиться перекрестным методом с толщиной покрытия не менее 200 мкм в зависимости от срока службы; изделия со сроком службы 50 лет и более должно наноситься покрытие толщиной не менее 300 мкм; окончательная толщина покрытия должна выдерживать существующие воздействие промышленной среды.
("6") Способ импульсной микроплазменной обработки разработан для получения защитных и упрочняющих слоев на локальных областях. Сущность импульсной микроплазменной обработки сводится к следующему. Нагрев и плавление металла осуществляются в течение импульса тока длительностью t и дугой прямой полярности. Одновременно вводятся легирующие элементы, которые также плавятся и перемешиваются с основным металлом. В промежуток времени между импульсами, т. е. во время паузы t п, ванночка жидкого металла кристаллизуется и формируется новое соединение, содержащее легирующие элементы. Процесс внедрения продолжается за счет градиента концентрации внедряемых частиц и термодиффузии. Таким образом, формируемый слой образован из непроплавленного и частично переплавленного металла. Регулируя параметры импульса (амплитуду и длительность), частоту следования импульсов, можно контролировать процесс импульсной микроплазменной обработки, достичь оптимальных результатов. Импульсная микроплазменная обработка позволяет получать качественные равномерные слои по глубине расплава и концентрации внедряемых частиц. Она позволяет получать качественные слои на металлических поверхностях, содержащих легко испаряющиеся химические элементы, термическая обработка которых дугой постоянного тока сопровождается значительными трудностями.
- Процесс импульсной микроплазменной обработки металлов позволили рекомендовать этот источник нагрева для получения защитных и упрочняющих слоев на тонких поверхностях с малыми рабочими токами. Питание дуги импульсами тока дает возможность уменьшить средний сварочный ток и сохранять высокую плотность (до 50 А/мм2) в течение всего импульса. Выбором параметров импульсного режима можно регулировать в широком диапазоне средний токА) и мощность (0,1 – 2,5 кВт) дуги атмосферного давления. На Воткинской ГЭС планируется приобрести установку для импульсной микроплазменной обработки.
Существуют случаи, когда приходится учитывать плазму, как явление, которого нужно избежать. Это возникновение плазменной дуги при коммутационных и переходных процессах. Например, при отключении линии электропередачи в выключателе между контактами возникает дуга, которая должна быть погашена как можно быстрее. Для гашения дуги используют коммутационные аппараты - выключатели воздушные, масляные, вакуумные, элегазовые.
Заключение.
Но физические исследования не ограничиваются четвертым плазменным состоянием вещества.
Конденсат Бозе-Эйнштейна – пятое состояние вещества.
Решения, принимаемые Нобелевским комитетом, нередко подвергаются и критике. Скажем, наиболее серьезные нарекания вызывает тот факт, что премий, как правило, удостаиваются весьма пожилые ученые за работы, которые они выполнилилет, а то и полвека назад.
И вот в столетний юбилей самой престижной научной премии мира произошло приятное исключение. Лауреаты 2001 года в области физики относительно молоды - самому старшему из них 50 лет, а младшему - 39. А отмеченные премией работы были выполнены на протяжении последних шести лет.
В погоне за пятым состоянием.
Все трое физиков-лауреатов - американцы Эрик Корнелл и Карл Вейман и немец Вольфганг Кеттерле - работают в США. В пресс-релизе Нобелевского комитета сказано, что они удостоены премии за получение конденсата Бозе - Эйнштейна в разреженных газах из атомов щелочных металлов и за исследование свойств этого конденсата.
Говоря проще, речь идет об исследованиях особого, пятого, состояния вещества, добавившегося сравнительно недавно к известным - твердому, жидкому, газообразному и плазменному.
Принципиальная возможность перевода вещества в такое состояние при охлаждении до температур, вплотную приближающихся к абсолютному нулю, была предсказана индийским физиком Шатьендранатом Бозе и знаменитым Альбертом Эйнштейном еще в 1924 году. Однако получить конденсат на практике физикам удалось лишь 7 лет назад. Главная проблема заключалась в том, чтобы добиться глубокого охлаждения вещества. Температуру газа следовало довести до уровня, всего на несколько стомиллионных долей градуса превышающего абсолютный нуль (-273,15ºС, температура при которой прекращается движение молекул).
Для достижения таких температур обычные холодильники, конечно, не годятся. И даже турбодетандеры, сжижающие гелий, азот и другие газы, не помогут. В своих опытах ученые решили использовать комбинации двух методов глубокого охлаждения, разработанных относительно недавно: лазерного охлаждения и охлаждения испарением.
Экспериментаторы тормозили атомы газа магнитными ловушками, затем замедляли их движение, заставляя продираться сквозь густосплетение множества лазерных лучей. А далее, опять же лазерным лучом, отгоняли самые быстрые горячие атомы, пока не осталось сколько-то окончательно замерзших, обездвиженных.
Полученный таким образом конденсат представлял собой висящее в магнитно-оптической ловушке газовое облачко, состоящее из 2000 атомов рубидия. Причем облачко это имело температуру, лишь на две стомиллионных доли градуса превышавшую абсолютный нуль.
Главная особенность данного конденсата, как установили, состоит в том, что образующие его атомы при таких температурах переходят на самый низкий энергетический уровень из всех возможных. Все они теряют свою самостоятельность и начинают вести себя, словно один гигантский атом.
Образуется совершенно необычное вещество, являющееся в то же время волной, как любая элементарная частица.
Преимущества атомного лазера.
Первыми достигли необходимого результата американцы. Немец Кеттерле был разочарован, узнав, что Корнелл и Вейман его опередили. Однако решил продолжать собственные эксперименты.
На то были, впрочем, особые причины. Во-первых, он шел своим путем. Во-вторых, в своих опытах он использовал атомы натрия, а не рубидия. И спустя три месяца он тоже добился желаемого результата. Причем ему удалось получить в 100 раз больше конденсата, чем конкурентам.
Кроме того, на основе конденсата Бозе - Эйнштейна он решил построить атомный лазер. И создал его в 1996 году.
("7") В отличие от света, испускаемого обычной лампочкой, лазер, как известно, испускает когерентное излучение. То есть все испускаемые им фотоны имеют одну и ту же энергию, длину и фазу волны. Если вместо света использовать синхронизированные атомы - как раз такие, что составляют конденсат Бозе - Эйнштейна, - можно говорить об атомном лазере, обладающем большей эффективностью, нежели обычный.
Между оптическим и атомным лазерами есть как аналогии, так и различия. Аналогом активной среды оптического лазера в атомном выступает бозе-конденсат из ультрахолодных атомов. В обоих случаях внешняя энергия приводит к тому, что из активной среды вырывается когерентное излучение.
Но происходит это не в результате спонтанного излучения атомов активной среды, как в оптическом лазере, а вследствие более сложного взаимодействия атомов, которое приводит к образованию своеобразных капель "жидкого света". Они обладают чуть меньшей скоростью, нежели фотоны, зато намного большей энергией.
Использовать вместо луча света пучок атомов предлагалось еще четверть века тому назад, когда в Америке началась разработка программы "Звездные войны". Такая замена резко бы увеличила мощность луча, что было необходимо для оружия, подготавливаемого для войн в космосе.
Но интересен такой лазер не только мощностью.
Как предполагают ученые, с помощью атомного лазера можно будет вести изготовление микросхем с такими возможностями, о которых мы сегодня и мечтать не смеем. Ведь новый инструмент позволяет распоряжаться атомами поштучно, выстраивая из них, словно из кирпичей, какие угодно ансамбли.
А совсем недавно в Институте квантовой оптики имени М. Планка был создан микрочип величиной с почтовую марку. Он заключен в резервуар и содержит миниатюрную оптическую ловушку, которая позволяет получать конденсат Бозе- Эйнштейна. Вероятно, такой микрочип может стать основой компьютеров шестого поколения с невиданными ранее возможностями по быстродействию.
Не приходится удивляться, что круг явлений, столь широко представленный в природе и технике, представляет предмет пристального внимания физиков. Главный аргумент, стимулирующий такое внимание, и по сути - становление современной физики плазмы – проблема управляемого термоядерного синтеза. Плазменная энергетика даст решение энергетической и экологической проблемы, откроет возможности развития науки, внедрения новых технологий ХХI века. Уверен, что эти проблемы будет решать мое поколение.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.
Плазма – четвертое состояние вещества. – Каменецкий. Атомиздат. Москва 1968г. Энциклопедический словарь юного физика. Москва, 1999г. Плазма, как объект физических исследований. 1996г. Московский физико-технический институт. Энциклопедия для детей «Аванта плюс» дом «Аванта плюс» часть 2, физика Москва 2001 г. Конденсат Бозе-Эйнштейна получен. Зачем он нужен? Публикация. С. Николаев. Интернет - сайт. 2002 г. «Эконика – Техно». Сравнительная характеристика установок для плазменной резки металлов. Интернет – сайт. 2002 г. «Полиплазма» Технология плазменного напыления или плазменная металлизация. Интернет – сайт. 2002 г.Резак плазменный для механизированной
воздушно-плазменной резки РПВ-401УХЛ4
preview_end()
