પ્લાઝ્મા - પ્રકારો, ગુણધર્મો અને પરિમાણો

પ્લાઝ્મા એ પદાર્થના એકત્રીકરણની ચોથી અવસ્થા છે - એક ઉચ્ચ આયનાઈઝ્ડ ગેસ જેમાં ઈલેક્ટ્રોન, તેમજ સકારાત્મક અને નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ આયનો, એકબીજાના વિદ્યુત ચાર્જને લગભગ સંપૂર્ણપણે સંતુલિત કરે છે. પરિણામે, જો આપણે પ્લાઝ્માના કોઈપણ નાના જથ્થામાં કુલ ચાર્જની ગણતરી કરવાનો પ્રયાસ કરીએ, તો તે શૂન્ય હશે. આ લાક્ષણિકતા પ્લાઝમાને ઇલેક્ટ્રોન અને આયન બીમથી અલગ પાડે છે. પ્લાઝ્માના આ ગુણધર્મને અર્ધ-તટસ્થતા કહેવામાં આવે છે.

તદનુસાર (વ્યાખ્યાના આધારે), પ્લાઝ્મા લાક્ષણિકતા છે, તેના વોલ્યુમમાં ચાર્જ થયેલા કણોની સંખ્યા અને તેના ઘટક કણોની કુલ સંખ્યાના ગુણોત્તર પર, આયનીકરણની ડિગ્રી દ્વારા:

• નબળા આયનોઈઝ્ડ પ્લાઝ્મા (આયનાઈઝ્ડ કણોના જથ્થાની ટકાવારીના ભાગ);

• સાધારણ આયોનાઇઝ્ડ પ્લાઝ્મા (કણોના જથ્થાના થોડા ટકા આયનાઇઝ્ડ છે);

• અત્યંત આયનાઈઝ્ડ (ગેસના જથ્થામાં લગભગ 100% કણો આયનાઈઝ્ડ છે).

પ્લાઝમાના પ્રકાર - ઉચ્ચ તાપમાન અને ગેસ સ્રાવ

પ્લાઝ્મા ઉચ્ચ તાપમાન અને ગેસ સ્રાવ હોઈ શકે છે. પ્રથમ ઉચ્ચ તાપમાનની સ્થિતિમાં જ થાય છે, બીજું - ગેસમાં મંદન દરમિયાન.જેમ તમે જાણો છો, પદાર્થ દ્રવ્યની ચારમાંથી એક અવસ્થામાં હોઈ શકે છે: પ્રથમ ઘન છે, બીજો પ્રવાહી છે અને ત્રીજો વાયુયુક્ત છે. અને ત્યારથી અત્યંત ગરમ ગેસ આગળની અવસ્થામાં જાય છે - પ્લાઝ્માની અવસ્થા, તેથી તે પ્લાઝ્મા છે જે પદાર્થના એકત્રીકરણની ચોથી અવસ્થા માનવામાં આવે છે.

પ્લાઝ્મા વોલ્યુમમાં ફરતા ગેસ કણો હોય છે ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જતેથી, પ્લાઝ્મા ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહનું સંચાલન કરવા માટે તમામ શરતો છે. સામાન્ય પરિસ્થિતિઓમાં, સ્થિર પ્લાઝ્મા સતત બાહ્ય ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રનું રક્ષણ કરે છે, કારણ કે આ કિસ્સામાં તેના વોલ્યુમની અંદર ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જનું અવકાશી વિભાજન થાય છે. પરંતુ પ્લાઝ્માના ચાર્જ થયેલા કણો ચોક્કસ, ચોક્કસ શૂન્ય, તાપમાનથી ભિન્ન પરિસ્થિતિઓ હેઠળ હોવાથી, જ્યારે તેના કરતા નાના સ્કેલ પર અર્ધ-તટસ્થતાનું ઉલ્લંઘન કરવામાં આવે ત્યારે લઘુત્તમ અંતર હોય છે.

પ્રવેગક વિદ્યુત ક્ષેત્રમાં, ગેસ-ડિસ્ચાર્જ પ્લાઝ્માના ચાર્જ થયેલા કણોમાં અલગ-અલગ સરેરાશ ગતિ ઊર્જા હોય છે. તે તારણ આપે છે કે ઇલેક્ટ્રોન ગેસનું તાપમાન પ્લાઝ્માની અંદરના આયન ગેસના તાપમાનથી અલગ છે; તેથી, ગેસ-ડિસ્ચાર્જ પ્લાઝ્મા સંતુલનમાં નથી અને તેને બિન-સંતુલન અથવા બિન-ઇસોથર્મલ પ્લાઝ્મા કહેવામાં આવે છે.

જેમ જેમ ગેસ-ડિસ્ચાર્જ પ્લાઝ્માના ચાર્જ થયેલા કણોની સંખ્યા તેમના પુનઃસંયોજન દરમિયાન ઘટતી જાય છે તેમ, ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ દ્વારા પ્રવેગિત ઇલેક્ટ્રોન દ્વારા અસર આયનીકરણની પ્રક્રિયામાં નવા ચાર્જ થયેલા કણો તરત જ રચાય છે. પરંતુ જલદી લાગુ ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર બંધ થાય છે, ગેસ-ડિસ્ચાર્જ પ્લાઝ્મા તરત જ અદૃશ્ય થઈ જાય છે.

ઉચ્ચ તાપમાન પ્લાઝ્મા એ એક ઇસોથર્મલ અથવા સંતુલન પ્લાઝ્મા છે. આવા પ્લાઝ્મામાં, તેમના પુનઃસંયોજનને કારણે ચાર્જ થયેલા કણોની સંખ્યામાં ઘટાડો થર્મલ આયનીકરણને કારણે પૂરક બને છે.આ ચોક્કસ તાપમાને થાય છે. પ્લાઝ્મા બનાવતા કણોની સરેરાશ ગતિ ઊર્જા અહીં સમાન છે. તારાઓ અને સૂર્ય ઉચ્ચ-તાપમાન પ્લાઝ્માથી બનેલા છે (દસ લાખો ડિગ્રી તાપમાને).

પ્લાઝ્માનું અસ્તિત્વ શરૂ કરવા માટે, તેના વોલ્યુમમાં ચાર્જ થયેલા કણોની ચોક્કસ લઘુત્તમ ઘનતા જરૂરી છે. પ્લાઝ્મા ભૌતિકશાસ્ત્ર આ સંખ્યાને અસમાનતા L >> D પરથી નક્કી કરે છે. ચાર્જ થયેલ કણોનું રેખીય કદ L એ ડેબી સ્ક્રીનીંગ ત્રિજ્યા D કરતા ઘણું મોટું છે, જે દરેક પ્લાઝ્મા ચાર્જનું કુલોમ્બ ફીલ્ડ સ્ક્રીનીંગ થાય તે અંતર છે.

પ્લાઝ્મા ગુણધર્મો

પ્લાઝ્માના વ્યાખ્યાયિત ગુણધર્મો વિશે બોલતા, તેનો ઉલ્લેખ કરવો જોઈએ:

• ગેસ આયનીકરણની ઉચ્ચ ડિગ્રી (મહત્તમ - સંપૂર્ણ આયનીકરણ);

• શૂન્ય કુલ પ્લાઝ્મા ચાર્જ;

• ઉચ્ચ વિદ્યુત વાહકતા;

• ચમકવું

• ઇલેક્ટ્રિક અને ચુંબકીય ક્ષેત્રો સાથે મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયા;

• ઉચ્ચ-આવર્તન (લગભગ 100 MHz) પ્લાઝ્માની અંદરના ઇલેક્ટ્રોનનું ઓસિલેશન, જે પ્લાઝ્માના સમગ્ર જથ્થાના સ્પંદનો તરફ દોરી જાય છે;

• મોટી સંખ્યામાં ચાર્જ કરેલા કણોની સામૂહિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયા (અને સામાન્ય ગેસની જેમ જોડીમાં નહીં).

પ્લાઝ્માના ભૌતિક ગુણધર્મોની વિશેષતાઓનું જ્ઞાન વૈજ્ઞાનિકોને માત્ર ઇન્ટરસ્ટેલર સ્પેસ (ફક્ત મુખ્યત્વે પ્લાઝ્માથી ભરેલી) વિશેની માહિતી મેળવવા માટે પરવાનગી આપે છે, પરંતુ નિયંત્રિત થર્મોન્યુક્લિયર ફ્યુઝન ઇન્સ્ટોલેશનની સંભાવનાઓ પર આધાર રાખવાનું કારણ પણ આપે છે (ઉચ્ચ-તાપમાન પ્લાઝ્મા પર આધારિત. ડ્યુટેરિયમ અને ટ્રીટિયમ).

નીચા-તાપમાન પ્લાઝ્મા (100,000 K થી નીચે)નો ઉપયોગ આજે રોકેટ એન્જિન, ગેસ લેસરો, થર્મિઓનિક કન્વર્ટર અને MHD જનરેટરમાં થાય છે જે થર્મલ ઊર્જાને વિદ્યુત ઊર્જામાં રૂપાંતરિત કરે છે.પ્લાઝમેટ્રોનમાં, વેલ્ડીંગ ધાતુઓ અને રાસાયણિક ઉદ્યોગ માટે નીચા-તાપમાન પ્લાઝ્મા મેળવવામાં આવે છે, જ્યાં નિષ્ક્રિય ગેસ હલાઇડ્સ અન્ય પદ્ધતિઓ દ્વારા મેળવી શકાતા નથી.