Плазма

Определение "Плазма" в Большой Советской Энциклопедии

Диамагнетизм плазмы

Плазма (от греч. plásma — вылепленное, оформленное), частично или полностью ионизованный газ, в котором плотности положительных и отрицательных зарядов практически одинаковы. При достаточно сильном нагревании любое вещество испаряется, превращаясь в газ. Если увеличивать температуру и дальше, резко усилится процесс термической ионизации, т. е. молекулы газа начнут распадаться на составляющие их атомы, которые затем превращаются в ионы. Ионизация газа, кроме того, может быть вызвана его взаимодействием с электромагнитным излучением (фотоионизация) или бомбардировкой газа заряженными частицами.

Плазма. Движение силовых линий магнитного поля

Свободные заряженные частицы — особенно электроны — легко перемещаются под действием электрического поля. Поэтому в состоянии равновесия пространственные заряды входящих в состав Плазма отрицательных электронов и положительных ионов должны компенсировать друг друга так, чтобы полное поле внутри Плазма было равно нулю. Именно отсюда вытекает необходимость практически точного равенства плотностей электронов и ионов в Плазма— её «квазинейтральности». Нарушение квазинейтральности в объёме, занимаемом Плазма, ведёт к немедленному появлению сильных электрических полей пространственных зарядов, тут же восстанавливающих квазинейтральность. Степенью ионизации Плазма a называется отношение числа ионизованных атомов к полному их числу в единице объёма Плазма В зависимости от величины a говорят о слабо, сильно и полностью ионизованной Плазма

Плазма. Нарушение квазинейтральности

Средние энергии различных типов частиц, составляющих Плазма, могут отличаться одна от другой. В таком случае Плазма нельзя охарактеризовать одним значением температуры Т и различают электронную температуру T_e, ионную температуру T_i, (или ионные температуры, если в Плазма имеются ионы нескольких сортов) и температуру нейтральных атомов T_a (нейтральной компоненты). Подобная Плазма называется неизотермической, в то время как Плазма, для которой температуры всех компонент равны, называется изотермической.

Плазма. Перетяжки на канале разряда

Применительно к Плазма несколько необычный смысл (по сравнению с др. разделами физики) вкладывается в понятия «низкотемпературная» и «высокотемпературная». Низкотемпературной принято считать Плазма с T_i £ 10⁵ К, а высокотемпературной — Плазма с T_i  » 10⁶—10⁸ К и более. Это условное разделение связано как с возможностью для Плазма достигать чрезвычайно больших температур, так и с особой важностью высокотемпературной Плазма в связи с проблемой осуществления управляемого термоядерного синтеза (УТС).

Плазма.Траектория движения электрона

В состоянии Плазма находится подавляющая часть вещества Вселенной — звёзды, звёздные атмосферы, туманности галактические и межзвёздная среда. Около Земли Плазма существует в космосе в виде солнечного ветра, заполняет магнитосферу Земли (образуя радиационные пояса Земли) и ионосферу. Процессами в околоземной Плазма обусловлены магнитные бури и полярные сияния. Отражение радиоволн от ионосферной Плазма обеспечивает возможность дальней радиосвязи на Земле.

Профиль плотности электронов в монохроматической плазменной волне

В лабораторных условиях и промышленных применениях Плазма образуется в электрическом разряде в газах (дуговом разряде, искровом разряде, тлеющем разряде и пр.), в процессах горения и взрыва, используется в плазменных ускорителях, магнитогидродинамических генераторах и во многих др. устройствах (см. раздел Применения плазмы).

Схема МГД-генератора

Высокотемпературную Плазма получают в установках для исследования возможных путей осуществления УТС. Многими характерными для Плазма свойствами обладают совокупности электронов проводимости и дырок в полупроводниках и электронов проводимости (нейтрализуемых неподвижными положительными ионами) в металлах, которые поэтому называются плазмой твёрдых тел. Её отличительная особенность — возможность существования при сверхнизких для «газовой» Плазма температурах — комнатной и ниже, вплоть до абсолютного нуля температуры.

Токамак

Возможные значения плотности Плазма n (число электронов или ионов в см³) расположены в очень широком диапазоне: от n ~ 10^-6 в межгалактическом пространстве и n ~ 10 в солнечном ветре до n ~ 10²² для твёрдых тел и ещё больших значений в центральных областях звёзд.

Траектория движения космической частицы, захваченной в радиационном поясе

Термин «Плазма» в физике был введён в 1923 американским учёными И. Ленгмюром и Л. Тонксом, проводившими зондовые измерения (см. ниже) параметров низкотемпературной газоразрядной Плазма Кинетика Плазма рассматривалась в работах Л. Д. Ландау в 1936 и 1946 и А. А. Власова в 1938. В 1942 Х. Альфвен предложил уравнения магнитной гидродинамики для объяснения ряда явлений в космической Плазма В 1950 И. Е. Тамм и А. Д. Сахаров, а также американский физик Л. Спицер предложили идею магнитной термоизоляции Плазма для осуществления УТС. В 50—70-е гг. 20 в. изучение Плазма стимулировалось различными практическими применениями Плазма, развитием астрофизики и космофизики (наблюдение космической Плазма и объяснение процессов в ней) и физики верхней атмосферы Земли — особенно в связи с полётами космических летательных аппаратов, а также интенсификацией исследований по проблеме УТС.

Основные свойства плазмы. В резком отличии свойств Плазма от свойств нейтральных газов определяющую роль играют два фактора. Во-первых, взаимодействие частиц Плазма между собой характеризуется кулоновскими силами притяжения и отталкивания, убывающими с расстоянием гораздо медленнее (т. е. значительно более «дальнодействующими»), чем силы взаимодействия нейтральных частиц. По этой причине взаимодействие частиц в Плазма является, строго говоря, не «парным», а «коллективным» — одновременно взаимодействует друг с другом большое число частиц. Во-вторых, электрические и магнитные поля очень сильно действуют на Плазма (в то время как они весьма слабо действуют на нейтральные газы), вызывая появление в Плазма объёмных зарядов и токов и обусловливая целый ряд специфических свойств Плазма Эти отличия позволяют рассматривать Плазма как особое, четвёртое состояние вещества.

К важнейшим свойствам Плазма относится упомянутая выше квазинейтральность. Она соблюдается, если линейные размеры области, занимаемой Плазма, много больше дебаевского радиуса экранирования
 

(e_e и e_i — заряды электронов и ионов, n_e и n_i — электронная и ионная плотности, k — Больцмана постоянная, здесь и ниже используется абсолютная система единиц Гаусса, см. СГС система единиц). Следовательно, лишь при выполнении этого условия можно говорить о Плазма как таковой. Электрическое поле отдельной частицы в Плазма «экранируется» частицами противоположного знака, т. е. практически исчезает, на расстояниях порядка D от частицы. Величина D определяет и глубину проникновения внешнего электростатического поля в Плазма (экранировка этого поля также вызывается появлением в Плазма компенсирующих полей пространственных зарядов). Квазинейтральность может нарушаться вблизи поверхности Плазма, где более быстрые электроны вылетают по инерции за счёт теплового движения на длину ~ D) (рис. 1).

Плазма называется идеальной, если потенциальная энергия взаимодействия частиц мала по сравнению с их тепловой энергией. Это условие выполняется, когда число частиц в сфере радиуса D велико: N_D = (⁴/₃) pD³n >> 1. В молнии Т ~ 2 х 10⁴ К, n~ 2,5 ×10¹⁹ (плотность воздуха) и, следовательно, D ~ 10^-7 см, но N_D ~ ¹/₁₀ Такую Плазма называют слабонеидеальной.

Помимо хаотического теплового движения, частицы Плазма могут участвовать в упорядоченных «коллективных процессах», из которых наиболее характерны продольные колебания пространственного заряда, называемые ленгмюровскими волнами. Их угловая частота w₀ =  называется плазменной частотой (m = 9 × 10^-28 г — масса электрона). Многочисленность и разнообразие коллективных процессов, отличающие Плазма от нейтрального газа (см. ниже раздел Колебания и неустойчивости плазмы), обусловлены «дальностью» кулоновского взаимодействия частиц Плазма, благодаря чему Плазма можно рассматривать как упругую среду, в которой легко возбуждаются и распространяются различные шумы, колебания и волны.

В магнитном поле с индукцией В на частицы Плазма действует Лоренца сила; в результате этого заряженные частицы Плазма вращаются с циклотронными частотами w_B = е B/mc по ларморовским спиралям (кружкам) радиуса r_B = u_^/ w_в, где с — скорость света, е и m — заряд и масса электрона или иона (u_^ — перпендикулярная В составляющая скорости частицы; подробнее см. Магнитные ловушки). В таком взаимодействии проявляется диамагнетизм Плазма: создаваемые электронами и ионами круговые токи уменьшают внешнее магнитное поле; при этом электроны вращаются по часовой стрелке, а ионы — против неё (рис. 2).

Магнитные моменты круговых токов равны mu_^² / 2B, и в неоднородном поле на них действует (диамагнитная) сила, стремящаяся вытолкнуть частицу Плазма из области сильного поля в область более слабого поля, что является важнейшей причиной неустойчивости Плазма в неоднородных полях.

Взаимные столкновения частиц в Плазма описывают эффективными поперечными сечениями, характеризующими «площадь мишени», в которую нужно «попасть», чтобы произошло столкновение. Например, электрон, пролетающий мимо иона на расстоянии так называемого прицельного параметра r (рис. 3), отклоняется силой кулоновского притяжения на угол q, примерно равный отношению потенциальной энергии к кинетической, так что q » 2 r_^/ r, где r_^ = e²/mu² » e²/kT (здесь r_^ — прицельное расстояние, при котором угол отклонения q = 90°). На большие углы q ~ 1 рад рассеиваются все электроны, попадающие в круг с площадью s_близ » 4pr_^², которую можно назвать сечением «близких» столкновений. Если, однако, учесть и далёкие пролёты с r >> r_^, то эффективное сечение увеличивается на множитель L = ln (D/r_^), называется кулоновским логарифмом. В полностью ионизованной Плазма обычно L~ 10—15, и вкладом близких столкновений можно вообще пренебречь (см. сказанное выше о «дальнодействии» в Плазма). При далёких же пролётах скорости частиц изменяются на малые величины, что позволяет рассматривать их движение как процесс диффузии в своеобразном «пространстве скоростей». Хотя, как отмечалось, каждая частица Плазма одновременно взаимодействует с большим числом др. частиц, процессы в Плазма можно описывать с помощью представления о «парных» столкновениях. Средний эффект «коллективного» взаимодействия эквивалентен эффекту последовательности парных столкновений.

Если в Плазма не возбуждены какие-либо интенсивные колебания и неустойчивости, то именно столкновения частиц определяют её так называемые диссипативные свойства — электропроводность, вязкость, теплопроводность и диффузию. В полностью ионизованной Плазма электропроводность s не зависит от плотности Плазма и пропорциональна T^3/2; при Т ~ 15 ×10⁶ К она превосходит электропроводность серебра, поэтому часто, особенно при быстрых крупномасштабных движениях, Плазма можно приближённо рассматривать как идеальный проводник, полагая s® ¥. Если такая Плазма движется в магнитном поле, то эдс при обходе любого замкнутого контура, движущегося вместе с Плазма, равна нулю, что по закону Фарадея для индукции электромагнитной приводит к постоянству магнитного потока, пронизывающего контур (рис. 4). Эта «приклеенность», или «вмороженность», магнитного поля также относится к важнейшим свойствам Плазма (подробнее см. в ст. Магнитная гидродинамика). Ею обусловлена, в частности, возможность самовозбуждения (генерации) магнитного поля за счёт увеличения длины магнитных силовых линий при хаотическом турбулентном движении среды. Например, в космических туманностях часто видна волокнистая структура, свидетельствующая о наличии возбуждённого таким образом магнитного поля.

Методы теоретического описания плазмы. Основными методами являются: 1) исследование движения отдельных частиц Плазма; 2) магнитогидродинамическое описание Плазма; 3) кинетическое рассмотрение частиц и волн в Плазма

Скорость движения u отдельной частицы Плазма в магнитном поле можно представить как сумму составляющих u_|| (параллельной полю) и u_^ (перпендикулярной полю). В разреженной Плазма, где можно пренебречь столкновениями, заряженная частица летит со скоростью u_|| вдоль магнитной силовой линии, быстро вращаясь по ларморовской спирали (см. рис. 2). При наличии возмущающей силы F частица также медленно «дрейфует» в направлении, перпендикулярном как магнитному полю, так и направлению силы F. Например, в электрическом поле Е, направленном под углом к магнитному, происходит «электрический дрейф» со скоростью u _{др. эл.} = cE_^ /В (Е_^—составляющая напряжённости электрического поля, перпендикулярная магнитному полю В). Если же Е = 0, но магнитное поле неоднородно, то имеет место «центробежный дрейф» в направлении бинормали к силовой линии, а в продольном направлении диамагнитная сила тормозит частицу, приближающуюся к области более сильного магнитного поля. При этом остаются неизменными полная энергия частицы ( u_||² + u_^²) и её магнитный момент m = mu_^²/2B. Таково, например, движение в магнитном поле Земли космических частиц (рис. 5), которые отражаются от полярных областей, где поле сильнее, и вместе с тем дрейфуют вокруг Земли (ионы — на запад, электроны — на восток). Поле Земли является магнитной ловушкой: оно удерживает захваченные им частицы в радиационных поясах. Аналогичными свойствами удержания Плазма обладают так называемые зеркальные магнитные ловушки, применяемые в исследованиях по управляемому термоядерному синтезу (подробнее см. Магнитные ловушки).

При описании Плазма с помощью уравнений магнитной гидродинамики она рассматривается как сплошная среда, в которой могут протекать токи. Взаимодействие этих токов с магнитным полем создаёт объёмные электродинамические силы, которые должны уравновешивать газодинамическое давление Плазма, аналогичное давлению в нейтральном газе (см. Газовая динамика). В состоянии равновесия магнитные силовые линии и линии тока должны проходить по поверхностям постоянного давления. Если поле не проникает в Плазма (модель «идеального» проводника), то такой поверхностью является сама граница Плазма, и на ней газодинамическое давление Плазма r_газ должно быть равно внешнему магнитному давлению r_магн = B²/8p. На рис. 6 показан простейший пример такого равновесия — так называемый «зет-пинч», возникающий при разряде между двумя электродами. Штриховка указывает линии тока на поверхности Плазма Равновесие зет-пинча неустойчиво — на нём легко образуются желобки, идущие вдоль магнитного поля. При последующем развитии они превращаются в тонкие перетяжки и могут приводить к обрыву тока (подробнее см. Пинч-эффект). В мощных разрядах с токами ~ 10⁶ а в дейтериевой Плазма такой процесс сопровождается некоторым числом ядерных реакций и испусканием нейтронов, а также жёстких рентгеновских лучей, что впервые было обнаружено в 1952 Л. А. Арцимовичем, М. А. Леонтовичем и их сотрудниками.

Если внутри «пинча» создать продольное магнитное поле В_||, то, двигаясь из-за «вмороженности» вместе с Плазма, оно своим давлением будет препятствовать развитию перетяжек. Желобки и в этом случае могут возникать вдоль винтовых силовых линии полного магнитного поля, складывающегося из продольного поля и поперечного поля В_^, которое создаётся самим током Плазма I_||. Это имеет место, например, в так называемом равновесном тороидальном пинче. Однако при условии B _||/B_^ > R/a (R и a — большой и малый радиусы тора, рис. 7) шаг винтовых силовых линий полного поля оказывается больше длины замкнутого плазменного шнура 2pR и желобковая неустойчивость, как показывает опыт, не развивается. Такие системы, называются токамаками, используются для исследований по проблеме УТС.

При рассмотрении движения Плазма методами магнитной гидродинамики необходимо учитывать, что вмороженность поля может быть неполной; её степень определяется магнитным Рейнольдса числом.

Наиболее детальным методом описания Плазма является кинетический, основанный на использовании функции распределения частиц по координатам и импульсам f = f (t, r, p). Импульс частицы p равен mu. В состоянии равновесия термодинамического эта функция имеет вид универсального Максвелла распределения, а в общем случае её находят из кинетического уравнения Больцмана:
  .

Здесь F = eE + (e/c)[uB] — внешняя сила, действующая на заряженную частицу Плазма, а член С (f) учитывает взаимные столкновения частиц. При рассмотрении быстрых движений Плазма столкновениями часто можно пренебречь, полагая С (f) » 0. Тогда кинетическое уравнение называется бесстолкновительным уравнением Власова с самосогласованными полями Е и В (они сами определяются движением заряженных частиц). Если Плазма полностью ионизована, т. е. в ней присутствуют только заряженные частицы, то их столкновения, ввиду преобладающей роли далёких пролётов (см. выше), эквивалентны процессу диффузии в пространстве импульсов (скоростей). Выражение С (f) для такой Плазма было получено Л. Д. Ландау и может быть записано в виде:
,

где Ñ =  — градиент в импульсном пространстве,  — тензорный коэффициент диффузии в этом же пространстве, a F_c — сила взаимного (так называемого «динамического») трения частиц.

При высоких температурах и низкой плотности можно пренебречь столкновениями частиц с частицами в Плазма Однако в случае, когда в Плазма возбуждены волны какого-либо типа (см. ниже), необходимо учитывать «столкновения» частиц с волнами. При не слишком больших амплитудах колебаний в Плазма подобные «столкновения», как и при далёких пролётах, сопровождаются малыми изменениями импульса частиц, и член С (f) сохраняет свой «диффузионный» вид с тем отличием, что коэффициент  определяется интенсивностью волн. Важнейшим результатом кинетического описания Плазма является учёт взаимодействия волны с группой так называемых резонансных частиц, скорости которых совпадают со скоростью распространения волны. Именно эти частицы могут наиболее эффективно обмениваться с волной энергией и импульсом. В 1946 Л. Д. Ландау предсказал возможность основанного на таком обмене «бесстолкновительного затухания» ленгмюровских волн, впоследствии обнаруженного в опытах с Плазма Если направить в Плазма дополнительный пучок частиц, то подобный обмен может приводить не к затуханию, а к усилению волн. Этот эффект в известном смысле аналогичен Черенкова — Вавилова излучению.

Колебания и неустойчивости плазмы. Волны в Плазма отличают их объёмный характер и разнообразие свойств. С помощью разложения в Фурье ряд любое малое возмущение в Плазма можно представить как набор волн простейшего синусоидального вида (рис. 8). Каждая такая (монохроматическая) волна характеризуется определённой частотой w, длиной волны l и так называемой фазовой скоростью распространения u_фаз. Кроме того, волны могут различаться поляризацией, т. е. направлением вектора электрического поля в волне. Если это поле направлено вдоль скорости распространения, волна называется продольной, а если поперёк — поперечной. В Плазма без магнитного поля возможны волны трёх типов: продольные ленгмюровские с частотой w_o, продольные звуковые (точнее ионно-звуковые) и поперечные электромагнитные (световые или радиоволны). Поперечные волны могут обладать двумя поляризациями и могут распространяться в Плазма без магнитного поля, только если их частота w превышает плазменную частоту w_o. В противоположном же случае w < w_o преломления показатель Плазма становится мнимым, и поперечные волны не могут распространяться внутри Плазма, а отражаются её поверхностью подобно тому, как лучи света отражаются зеркалом. Именно поэтому радиоволны с l > ~ 20 м отражаются ионосферой, что обеспечивает возможность дальней радиосвязи на Земле.

Однако при наличии магнитного поля поперечные волны, резонируя с ионами и электронами на их циклотронных частотах, могут распространяться внутри Плазма и при w < w_o. Это означает появление ещё двух типов волн в Плазма, называются альфвеновскими и быстрыми магнитозвуковыми. Альфвеновская волна представляет собой поперечное возмущение, распространяющееся вдоль магнитного поля со скоростью u_a = В/  (M_i — масса ионов). Её природа обусловлена «вмороженностью» и упругостью силовых линии, которые, стремясь сократить свою длину и будучи «нагружены» частицами Плазма, в частности массивными ионами, колеблются подобно натянутым струнам. Быстрая магнитозвуковая волна в области малых частот по существу лишь поляризацией отличается от альфвеновской (их скорости близки и определяются магнитным полем и инерцией тяжёлых ионов). В области же больших частот, где ионы можно считать неподвижными, она определяется инерцией электронов и имеет специфическую винтовую поляризацию. Поэтому здесь её называют «геликонной ветвью» колебаний, или «ветвью вистлеров», т. е. свистов, поскольку в магнитосферной Плазма она проявляется в виде характерных свистов при радиосвязи. Кроме того, в Плазма может распространяться медленная магнитозвуковая волна, которая представляет собой обычную звуковую волну с характеристиками, несколько измененными магнитным полем.

Т. о., при наличии магнитного поля в однородной Плазма возможны волны шести типов: три высокочастотные и три низкочастотные. Если температура или плотность Плазма в магнитном поле неоднородны, то возможны ещё так называемые «дрейфовые» волны. При больших амплитудах возможны «бесстолкновительные» ударные волны (наблюдаемые на границе магнитосферы), уединённые волны (солитоны), а также ряд др. «нелинейных» волн и, наконец, сильноразвитая турбулентность движения Плазма

В неравновесной Плазма при определённых условиях возможна «раскачка неустойчивостей», т. е. нарастание какого-либо из перечисленных типов волн до некоторого уровня насыщения. Возможны и более сложные случаи индуцированного возбуждения волн одного типа за счёт энергии волн другого типа.

Излучение плазмы. Спектр излучения низкотемпературной (например, газоразрядной) Плазма состоит из отдельных спектральных линий. В газосветных трубках, применяемых, в частности, для целей рекламы и освещения (лампы «дневного света»), наряду с ионизацией происходит и обратный процесс — рекомбинация ионов и электронов, дающая так называемое рекомбинационное излучение со спектром в виде широких полос.

Для высокотемпературной Плазма со значительной степенью ионизации характерно тормозное излучение с непрерывным спектром, возникающее при столкновениях электронов с ионами. В магнитном поле ларморовское вращение электронов Плазма приводит к появлению так называемого магнитотормозного излучения на гармониках циклотронной частоты, особенно существенного при больших (релятивистских) энергиях электронов. Важную роль в космической Плазма играет вынужденное излучение типа обратного Комптона эффекта. Им, а также магнито-тормозным механизмом обусловлено излучение некоторых космических туманностей, например Крабовидной.

Корпускулярным излучением Плазма называются быстрые частицы, вылетающие из неравновесной Плазма в результате развития различных типов неустойчивостей. В первую очередь в Плазма раскачиваются какие-либо характерные колебания, энергия которых затем передаётся небольшой группе «резонансных» частиц (см. выше). По-видимому, этим механизмом объясняется ускорение не очень энергичных космических частиц в атмосфере Солнца и в туманностях, образующихся при вспышках сверхновых звёзд типа пульсара в Крабовидной туманности.

Диагностика плазмы. Помещая в Плазма электрический зонд (маленький электрод) и регистрируя зависимость тока от подаваемого напряжения, можно определить температуру и плотность Плазма С помощью миниатюрной индукционной катушки — «магнитного зонда» — можно измерять изменение магнитного поля во времени. Эти способы связаны, однако, с активным вмешательством в Плазма и могут внести нежелательные загрязнения. К более чистым методам относятся «просвечивание» Плазма пучками нейтральных частиц и пучками радиоволн. Лазерное просвечивание Плазма в различных вариантах, в том числе с использованием голографии, является наиболее тонким и к тому же локальным методом лабораторной диагностики Плазма

Часто используют также пассивные методы диагностики — наблюдение спектра излучения Плазма (единственный метод в астрономии), вывод быстрых нейтральных атомов, образовавшихся в результате перезарядки ионов в Плазма, измерение уровня радиошумов. Плотную Плазма изучают с помощью сверхскоростной киносъёмки (несколько млн. кадров в сек) и развёртки оптической. В исследованиях по УТС регистрируется также рентгеновский спектр тормозного излучения и нейтронное излучение дейтериевой Плазма

Применения плазмы. Высокотемпературная Плазма (Т ~ 10⁸ К) из дейтерия и трития — основной объект исследований по УТС. Такая Плазма создаётся путём нагрева и быстрого сжатия Плазма током (используется также высокочастотный подогрев) либо путём инжекции высокоэнергичных нейтральных атомов в магнитное поле, где они ионизуются, либо облучением мишени мощными лазерами или релятивистскими электронными пучками.

Низкотемпературная Плазма (Т ~ 10³ К) находит применение в газоразрядных источниках света и в газовых лазерах, в термоэлектронных преобразователях тепловой энергии в электрическую и в магнитогидродинамических (МГД) генераторах, где струя Плазма тормозится в канале с поперечным магнитным полем В, что приводит к появлению между верхним и нижним электродами (рис. 9) электрического поля напряжённостью Е порядка Bu/c (u — скорость потока Плазма); напряжение с электродов подаётся во внешнюю цепь.

Если «обратить» МГД-генератор, пропуская через Плазма в магнитном поле ток из внешнего источника, образуется плазменный двигатель, весьма перспективный для длительных космических полётов.

Плазматроны, создающие струи плотной низкотемпературной Плазма, широко применяются в различных областях техники. В частности, с их помощью режут и сваривают металлы, наносят покрытия (см. Плазменная металлургия, Плазменная обработка, Плазменное бурение). В плазмохимии низкотемпературную Плазма используют для получения некоторых химических соединений, например галогенидов инертных газов типа KrF, которые не удаётся получить др. путём. Кроме того, высокие температуры Плазма приводят к высокой скорости протекания химических реакций — как прямых реакций синтеза, так и обратных реакций разложения. Если производить синтез «на пролёте» плазменной струи, расширяя и тем самым быстро охлаждая её на следующем участке (такая операция называется «закалкой»), то можно затруднить обратные реакции разложения и существенно повысить выход требуемого продукта.

Лит.: Арцимович Л. А., Элементарная физика плазмы, 3 изд., М., 1969; его же. Управляемые термоядерные реакции, 2 изд., М., 1963; Франк-Каменецкий Д. А., Лекции по физике плазмы, М., 1963; Альвен Г., Фельтхаммар К.-Г., Космическая электродинамика, пер. с англ., 2 изд., М., 1967; Спитцер Л., Физика полностью ионизованного газа, пер. с англ., М., 1957; Гинзбург В. Л., Распространение электромагнитных волн в плазме, 2 изд., М., 1967; Трубников Б. А., Введение в теорию плазмы, М., 1969; Вопросы теории плазмы. Сб., под ред. М. А. Леонтовича, в. 1—7, М., 1963—73.
Б. А. Трубников.

Рис. 4. При высокой электропроводности среды силовые линии магнитного поля В движутся вместе с нею (свойство вмороженности силовых линий), v — скорость среды.

I." href="/a_pictures/18/10/204818869.jpg">I." src="a_pictures/18/10/th_204818869.jpg">
Рис. 9. Схема МГД — генератора, преобразующего кинетическую энергию движущейся плазмы в электрическую энергию. R — внешняя нагрузка генератора, по которой протекает ток I.


Рис. 1. Электроны, вылетая по инерции из плазмы, нарушают квазинейтральность на длине порядка дебаевского радиуса экранирования D и повышают потенциал плазмы (ni, и ne — соответственно, плотности ионов и электронов).


Рис. 3. Электрон, пролетающий мимо иона, движется по гиперболе.  — угол отклонения.


Рис. 7. Токамак. Токи, текущие в проводящем кожухе, препятствуют смешению плазменного шнура.


Рис. 8. Синусоидальный профиль плотности электронов в монохроматической плазменной волне.


Рис. 2. Вращение ионов и элекронов по ларморовским спиралям ослабляет внешнее магнитное поле (диамагнетизм плазмы). Радиус вращения иона с зарядом е > 0 больше, чем у электрона (е < 0). v║ и v^ — параллельные и перпендикулярные магнитному полю В составляющие скоростей частиц.

I — ток; В — индукция магнитного поля, равная нулю внутри разряда." href="/a_pictures/18/10/263764843.jpg">I — ток; В — индукция магнитного поля, равная нулю внутри разряда." src="a_pictures/18/10/th_263764843.jpg">
Рис. 6. Образование перетяжек на канале разряда, сжатого собственным магнитным полем. I — ток; В — индукция магнитного поля, равная нулю внутри разряда.