Plasma polvoriento
La versión actual de la página aún no ha sido revisada por colaboradores experimentados y puede diferir significativamente de la versión revisada el 6 de julio de 2020; las comprobaciones requieren 2 ediciones .El plasma polvoriento (plasma complejo) es un gas ionizado que contiene partículas de polvo (partículas de materia sólida de tamaño micrónico y submicrónico ), que se forman espontáneamente en el plasma como resultado de varios procesos o se introducen en el plasma desde el exterior. El plasma polvoriento se obtuvo experimentalmente por primera vez en los años 20 del siglo XX , presumiblemente por Irving Langmuir [1] .
Los tamaños de partículas que contiene son relativamente grandes, desde fracciones hasta cientos de micrones (el récord es de 200 micrones). Los cálculos de las propiedades de equilibrio del plasma polvoriento muestran que sus partículas pueden alinearse en el espacio de cierta manera y formar el llamado cristal de plasma. El cristal de plasma puede derretirse y evaporarse. Si las partículas de plasma polvorientas son lo suficientemente grandes, entonces el cristal se puede ver a simple vista.
Cuando el plasma polvoriento se enfría, se forma un precipitado.
El plasma polvoriento se encuentra a menudo en el espacio (nebulosas, anillos planetarios, colas de cometas, así como satélites terrestres artificiales ).
Historia
Las siguientes etapas en el desarrollo de ideas sobre el plasma polvoriento se pueden señalar en orden cronológico:
- Década de 1920: I. Langmuir observa por primera vez plasma polvoriento en condiciones de laboratorio;
- 1959 - Se realizan experimentalmente estructuras casi cristalinas ordenadas de micropartículas cargadas en una trampa de Paul modificada;
- 1986: Ikezi predijo la posibilidad de cristalización del subsistema de polvo en un plasma de descarga de gas sin equilibrio;
- finales de la década de 1980: el estudio de la carga de polvo, la propagación de ondas electromagnéticas , su atenuación e inestabilidad en relación con el plasma polvoriento en el espacio;
- principios de la década de 1990: el estudio del plasma polvoriento para reducir o prevenir los efectos negativos de las partículas de polvo formadas en las instalaciones de pulverización y grabado de plasma ;
- 1994 - un grupo del Instituto de Física Extraterrestre. M. Planck (Garching, Alemania) fue el primero en obtener un cristal de polvo de plasma en condiciones de laboratorio, que observaron en una descarga capacitiva de alta frecuencia;
- 1996 - un grupo del Instituto de Altas Temperaturas (Moscú, Rusia) obtuvo un cristal de plasma polvoriento en una descarga luminiscente de corriente continua ;
- 1998 - un grupo del Instituto de Altas Temperaturas realizó los primeros experimentos con plasma polvoriento en condiciones de microgravedad, realizados a bordo del complejo orbital Mir;
- 2001 - un grupo del Instituto de Altas Temperaturas y un grupo del Instituto de Física Extraterrestre. M. Planck lanzó conjuntamente el laboratorio espacial Plasma Crystal en la Estación Espacial Internacional [2] [3] [4] .
Mecanismo de plasma polvoriento
Se observaron formaciones de polvo en diferentes tipos de plasma: plasma de descarga de gas, plasma térmico, plasma de excitación nuclear. En todos los casos, la razón principal de la formación de estructuras de polvo es la carga eléctrica . Las partículas de polvo se cargan en un plasma por varias razones, según el tipo de plasma. En un plasma de descarga de gas, las partículas de polvo, por regla general, están cargadas negativamente debido al hecho de que los electrones son mucho más móviles que los iones y su flujo por partícula es mucho mayor. Su carga también puede ser positiva debido a la radiación ultravioleta de las partículas y, como resultado, a la emisión de fotoelectrones desde la superficie de la partícula. En un plasma térmico, la carga de las partículas puede ser tanto positiva debido a la emisión termoiónica desde la superficie de la partícula como negativa debido al flujo de electrones hacia las partículas de polvo. En un plasma de excitación nuclear, el flujo de electrones también puede cargar la partícula negativamente, pero la emisión de electrones secundarios puede cambiar el signo de la carga al opuesto [5] .
Las partículas cargadas, que interactúan entre sí y con campos eléctricos en el plasma, bajo ciertas condiciones, cuelgan en un área determinada, formando estructuras de polvo tridimensionales similares a la estructura de red de los materiales cristalinos y se caracterizan por una constante de red que, en en contraste con el parámetro de los cristales ordinarios, es una fracción de milímetro, lo que le permite verlos a simple vista.
Notas
- ↑ Robert L. Merlino. Investigaciones experimentales de plasmas polvorientos (inglés) (PDF) . Departamento de Física y Astronomía, Universidad de Iowa (17 de junio de 2005). — Revisión histórica de la investigación del plasma polvoriento. Fecha de acceso: 18 de julio de 2009. Archivado desde el original el 2 de abril de 2012.
- ↑ V. E. Fortov , A. G. Khrapak, S. A. Khrapak, V. I. Molotkov, O. F. Petrov. Plasma polvoriento // Uspekhi fizicheskikh nauk . - Academia Rusa de Ciencias , 2004 . - T. 174 . - S. 495-544 .
- ↑ Tsytovich V. N. Cristales de polvo de plasma, gotas y nubes // Uspekhi Fizicheskikh Nauk . - Academia Rusa de Ciencias , 1997. - T. 167 . - S. 57-99 .
- ↑ Plasma polvoriento // Enciclopedia de plasma de baja temperatura . - M. : Janus-K, 2006. - T. 1.
- ↑ V. E. Fortov . Cristales y líquidos de polvo de plasma en la Tierra y en el Espacio // Boletín de la Academia Rusa de Ciencias . - 2005. - T. 75 , N º 11 . - S. 1012-1027 .
Literatura
- B. A. Klumov. Sobre los criterios para la fusión de un plasma complejo // Uspekhi fizicheskikh nauk . - Academia Rusa de Ciencias , 2010 . - T. 180 . - S. 1095-1108 .
Enlaces
- Dusty Plasma - una entrevista con el Dr. Ph. - m. n. Gennady Sukhinin, Jefe Adjunto del Laboratorio de gases enrarecidos del Instituto de Física Térmica de la Rama Siberiana de la Academia Rusa de Ciencias . 27 de abril de 2009.
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