Čo je štvrtý stav hmoty, ako sa líši od ostatných troch a ako ho prinútiť slúžiť človeku.

Predpoklad existencie prvého zo stavov hmoty nad rámec klasickej triády vznikol začiatkom 19. storočia a v 20. rokoch 20. storočia dostal svoj názov – plazma

Pred stopäťdesiatimi rokmi takmer všetci chemici a mnohí fyzici verili, že hmota pozostáva iba z atómov a molekúl, ktoré sú spojené do viac-menej usporiadaných alebo úplne neusporiadaných kombinácií. Málokto pochyboval o tom, že všetky alebo takmer všetky látky sú schopné existovať v troch rôznych fázach – pevnej, kvapalnej a plynnej, ktoré prijímajú v závislosti od ich vonkajšie podmienky. Ale hypotézy o možnosti iných stavov hmoty už boli vyslovené.

Tento univerzálny model bol potvrdený vedeckými pozorovaniami aj tisícročiami skúseností v každodennom živote. Každý predsa vie, že keď sa voda ochladzuje, mení sa na ľad a pri zahriatí vrie a vyparuje sa. Olovo a železo sa tiež dajú premeniť na kvapalinu a plyn, len ich treba silnejšie zahriať. Od konca 18. storočia výskumníci zmrazovali plyny na kvapaliny a zdalo sa pravdepodobné, že akýkoľvek skvapalnený plyn by v zásade mohol stuhnúť. Vo všeobecnosti sa zdalo, že jednoduchý a zrozumiteľný obraz troch stavov hmoty nevyžaduje žiadne opravy ani doplnky.


70 km od Marseille, v Saint-Paul-les-Durance, vedľa francúzskeho výskumného centra atómovej energie Cadarache, vyrastie výskumný termonukleárny reaktor ITER (z latinského iter - cesta). Hlavným oficiálnym poslaním tohto reaktora je „demonštrovať vedeckú a technologickú uskutočniteľnosť výroby energie jadrovej syntézy na mierové účely“. V dlhodobom horizonte (30–35 rokov) možno na základe údajov získaných počas experimentov na reaktore ITER vytvárať prototypy bezpečných, ekologických a ekonomicky rentabilných elektrární.

Vtedajší vedci by boli celkom prekvapení, keby sa dozvedeli, že pevné, kvapalné a plynné skupenstvo atómovo-molekulárnej hmoty sa zachováva len pri relatívne nízke teploty, nepresahujúce 10 000° a ani v tejto zóne nie sú vyčerpané všetky možné štruktúry (napríklad tekuté kryštály). Nebolo by ľahké uveriť, že tvoria nie viac ako 0,01 % celkovej hmotnosti súčasného vesmíru. Teraz vieme, že hmota sa realizuje v mnohých exotických podobách. Niektoré z nich (napríklad degenerovaný elektrónový plyn a neutrónová hmota) existujú iba vo vnútri superhustých kozmických telies (bieli trpaslíci a neutrónové hviezdy) a niektoré (napríklad kvark-gluónová kvapalina) sa zrodili a zmizli v krátkom okamihu krátko po Veľký tresk. Je však zaujímavé, že predpoklad o existencii prvého zo štátov, ktoré presahujú klasickú triádu, vznikol v tom istom devätnástom storočí a na jeho samom začiatku. V predmete vedecký výskum sa vyvinul oveľa neskôr, v 20. rokoch 20. storočia. Vtedy dostala svoje meno – plazma.

Od Faradaya po Langmuir

V druhej polovici 70. rokov 19. storočia sa William Crookes, člen Kráľovskej spoločnosti v Londýne, veľmi úspešný meteorológ a chemik (objavil tálium a mimoriadne presne určil jeho atómovú hmotnosť), začal zaujímať o výboje plynov vo vákuu. rúrky. V tom čase už bolo známe, že negatívna elektróda vyžaruje emanácie neznámej povahy, ktoré nemecký fyzik Eugen Goldstein v roku 1876 nazval katódové lúče. Po mnohých experimentoch Crookes usúdil, že tieto lúče nie sú nič iné ako častice plynu, ktoré po zrážke s katódou nadobudli negatívny náboj a začali sa pohybovať smerom k anóde. Tieto nabité častice nazval „žiarivá hmota“.


Tokamak je toroidné zariadenie na obmedzenie plazmy pomocou magnetického poľa. Plazma sa zahrieva na veľmi vysokú úroveň vysoké teploty, nedotýka sa stien komory, ale je držaný magnetickými poľami - toroidnými, vytvorenými cievkami, a poloidálnymi, ktoré sa tvoria pri prúdení prúdu v plazme. Samotná plazma funguje ako sekundárne vinutie transformátora (primárne vinutie je cievka na vytvorenie toroidného poľa), ktoré zabezpečuje predhrievanie pri prúdení elektrického prúdu.

Treba priznať, že Crookes nebol originálny v tomto vysvetlení povahy katódových lúčov. Už v roku 1871 vyslovil podobnú hypotézu významný britský elektroinžinier Cromwell Fleetwood Varley, jeden z vedúcich prác na položení prvého transatlantického telegrafného kábla. Výsledky experimentov s katódovými lúčmi však Crookesa priviedli k veľmi hlbokej myšlienke: médium, v ktorom sa šíria, už nie je plyn, ale niečo úplne iné. 22. augusta 1879 na zasadnutí Britskej asociácie pre rozvoj vedy Crookes vyhlásil, že výboje v riedkych plynoch „sú také odlišné od všetkého, čo sa deje vo vzduchu alebo v akomkoľvek plyne pod bežným tlakom, že v tomto prípade ide o látka v štvrtom skupenstve, ktorá sa svojimi vlastnosťami líši od bežného plynu v rovnakej miere ako plyn od kvapaliny.“

Často sa píše, že to bol Crookes, kto prvý myslel na štvrtý stav hmoty. V skutočnosti táto myšlienka napadla Michaela Faradaya oveľa skôr. V roku 1819, 60 rokov pred Crookesom, Faraday navrhol, že hmota môže existovať v pevnom, kvapalnom, plynnom a žiarivom stave, teda v žiarivom stave hmoty. Crookes vo svojej správe priamo uviedol, že používa výrazy požičané od Faradaya, ale z nejakého dôvodu na to jeho potomkovia zabudli. Faradayova myšlienka však bola stále len špekulatívna hypotéza a Crookes ju podložil experimentálnymi údajmi.

Katódové lúče boli intenzívne študované aj po Crookesovi. V roku 1895 tieto experimenty viedli Williama Roentgena k objavu nového druhu elektromagnetická radiácia a začiatkom dvadsiateho storočia vyústil do vynálezu prvých rádiových elektrónok. Crookesova hypotéza o štvrtom stave hmoty však fyzikov nezaujala, s najväčšou pravdepodobnosťou preto, že v roku 1897 Joseph John Thomson dokázal, že katódové lúče neboli nabité atómy plynu, ale veľmi ľahké častice, ktoré nazval elektróny. Zdá sa, že tento objav urobil Crookesovu hypotézu zbytočnou.


Fotografia skúšobného spustenia kórejského supravodivého reaktora Tokamak Advanced Reactor (KSTAR) s produkciou „prvej plazmy“ 15. júla 2008. KSTAR, výskumný projekt na štúdium možnosti jadrovej fúzie na výrobu energie, využíva 30 supravodivých magnetov chladených tekutým héliom.

Bola však znovuzrodená ako Fénix z popola. V druhej polovici 20. rokov 20. storočia budúcnosť kandidát na Nobelovu cenu v chémii sa Irving Langmuir, ktorý pracoval v laboratóriu General Electric Corporation, úzko zapojil do štúdia výbojov plynov. Vtedy už vedeli, že v priestore medzi anódou a katódou strácajú atómy plynu elektróny a menia sa na kladne nabité ióny. Uvedomujúc si, že takýto plyn má veľa špeciálne vlastnosti, rozhodol sa ho Langmuir obdarovať vlastné meno. Akousi zvláštnou asociáciou si vybral slovo „plazma“, ktoré sa predtým používalo iba v mineralógii (toto je iný názov pre zelený chalcedón) a v biológii (tekutý základ krvi, ako aj srvátka). Vo svojej novej funkcii sa pojem „plazma“ prvýkrát objavil v Langmuirovom článku „Oscilations in Ionized Gases“, publikovanom v roku 1928. Asi tridsať rokov len málo ľudí používal tento termín, ale potom sa pevne dostal do vedeckého používania.

Fyzika plazmy

Klasická plazma je iónovo-elektrónový plyn, prípadne zriedený neutrálnymi časticami (prísne povedané, fotóny sú tam vždy prítomné, ale pri miernych teplotách ich možno ignorovať). Ak stupeň ionizácie nie je príliš nízky (zvyčajne stačí jedno percento), tento plyn vykazuje mnohé špecifické vlastnosti, ktoré bežné plyny nemajú. Je však možné vyrobiť plazmu, v ktorej nebudú vôbec žiadne voľné elektróny a svoju zodpovednosť prevezmú negatívne ióny.


Pre jednoduchosť budeme uvažovať iba elektrón-iónovú plazmu. Jeho častice sa priťahujú alebo odpudzujú v súlade s Coulombovým zákonom a táto interakcia sa prejavuje na veľké vzdialenosti. Práve preto sa líšia od atómov a molekúl neutrálneho plynu, ktoré sa navzájom cítia len na veľmi krátke vzdialenosti. Keďže častice plazmy voľne lietajú, sú ľahko premiestňované elektrickými silami. Aby bola plazma v rovnovážnom stave, je potrebné, aby sa priestorové náboje elektrónov a iónov navzájom úplne kompenzovali. Ak táto podmienka nie je splnená, plazma elektrické prúdy, ktoré obnovujú rovnováhu (ak sa napríklad v niektorej oblasti vytvorí nadbytok kladných iónov, okamžite sa tam vrhnú elektróny). Preto v rovnovážnej plazme sú hustoty častíc rôznych znakov prakticky rovnaké. Táto najdôležitejšia vlastnosť sa nazýva kvázineutralita.

Takmer vždy sa atómy alebo molekuly obyčajného plynu zúčastňujú iba párových interakcií - navzájom sa zrážajú a odletujú. Plazma je iná vec. Keďže jeho častice sú spojené coulombovskými silami s dlhým dosahom, každá z nich je v poli blízkych a vzdialených susedov. To znamená, že interakcia medzi časticami plazmy nie je párová, ale viacnásobná – ako hovoria fyzici, kolektívna. To vedie k štandardnej definícii plazmy - kvázi-neutrálneho systému veľkého počtu rozdielnych nabitých častíc demonštrujúcich kolektívne správanie.


Výkonné urýchľovače elektrónov majú typickú dĺžku stoviek metrov a dokonca kilometrov. Ich veľkosť sa môže výrazne zmenšiť, ak sa elektróny urýchľujú nie vo vákuu, ale v plazme - „na hrebeni“ rýchlo sa šíriacich porúch hustoty plazmových nábojov, takzvaných brázdnych vĺn, excitovaných pulzmi laserového žiarenia.

Plazma sa líši od neutrálneho plynu v reakcii na vonkajšie elektrické a magnetické polia (bežný plyn ich prakticky nevníma). Častice plazmy, naopak, vnímajú ľubovoľne slabé polia a okamžite sa začnú pohybovať, generujúc vesmírne náboje a elektrické prúdy. Ďalší najdôležitejšia vlastnosť rovnovážna plazma - skríning náboja. Vezmime si časticu plazmy, povedzme kladný ión. Priťahuje elektróny, ktoré tvoria oblak záporného náboja. Pole takéhoto iónu sa správa v súlade s Coulombovým zákonom len v jeho blízkosti a pri vzdialenostiach presahujúcich určitú kritickú hodnotu veľmi rýchlo inklinuje k nule. Tento parameter sa nazýva Debyeov polomer skríningu podľa holandského fyzika Pietera Debyeho, ktorý tento mechanizmus opísal v roku 1923.

Je ľahké pochopiť, že plazma si zachováva kvázineutralitu iba vtedy, ak jej lineárne rozmery vo všetkých rozmeroch výrazne presahujú Debyeov polomer. Stojí za zmienku, že tento parameter sa zvyšuje pri zahrievaní plazmy a znižuje sa, keď sa zvyšuje jej hustota. V plazme plynových výbojov je rádovo 0,1 mm, v zemskej ionosfére - 1 mm, v slnečnom jadre - 0,01 nm.

Riadená termonukleárna

Plazma sa v súčasnosti používa v širokej škále technológií. Niektoré z nich pozná každý (plynové lampy, plazmové displeje), iné sú predmetom záujmu špecializovaných špecialistov (výroba vysokovýkonných ochranných filmových náterov, výroba mikročipov, dezinfekcia). Najväčšie nádeje do plazmy sa však vkladajú do súvislosti s prácami na realizácii riadených termonukleárnych reakcií. To je pochopiteľné. Aby sa jadrá vodíka zlúčili do jadier hélia, treba ich priviesť k sebe na vzdialenosť asi sto miliardtiny centimetra – a potom začnú pôsobiť jadrové sily. Takéto zblíženie je možné len pri teplotách desiatok a stoviek miliónov stupňov – v tomto prípade stačí kinetická energia kladne nabitých jadier na prekonanie elektrostatického odpudzovania. Preto riadená termonukleárna fúzia vyžaduje vysokoteplotnú vodíkovú plazmu.


Plazma je takmer všadeprítomná v okolitom svete – možno ju nájsť nielen v plynových výbojoch, ale aj v ionosfére planét, v povrchových a hlbokých vrstvách aktívnych hviezd. Je to médium na realizáciu riadených termonukleárnych reakcií a pracovná tekutina pre vesmírne elektrické hnacie motory a oveľa, oveľa viac.

Pravda, tu nepomôže plazma na báze obyčajného vodíka. Takéto reakcie sa vyskytujú v hĺbkach hviezd, ale pre pozemskú energiu sú zbytočné, pretože intenzita uvoľňovania energie je príliš nízka. Najlepšie je použiť plazmu zo zmesi ťažkých izotopov vodíka deutéria a trícia v pomere 1:1 (prijateľná je aj čistá deutériová plazma, hoci poskytuje menej energie a vyžaduje vyššie teploty na zapálenie).

Samotné zahrievanie však na spustenie reakcie nestačí. Po prvé, plazma musí byť dostatočne hustá; po druhé, častice vstupujúce do reakčnej zóny by ju nemali opustiť príliš rýchlo - inak strata energie prevýši jej uvoľnenie. Tieto požiadavky môžu byť prezentované vo forme kritéria, ktoré navrhol anglický fyzik John Lawson v roku 1955. Podľa tohto vzorca musí byť súčin hustoty plazmy a priemerného času zadržania častíc vyšší ako určitá hodnota určená teplotou, zložením termonukleárneho paliva a očakávanou účinnosťou reaktora.


Je ľahké vidieť, že existujú dva spôsoby, ako splniť Lawsonovo kritérium. Čas zadržania je možné skrátiť na nanosekundy stlačením plazmy, povedzme, na 100–200 g/cm3 (keďže plazma sa nestihne rozletieť, tento spôsob zadržania sa nazýva inerciálny). Fyzici na tejto stratégii pracovali od polovice 60. rokov; Teraz jeho najpokročilejšiu verziu vyvíja Livermore National Laboratory. Tento rok začnú experimenty s lisovaním miniatúrnych berýliových kapsúl (priemer 1,8 mm), naplnených zmesou deutéria a trícia, pomocou 192 ultrafialových laserových lúčov. Vedúci projektu veria, že najneskôr v roku 2012 sa im podarí nielen zapáliť termonukleárnu reakciu, ale aj získať pozitívny energetický výstup. Možno sa podobný program v rámci projektu HiPER (High Power Laser Energy Research) v najbližších rokoch spustí aj v Európe. Avšak aj keď experimenty v Livermore plne naplnia ich očakávania, vzdialenosť k vytvoreniu skutočného termonukleárneho reaktora s inerciálnym obmedzením plazmy zostane stále veľmi veľká. Faktom je, že na vytvorenie prototypu elektrárne je potrebný veľmi rýchly systém supervýkonných laserov. Mal by poskytovať frekvenciu zábleskov, ktoré zapália deutérium-tríciové ciele, ktorá bude tisíckrát väčšia ako možnosti systému Livermore, ktorý vystrelí maximálne 5-10 výstrelov za sekundu. V súčasnosti sa aktívne diskutuje o rôznych možnostiach vytvorenia takýchto laserových zbraní, ale ich praktická implementácia je stále veľmi vzdialená.

Tokamaki: stará garda

Alternatívne je možné pracovať so zriedenou plazmou (hustota nanogramov na kubický centimeter) a držať ju v reakčnej zóne aspoň niekoľko sekúnd. Pri takýchto pokusoch sa už viac ako pol storočia používajú rôzne magnetické pasce, ktoré pôsobením viacerých magnetických polí udržujú plazmu v danom objeme. Za najsľubnejšie sa považujú tokamaky - uzavreté magnetické pasce v tvare torusu, ktoré prvýkrát navrhli A.D. Sacharov a I.E. Tamm v roku 1950. Aktuálne v rôznych krajinách V prevádzke je tucet takýchto zariadení, z ktorých najväčšie umožnili priblížiť sa k splneniu Lawsonovho kritéria. Tokamakom je aj medzinárodný experimentálny termonukleárny reaktor, známy ITER, ktorý vyrastie v obci Cadarache pri francúzskom meste Aix-en-Provence. Ak všetko pôjde podľa plánu, ITER po prvýkrát umožní vyrobiť plazmu, ktorá spĺňa Lawsonovo kritérium, a zapáliť v nej termonukleárnu reakciu.


„Za posledné dve desaťročia sme urobili obrovský pokrok v pochopení procesov, ktoré sa vyskytujú vo vnútri magnetických plazmových pascí, najmä tokamakov. Vo všeobecnosti už vieme, ako sa častice plazmy pohybujú, ako vznikajú nestabilné stavy prúdenia plazmy a do akej miery je potrebné zvýšiť tlak plazmy, aby ho bolo možné ešte zadržať. magnetické pole. Vznikli aj nové vysoko presné metódy plazmovej diagnostiky, teda merania rôznych parametrov plazmy,“ povedal Ian Hutchinson, profesor jadrovej fyziky a jadrovej technológie na Massachusetts Institute of Technology, ktorý sa tokamakom venuje už vyše 30 rokov. , povedal PM. — Doteraz najväčšie tokamaky dosahovali výkon uvoľňovania tepelnej energie v plazme deutérium-trícium rádovo 10 megawattov počas jednej až dvoch sekúnd. ITER prekročí tieto čísla o niekoľko rádov. Ak sa vo výpočtoch nemýlime, bude schopný vyrobiť najmenej 500 megawattov v priebehu niekoľkých minút. Ak budete mať naozaj šťastie, energia sa bude generovať úplne bez časového obmedzenia, v stabilnom režime."

Profesor Hutchinson tiež zdôraznil, že vedci teraz dobre rozumejú povahe procesov, ktoré musia nastať vo vnútri tohto obrovského tokamaku: „Dokonca poznáme podmienky, za ktorých plazma potláča svoju vlastnú turbulenciu, a to je veľmi dôležité pre riadenie prevádzky. reaktor. Samozrejme, je potrebné vyriešiť mnohé technické problémy— najmä dokončiť vývoj materiálov na vnútorné obloženie komory, ktoré vydržia intenzívne bombardovanie neutrónmi. Ale z pohľadu fyziky plazmy je obraz celkom jasný – aspoň si to myslíme. ITER musí potvrdiť, že sa nemýlime. Ak všetko pôjde dobre, príde na rad tokamak ďalšej generácie, ktorý sa stane prototypom priemyselných termonukleárnych reaktorov. Ale teraz je priskoro o tom hovoriť. Medzitým očakávame, že ITER bude sprevádzkovaný do konca tohto desaťročia. S najväčšou pravdepodobnosťou bude môcť generovať horúcu plazmu najskôr v roku 2018, aspoň podľa našich očakávaní.“ Takže z hľadiska vedy a techniky má projekt ITER dobré vyhliadky.

Ministerstvo školstva a vedy Ruskej federácie

Federálna agentúra pre vzdelávanie

Tichomorská štátna ekonomická univerzita

Katedra fyziky

Téma: Plazma – štvrté skupenstvo hmoty

Vykonané:

Agregátny stav je stav hmoty charakterizovaný určitými kvalitatívnymi vlastnosťami: schopnosťou alebo neschopnosťou udržať objem a tvar, prítomnosťou alebo absenciou rádu na dlhé a krátke vzdialenosti a iné. Zmena stavu agregácie môže byť sprevádzaná náhlou zmenou voľnej energie, entropie, hustoty a iných základných fyzikálnych vlastností.

Je známe, že akákoľvek látka môže existovať iba v jednom z troch skupenstiev: tuhá, kvapalná alebo plynná, ktorých klasickým príkladom je voda, ktorá môže byť vo forme ľadu, kvapaliny a pary. Ak však vezmeme celý Vesmír ako celok, existuje len veľmi málo látok, ktoré sú v týchto považovaných za nesporné a rozšírené stavy. Je nepravdepodobné, že prekročia to, čo sa v chémii považuje za zanedbateľné stopy. Všetka ostatná hmota vo vesmíre je v takzvanom plazmatickom stave.

Slovo „plazma“ (z gréckeho „plazma“ - „vytvorené“) v polovici 19.

V. sa začala nazývať bezfarebná časť krvi (bez červených a bielych teliesok) a

kvapalina, ktorá vypĺňa živé bunky. V roku 1929 americkí fyzici Irving Langmuir (1881-1957) a Levi Tonko (1897-1971) nazvali ionizovaný plyn v plynovej výbojke plazmou.

Anglický fyzik William Crookes (1832-1919), ktorý študoval elektrotechniku

výboj v trubiciach so riedkym vzduchom, napísal: „Javy v evakuovaní

trubice otvárajú nový svet pre fyzikálnu vedu, v ktorej hmota môže existovať v štvrtom stave.“

V závislosti od teploty sa každá látka mení

štát. Voda je teda pri záporných (Celziových) teplotách v pevnom skupenstve, v rozmedzí od 0 do 100 °C - v kvapalnom stave, nad 100 °C - v plynnom stave.Ak teplota naďalej stúpa, atómy a molekuly začnú strácať svoje elektróny – ionizujú sa a plyn sa mení na plazmu Pri teplotách nad 1 000 000 °C je plazma absolútne ionizovaná – skladá sa len z elektrónov a kladných iónov Plazma je najbežnejším stavom hmoty v prírode, tvorí asi 99% hmotnosti vesmíru Slnko, väčšina hviezd, hmloviny sú plne ionizovaná plazma Vonkajšia časť zemskú atmosféru(ionosféra) je tiež plazma.

Ešte vyššie sú radiačné pásy obsahujúce plazmu.

Polárne žiary, blesky, vrátane guľových bleskov, sú rôzne typy plazmy, ktoré možno pozorovať v prirodzených podmienkach na Zemi. A len nepodstatnú časť Vesmíru tvorí pevná hmota – planéty, asteroidy a prachové hmloviny.

Vo fyzike sa plazma chápe ako plyn pozostávajúci z el

nabité a neutrálne častice, v ktorých je celkový elektrický náboj nulový, t.j. podmienka kvázineutrality je splnená (preto napr. zväzok elektrónov letiaci vo vákuu nie je plazma: nesie záporný náboj).

1.1. Najtypickejšie formy plazmy

Najtypickejšie formy plazmy

Umelo vytvorená plazma Plazmový panel (TV, monitor) Látka vo vnútri žiariviek (vrátane kompaktných) a neónových lámp Plazmové raketové motory Plynová výbojová koróna generátora ozónu Výskum riadenej termonukleárnej fúzie Elektrický oblúk v oblúkovej lampe a pri oblúkovom zváraní Plazmová výbojka (pozri obrázok) Oblúkový výboj z Teslovho transformátora Dopad na hmotu laserovým žiarením Žiarivá guľa nukleárny výbuch

Prirodzená plazma Zeme Lightning St. Elmo's Fire Ionosphere Flames (nízkoteplotná plazma)

Priestor A astrofyzikálny plazma Slnko a iné hviezdy (tie, ktoré existujú vďaka termonukleárnym reakciám) Slnečný vietor Vonkajší priestor (priestor medzi planétami, hviezdami a galaxiami) Medzihviezdne hmloviny

Vlastnosti a parametre plazmy

Plazma má nasledujúce vlastnosti:

Dostatočná hustota: nabité častice musia byť dostatočne blízko seba, aby každá z nich interagovala s celým systémom blízkych nabitých častíc. Podmienka sa považuje za splnenú, ak je počet nabitých častíc v sfére vplyvu (guľa s Debyeho polomerom) dostatočný na vznik kolektívnych efektov (takéto prejavy sú typickou vlastnosťou plazmy). Matematicky možno túto podmienku vyjadriť takto:

, kde je koncentrácia nabitých častíc.

Priorita vnútorných interakcií: polomer skríningu Debye musí byť malý v porovnaní s charakteristickou veľkosťou plazmy. Toto kritérium znamená, že interakcie vyskytujúce sa vo vnútri plazmy sú významnejšie v porovnaní s účinkami na jej povrchu, ktoré možno zanedbať. Ak je táto podmienka splnená, plazmu možno považovať za kvázi neutrálnu. Matematicky to vyzerá takto:

Frekvencia plazmy: priemerný čas medzi zrážkami častíc musí byť veľký v porovnaní s periódou oscilácií plazmy. Tieto oscilácie sú spôsobené pôsobením elektrického poľa na náboj, ktorý vzniká porušením kvázineutrality plazmy. Toto pole sa snaží obnoviť narušenú rovnováhu. Pri návrate do rovnovážnej polohy náboj zotrvačnosťou prechádza cez túto polohu, čo opäť vedie k vzniku silného vratného poľa a dochádza k typickým mechanickým vibráciám. Kedy tento stav pozorované, elektrodynamické vlastnosti plazmy prevažujú nad molekulárnymi kinetickými. V jazyku matematiky táto podmienka vyzerá takto:

2.1. Klasifikácia

Plazma sa zvyčajne delí na ideálnu a neideálnu, nízkoteplotnú a vysokoteplotnú, rovnovážnu a nerovnovážnu, pričom dosť často je studená plazma nerovnovážna a horúca plazma je rovnovážna.

2.2. Teplota

Pri čítaní populárno-náučnej literatúry čitateľ často vidí hodnoty teploty plazmy rádovo v desiatkach, stovkách tisíc alebo až miliónoch °C alebo K. Pre popis plazmy vo fyzike je vhodné merať teplotu nie v °C , ale v jednotkách merania charakteristickej energie pohybu častíc, napríklad v elektrónvoltoch (eV). Na prevod teploty na eV môžete použiť nasledujúci vzťah: 1 eV = 11600 K (Kelvin). Je teda zrejmé, že teploty „desiatky tisíc °C“ sú celkom ľahko dosiahnuteľné.

V nerovnovážnej plazme teplota elektrónov výrazne prevyšuje teplotu iónov. K tomu dochádza v dôsledku rozdielu v hmotnostiach iónu a elektrónu, čo sťažuje proces výmeny energie. Táto situácia nastáva pri výbojoch plynu, keď ióny majú teplotu okolo stoviek a elektróny okolo desiatok tisíc K.

V rovnovážnej plazme sú obe teploty rovnaké. Keďže ionizačný proces vyžaduje teploty porovnateľné s ionizačným potenciálom, rovnovážna plazma je zvyčajne horúca (s teplotou viac ako niekoľko tisíc K).

Termín vysokoteplotná plazma sa zvyčajne používa pre termonukleárnu fúznu plazmu, ktorá si vyžaduje teploty miliónov K.

2.3. Stupeň ionizácie

Aby sa plyn premenil na plazmu, musí byť ionizovaný. Stupeň ionizácie je úmerný počtu atómov, ktoré darovali alebo absorbovali elektróny, a predovšetkým závisí od teploty. Dokonca aj slabo ionizovaný plyn, v ktorom je menej ako 1 % častíc v ionizovanom stave, môže vykazovať niektoré typické vlastnosti plazmy (interakcia s vonkajším elektromagnetickým poľom a vysoká elektrická vodivosť). Stupeň ionizácie α je určený ako α = ni/(ni + na), kde ni je koncentrácia iónov a na je koncentrácia neutrálnych atómov. Koncentrácia voľných elektrónov v nenabitej plazme ne je určená zrejmým vzťahom: ne= ni, kde - priemerná hodnota náboja plazmových iónov.

Nízkoteplotná plazma sa vyznačuje nízkym stupňom ionizácie (do 1%). Keďže takéto plazmy sa pomerne často používajú v technologických procesov, niekedy sa im hovorí technologické plazmy. Najčastejšie sa vytvárajú pomocou elektrických polí, ktoré urýchľujú elektróny, ktoré zase ionizujú atómy. Elektrické polia zavádzané do plynu prostredníctvom indukčnej alebo kapacitnej väzby (pozri indukčne viazanú plazmu). Medzi typické aplikácie nízkoteplotnej plazmy patrí plazmová modifikácia povrchových vlastností (diamantové filmy, nitridácia kovov, modifikácia zmáčavosti), plazmové leptanie povrchov (polovodičový priemysel), čistenie plynov a kvapalín (ozonizácia vody a spaľovanie sadzí v dieselových motoroch). .

Čo je plazma - nezvyčajný plyn

Od detstva poznáme viacero stavov agregácie látok. Vezmime si napríklad vodu. Jeho obvyklý stav je známy každému - tekutý, je distribuovaný všade: rieky, jazerá, moria, oceány. Po druhé stav agregácie– plyn. Nevidíme ho často. Väčšina ľahká cesta dosiahnuť plynné skupenstvo pri vode – prevariť. Para nie je nič iné ako plynné skupenstvo vody. Tretím stavom agregácie je pevné telo. Podobný prípad môžeme pozorovať napríklad v zimných mesiacoch. Ľad je zamrznutá voda a existuje tretí stav agregácie.
Tento príklad jasne ukazuje, že takmer každá látka má tri stavy agregácie. Pre niektorých je to ľahké dosiahnuť, pre iných je to ťažšie (vyžadujú sa špeciálne podmienky).

Ale moderná fyzika identifikuje iný, nezávislý stav hmoty – plazmu.

Plazma je ionizovaný plyn s rovnakou hustotou kladných aj záporných nábojov. Ako viete, pri silnom zahrievaní prechádza akákoľvek látka do tretieho stavu agregácie - plynu. Ak pokračujeme v ohrievaní vzniknutej plynnej látky, výstupom bude látka s prudko zvýšeným procesom tepelnej ionizácie, atómy tvoriace plyn sa rozpadajú na ióny. Tento stav možno pozorovať voľným okom. Naše Slnko je hviezda, rovnako ako milióny iných hviezd a galaxií vo vesmíre, neexistuje nič iné ako vysokoteplotná plazma. Žiaľ, na Zemi plazma v prirodzených podmienkach neexistuje. Ale stále to môžeme pozorovať, napríklad záblesk blesku. V laboratórnych podmienkach sa plazma najskôr získala prechodom vysokého napätia cez plyn. Dnes mnohí z nás používajú plazmu v každodennom živote - sú to obyčajné žiarivky s plynovou výbojkou. Na uliciach možno často vidieť neónovú reklamu, ktorá nie je nič iné ako nízkoteplotná plazma v sklenených trubiciach.

Na prechod z plynného stavu do plazmy musí byť plyn ionizovaný. Stupeň ionizácie priamo závisí od počtu atómov. Ďalšou podmienkou je teplota.

Do roku 1879 fyzika popisovala a riadila sa len tromi stavmi hmoty. Až kým anglický vedec, chemik a fyzik William Crookes nezačal robiť experimenty na skúmanie vodivosti elektriny v plynoch. Medzi jeho objavy patrí objav prvku Thalium, výroba hélia v laboratórnych podmienkach a samozrejme prvé pokusy s výrobou studenej plazmy v plynových výbojkách. Známy pojem „plazma“ prvýkrát použil v roku 1923 americký vedec Langmuir a neskôr Tonkson. Do tejto doby „plazma“ znamenala iba bezfarebnú zložku krvi alebo mlieka.

Dnešný výskum ukazuje, že na rozdiel od všeobecného presvedčenia je asi 99 % všetkej hmoty vo vesmíre v plazmovom stave. Všetky hviezdy, celý medzihviezdny priestor, galaxie, hmloviny, slnečný ventilátor sú typickými predstaviteľmi plazmy.
Na Zemi môžeme pozorovať také prírodné javy ako blesky, polárnu žiaru, „oheň sv. Elma“, zemskú ionosféru a samozrejme oheň.
Človek sa tiež naučil využívať plazmu vo svoj prospech. Vďaka štvrtému skupenstva hmoty môžeme použiť plynové výbojky, plazmové televízory, zváranie elektrickým oblúkom, lasery. Plazmové javy môžeme pozorovať aj pri jadrovom výbuchu či štarte vesmírnych rakiet.

Za jeden z prioritných výskumov v smere plazmy možno považovať reakciu termonukleárnej fúzie, ktorá by sa mala stať bezpečnou náhradou jadrovej energie.

Podľa klasifikácie sa plazma delí na nízkoteplotnú a vysokoteplotnú, rovnovážnu a nerovnovážnu, ideálnu a neideálnu.
Nízkoteplotná plazma sa vyznačuje nízkym stupňom ionizácie (asi 1%) a teplotou do 100 tisíc stupňov. Preto sa plazma tohto druhu často používa v rôznych technologických procesoch (nanášanie diamantového filmu na povrch, zmena zmáčavosti látky, ozonizácia vody atď.).

Vysokoteplotná alebo „horúca“ plazma má takmer 100% ionizáciu (presne to je stav, ktorý sa myslí štvrtým stavom agregácie) a teplotu až 100 miliónov stupňov. V prírode sú to hviezdy. V pozemských podmienkach je to vysokoteplotná plazma, ktorá sa používa na experimenty termonukleárnej fúzie. Riadená reakcia je pomerne zložitá a energeticky náročná, ale nekontrolovaná reakcia sa osvedčila ako zbraň kolosálnej sily – termonukleárna bomba, ktorú 12. augusta 1953 vyskúšal ZSSR.
Ale to sú extrémy. Studená plazma pevne zaujala svoje miesto v ľudskom živote, užitočná riadená termonukleárna fúzia je stále snom, zbrane v skutočnosti nie sú použiteľné.

Ale v každodennom živote nie je plazma vždy rovnako užitočná. Niekedy sa vyskytnú situácie, v ktorých sa treba vyhnúť plazmovým výbojom. Napríklad pri akomkoľvek spínacom procese pozorujeme plazmový oblúk medzi kontaktmi, ktorý je potrebné urgentne zhasnúť.

Pri vysokých teplotách, pod vplyvom elektromagnetického žiarenia polia vysokej intenzity, keď sú ožiarené prúdmi nabitých častíc s vysokou energiou. Funkcia plazmy, čo ju odlišuje od bežnej ionizovanej plazmy, je, že lineárne rozmery objemu, ktorý zaberá plazma, sú oveľa väčšie ako u tzv. Polomer skríningu Debye D (pozri). Hodnota D pre i-tu s Hi a t-roy T i je určená výrazom:

kde n e a T e - respektíve t-ra, e i - náboj, e-elementárny elektrický. nabiť (nabiť), k-. Z tohto vyjadrenia vyplýva, že v plazme sa teploty spravidla líšia.

V nízkoteplotnej plazme je energia priemerná alebo výrazne nižšia ako efektívna ionizačná energia častíc; Za vysokoteplotnú plazmu sa považuje plazma charakterizovaná inverzným pomerom indikovaných energií (berie sa do úvahy príspevok rozložených častíc k ionizácii). Typicky má nízkoteplotná plazma teplotu častíc nižšiu ako 10 5 K, vysokoteplotná plazma je asi 10 -10 8 K. Pomer nabitých častíc k súčtu všetkých častíc sa nazýva. stupeň ionizácie plazmy.

P lasma získaná v laboratóriu. podmienkach, je v termodynamickom. zmysel a je vždy termodynamicky nerovnovážny. energie a hmotnosti vedú k narušeniu lokálnej termodynamiky. a stacionárnosť (pozri), Planckov zákon pre pole žiarenia spravidla nie je splnený. Plazma je tzv tepelný, ak je jeho stav opísaný v rámci lokálneho tepelného modelu. , konkrétne: všetky častice sú distribuované rýchlosťou v súlade s Maxwellovým zákonom; parametre všetkých komponentov sú rovnaké; určuje sa zloženie plazmy, najmä sa určuje iónové zloženie medzi ionizáciou a (Eggert-Sachov vzorec je v podstate výrazom pre tieto procesy); energie obyvateľstva hladiny všetkých častíc sa riadia Boltzmannovým rozložením. Tepelná plazma je zvyčajne charakterizovaná vysoký stupeň ionizácia a m.b. realizované v relatívne malom efektívnu energiu ionizácie pri dostatočne vysokej optickej. hustota (t.j. plazmové žiarenie je takmer úplne absorbované vlastnými časticami). Plazma je zvyčajne opísaná čiastočným lokálnym tepelným modelom. , ktorý zahŕňa všetko vyššie uvedené. poloha, ale vyžaduje podriadenie Boltzmannovmu zákonu populácií iba excitovaných hladín častíc plazmy, s výnimkou ich základných stavov. Táto plazma sa nazýva kvázi rovnováha; Príkladom kvázi rovnovážnej plazmy je elektrický stĺp. oblúky atm. .

Nedodržanie aspoň jednej z miestnych tepelných podmienok. vedie k vzniku nerovnovážnej plazmy. Je zrejmé, že existuje nekonečný počet nerovnovážnych plazmatických stavov. Príkladom vysoko nerovnovážnej plazmy je plazma žeravého výboja pri 10 1 -10 3 Pa, v ktorom je priemerná energia 3-6 eV a teplota ťažkých častíc zvyčajne nepresahuje 1000 K. Existencia a stacionárnosť Tento nerovnovážny stav plazmy je spôsobený ťažkou výmenou energie medzi ťažkými časticami. V plazme mol. , navyše môžu byť neúčinnévýmena energie medzi rôznymi interné stupne voľnosti: elektronické, vibračné, rotačné. V rámci každého stupňa voľnosti dochádza pomerne ľahko k výmene energie, čo vedie k nastoleniu kvázi rovnovážneho rozdelenia častíc podľa zodpovedajúcich energií. štátov. V tomto prípade hovoria o elektronike, oscilácii, rotácii. t-x častíc plazmy.

Základné Znaky plazmy, ktoré ju odlišujú od neutrálnej a umožňujú nám považovať plazmu za špeciálny, štvrtý stav hmoty (štvrtý stav), sú nasledovné.

1) Kolektívna interakcia, t.j. simultánna interakcia navzájom z veľkého počtu častíc (za normálnych podmienok je interakcia medzi časticami zvyčajne párová), pretože Coulombove sily príťažlivosti a odpudzovania klesajú so vzdialenosťou oveľa pomalšie ako sily interakcie. neutrálne častice, t.j. interakcia v plazme sú „dlhého dosahu“.

2) Silný vplyv elektriny. a mag. polia o vlastnostiach plazmy, čo vedie k vzniku medzier v plazme. nábojov a prúdov a určuje množstvo špecifických. plazmové svetlo.

Jednou z najdôležitejších vlastností plazmy je jej kvázineutralita, t.j. takmer úplná vzájomná kompenzácia nábojov na vzdialenosti podstatne väčšie ako je polomer tienenia Debye. Elektrické pole jednotlivej nabitej častice v plazme je tienené poľami častíc s nábojom opačného znamienka, t.j. prakticky klesá na nulu vo vzdialenostiach rádovo Debyeovho polomeru od častice. Akékoľvek porušenie kvazineutrality v objeme obsadenom plazmou vedie k vzniku silných elektrických prúdov. polia priestorov. náboje, ktoré obnovujú kvázineutralitu plazmy.

Prevažná väčšina Vesmíru je v stave plazmy – hviezdy, hviezdne, galaktické. hmloviny a medzihviezdne médium. V blízkosti Zeme plazma existuje vo vesmíre vo forme „slnečného vetra“, vypĺňa magnetosféru Zeme (tvorí radiačný pás Zeme) a ionosféru. Procesy v plazme blízko Zeme sú spôsobené magnetickými poľami. búrky a polárne žiary. Odraz rádiových vĺn od ionosférickej plazmy poskytuje možnosť diaľkovej rádiovej komunikácie na Zemi.

Do laboratória. podmienky a priemyselné aplikáciách sa plazma vyrába elektricky. zaradiť do

Tá istá látka v prírode má schopnosť radikálne meniť svoje vlastnosti v závislosti od teploty a tlaku. Skvelým príkladom toho je voda, ktorá existuje vo forme tvrdý ľad, kvapaliny a pary. Ide o tri súhrnné stavy danej látky, ktorá má chemický vzorec H 2 O. Ostatné látky v prírodných podmienkach sú schopné meniť svoje vlastnosti podobným spôsobom. Ale okrem tých, ktoré sú uvedené, v prírode existuje ďalší stav agregácie - plazma. V pozemských podmienkach je dosť vzácny a obdarený zvláštnymi vlastnosťami.

Molekulárna štruktúra

Od čoho závisia 4 stavy hmoty, v ktorých hmota sídli? Z interakcie prvkov atómu a samotných molekúl, obdarených vlastnosťami vzájomného odpudzovania a príťažlivosti. Tieto sily sú samokompenzačné v pevnom stave, kde sú atómy usporiadané geometricky správne a vytvárajú kryštálovú mriežku. Hmotný predmet je zároveň schopný zachovať obe vyššie uvedené kvalitatívne vlastnosti: objem a tvar.

Akonáhle sa však kinetická energia molekúl zvýši, chaoticky sa pohybujú, zničia zavedený poriadok a premenia sa na kvapaliny. Majú tekutosť a vyznačujú sa absenciou geometrických parametrov. Ale zároveň si táto látka zachováva svoju schopnosť nezmeniť celkový objem. V plynnom stave Vzájomná príťažlivosť medzi molekulami úplne chýba, takže plyn nemá tvar a má možnosť neobmedzenej expanzie. Ale koncentrácia látky výrazne klesá. Samotné molekuly sa za normálnych podmienok nemenia. Toto je hlavná vlastnosť prvých 3 zo 4 stavov hmoty.

Transformácia štátov

Proces premeny pevnej látky na iné formy sa môže uskutočniť postupným zvyšovaním teploty a zmenou tlaku. V tomto prípade dôjde k prechodom náhle: vzdialenosť medzi molekulami sa výrazne zväčší, medzimolekulové väzby sa zničia so zmenou hustoty, entropie a množstva voľnej energie. Je tiež možné, že pevná látka sa premení priamo na plynnú formu, pričom sa obídu medzistupne. Hovorí sa tomu sublimácia. Takýto proces je celkom možný za normálnych pozemských podmienok.

Keď však indikátory teploty a tlaku dosiahnu kritickú úroveň, vnútorná energia látky sa zvýši natoľko, že elektróny pohybujúce sa závratnou rýchlosťou opúšťajú svoje vnútroatómové dráhy. V tomto prípade sa vytvárajú pozitívne a negatívne častice, ale ich hustota vo výslednej štruktúre zostáva takmer rovnaká. Tak vzniká plazma - stav agregácie látky, ktorá je v skutočnosti plynom, úplne alebo čiastočne ionizovaným, ktorého prvky sú vybavené schopnosťou vzájomnej interakcie na veľké vzdialenosti.

Vysokoteplotná plazma vesmíru

Plazma je spravidla neutrálna látka, hoci pozostáva z nabitých častíc, pretože pozitívne a negatívne prvky v nej, ktoré sú približne rovnaké, sa navzájom kompenzujú. Tento stav agregácie za normálnych pozemských podmienok je menej bežný ako ostatné spomenuté vyššie. Ale napriek tomu väčšina kozmických telies pozostáva z prírodnej plazmy.

Príkladom toho je Slnko a ďalšie početné hviezdy vesmíru. Teploty sú tam fantasticky vysoké. Veď na povrchu hlavného telesa našej planetárnej sústavy dosahujú 5 500°C. To je viac ako päťdesiatkrát vyššie ako parametre potrebné na varenie vody. V strede ohnivej gule je teplota 15 000 000 °C. Nie je prekvapujúce, že sa tam ionizujú plyny (hlavne vodík), ktoré dosahujú agregovaný stav plazmy.

Nízkoteplotná plazma v prírode

Medzihviezdne médium, ktoré vypĺňa galaktický priestor, tiež pozostáva z plazmy. Ale líši sa od svojej vysokoteplotnej odrody opísanej vyššie. Takáto látka pozostáva z ionizovanej hmoty, ktorá je výsledkom žiarenia vyžarovaného hviezdami. Toto je nízkoteplotná plazma. Rovnakým spôsobom slnečné lúče, dosahujúce hranice Zeme, vytvárajú ionosféru a nad ňou umiestnený radiačný pás pozostávajúci z plazmy. Rozdiely sú len v zložení látky. Hoci všetky prvky uvedené v periodickej tabuľke môžu byť v podobnom stave.

Plazma v laboratóriu a jej aplikácia

Podľa zákonov sa dá ľahko dosiahnuť za nám známych podmienok. Pri vykonávaní laboratórnych experimentov postačuje sériovo zapojené kondenzátor, dióda a odpor. Takýto obvod je na sekundu pripojený k zdroju prúdu. A ak sa dotknete kovového povrchu drôtmi, potom sa jeho častice, ako aj molekuly pary a vzduchu nachádzajúce sa v blízkosti, ionizujú a ocitnú sa v agregovanom stave plazmy. Podobné vlastnosti hmoty sa používajú na vytváranie xenónových a neónových obrazoviek a zváracích strojov.

Plazma a prírodné javy

V prirodzených podmienkach možno plazmu pozorovať vo svetle Severné svetlá a počas búrky v podobe guľového blesku. Moderná fyzika teraz poskytla vysvetlenie niektorých prírodných javov, ktorým sa predtým pripisovali mystické vlastnosti. Plazmu, ktorá sa tvorí a žiari na koncoch vysokých a ostrých predmetov (stožiarov, veží, obrovských stromov) za zvláštneho stavu atmosféry, brali pred stáročiami námorníci ako predzvesť šťastia. Preto bol tento jav nazvaný „Oheň svätého Elma“.

Cestovatelia, ktorí videli počas búrky v búrke korónový výboj vo forme svetielkujúcich strapcov alebo lúčov, to považovali za dobré znamenie, pretože si uvedomili, že sa vyhli nebezpečenstvu. Nie je to prekvapujúce, pretože predmety týčiace sa nad vodou, vhodné pre „znamenia svätca“, by mohli naznačovať priblíženie lode k brehu alebo prorokovať stretnutie s inými loďami.

Nerovnovážna plazma

Vyššie uvedené príklady výrečne demonštrujú, že na dosiahnutie plazmového stavu nie je potrebné zahrievať látku na fantastické teploty. Na ionizáciu stačí použiť silu elektromagnetického poľa. Zároveň ťažký základné prvky hmota (ióny) nezískava významnú energiu, pretože teplota počas tohto procesu nemôže presiahnuť niekoľko desiatok stupňov Celzia. Za takýchto podmienok sa ľahké elektróny, ktoré sa odtrhnú od hlavného atómu, pohybujú oveľa rýchlejšie ako inertnejšie častice.

Takáto studená plazma sa nazýva nerovnovážna. Okrem plazmových televízorov a neónových lámp sa používa aj pri čistení vody a potravín, používa sa na dezinfekciu na lekárske účely. Okrem toho môže studená plazma pomôcť urýchliť chemické reakcie.

Zásady používania

Skvelým príkladom toho, ako sa umelo vytvorená plazma využíva v prospech ľudstva, je výroba plazmových monitorov. Bunky takejto obrazovky sú vybavené schopnosťou vyžarovať svetlo. Panel je akýmsi „sendvičom“ sklenených tabúľ umiestnených blízko seba. Medzi nimi sú umiestnené boxy so zmesou inertných plynov. Môžu to byť neón, xenón, argón. A na vnútorný povrch buniek sú aplikované modré, zelené a červené fosfory.

Mimo článkov sú pripojené vodivé elektródy, medzi ktorými vzniká napätie. V dôsledku toho existuje elektrické pole a v dôsledku toho sú molekuly plynu ionizované. Výsledná plazma vyžaruje ultrafialové lúče, ktoré sú absorbované fosformi. V dôsledku toho dochádza k fenoménu fluorescencie prostredníctvom emitovaných fotónov. Vďaka komplexnej kombinácii lúčov v priestore sa objavuje jasný obraz širokej škály odtieňov.

Plazmové hrôzy

Táto forma hmoty nadobúda smrteľný vzhľad počas jadrového výbuchu. Pri tomto nekontrolovanom procese s uvoľňovaním vzniká plazma vo veľkých objemoch obrovské množstvo rôzne druhy energie. v dôsledku aktivácie rozbušky vybuchne a v prvých sekundách zohreje okolitý vzduch na gigantické teploty. V tomto bode sa objaví smrteľná ohnivá guľa, ktorá rastie impozantnou rýchlosťou. Viditeľnú oblasť svetlej gule zväčšuje ionizovaný vzduch. Zrazeniny, obláčiky a prúdy výbuchovej plazmy vytvárajú rázovú vlnu.

Svetelná guľa, ktorá postupuje, okamžite pohltí všetko, čo jej stojí v ceste. Nielen ľudské kosti a tkanivá sa menia na prach, ale aj pevné skaly a ničia sa aj tie najodolnejšie umelé stavby a predmety. Pancierové dvere do bezpečných úkrytov vás nezachránia, tanky a iné vojenské vybavenie sú rozdrvené.

Plazma svojimi vlastnosťami pripomína plyn v tom, že nemá špecifický tvar a objem, v dôsledku čoho je schopná neobmedzene expandovať. Z tohto dôvodu mnohí fyzici vyjadrujú názor, že by sa nemal považovať za samostatný stav agregácie. Jeho výrazné rozdiely oproti horúcemu plynu sú však zrejmé. Patria medzi ne: schopnosť viesť elektrické prúdy a vystavenie magnetickým poliam, nestabilita a schopnosť jednotlivých častíc dosahovať rôzne rýchlosti a teploty, pričom spoločne na seba vzájomne pôsobia.