ПЛАЗМАТРОН, ПЛАЗМЕНА ТЕХНОЛОГИЯ

Ако твърдото вещество се нагрее много силно, то ще се превърне в течност. Ако повишите температурата още по-високо, течността ще се изпари и ще се превърне в газ.

Но какво се случва, ако продължавате да увеличавате температурата? Атомите на веществото ще започнат да губят своите електрони, превръщайки се в положителни йони. Вместо газ се образува газообразна смес, състояща се от свободно движещи се електрони, йони и неутрални атоми. Нарича се плазма.

В наши дни плазмата се използва широко в различни области на науката и техниката: за термична обработка на метали, нанасяне на различни покрития върху тях, топене и други металургични операции. Напоследък плазмата се използва широко от химиците. Те открили, че в плазмена струя скоростта и ефективността на много химични реакции се увеличават значително. Например, въвеждането на метан в поток от водородна плазма може да го превърне в много ценен ацетилен. Или разградете маслените пари в редица органични съединения - етилен, пропилен и други, които по-късно служат като важна суровина за производството на различни полимерни материали.

Как да създам плазма? За тази цел плазмотрон или плазмен генератор.

Ако поставите метални електроди в съд с газ и приложите високо напрежение към тях, ще възникне електрически разряд. В газа винаги има свободни електрони (вж. Електрически ток). Под действието на електрическо поле те се ускоряват и, сблъсквайки се с неутрални газови атоми, избиват от тях електрони и образуват електрически заредени частици - йони, тоест йонизират атоми.

Освободените електрони също се ускоряват от електрическото поле и йонизират нови атоми, като допълнително увеличават броя на свободните електрони и йони. Процесът се развива като лавина, атомите на веществото се йонизират много бързо и веществото се превръща в плазма.

Този процес протича в дъгов плазмотрон. В него се създава високо напрежение между катода и анода, което може да бъде например метал, обработен с плазма. В пространството на разрядната камера се подава плазмообразуващо вещество, най-често газ - въздух, азот, аргон, водород, метан, кислород и др. Под действието на високо напрежение в газа се получава разряд и между катода и анода се образува плазмена дъга. За да се избегне прегряване на стените на изпускателната камера, те се охлаждат с вода. Устройства от този тип се наричат плазмотрони с външна плазмена дъга. Те се използват за рязане, заваряване, топене на метали и др.

Плазмотронът за създаване на плазмена струя е подреден малко по-различно (вж. Фиг.). Плазмообразуващият газ се издухва през системата от спирални канали с висока скорост и се „запалва“ в пространството между катода и стените на изпускателната камера, които са анодът. Плазмата, завихряща се в плътна струя поради спиралните канали, се изхвърля от дюзата и нейната скорост може да достигне от 1 до 10 000 m/s. Магнитното поле, което се създава от соленоидна или индуктивна намотка, помага да се "изцеди" плазмата от стените на камерата и да се направи нейната струя по-плътна. Температура на плазмената струя на изхода на дюзата - от 3000 до 25000 K.

Погледнете отново тази рисунка. Напомня ли ви за нещо много добре известно?

Това е реактивен двигател, разбира се. Тягата в реактивен двигател се създава от струя горещи газове, изхвърляни с висока скорост от дюзата. Колкото по-висока е скоростта, толкова по-голяма е тягата. И по-лошото е плазмата? Скоростта на струята е съвсем подходяща - до 10 км/сек. А с помощта на специални електрически полета плазмата може да се ускори още повече - до 100 км/сек. Това е около 100 пъти скоростта на газовете в съществуващите реактивни двигатели. Това означава, че тягата на плазмените или електрически реактивни двигатели може да бъде по-висока, разходът на гориво може да бъде значително намален. Първите образци на плазмени двигатели вече са тествани в космоса.