プラズマ — 種類、特性、パラメーター

プラズマは物質の凝集の 4 番目の状態であり、電子と正および負に帯電したイオンがほぼ完全に互いの電荷のバランスをとっている高度にイオン化された気体です。その結果、少量のプラズマ中の総電荷を計算しようとすると、それはゼロになります。この特性により、プラズマは電子ビームやイオン ビームと区別されます。プラズマのこの性質は準中性と呼ばれます。

したがって、(定義に基づいて) プラズマは、その体積内の荷電粒子の数と構成粒子の総数の比率に応じて、イオン化の度合いによって特徴付けられます。

• 弱電離プラズマ（電離粒子の体積の一部）。

• 適度に電離したプラズマ（粒子体積の数パーセントが電離している）。

• 高度にイオン化されています (ガス体積内の粒子のほぼ 100% がイオン化されています)。

プラズマの種類 - 高温とガス放電

プラズマは高温になり、ガスが発生することがあります。 1つ目は高温条件下でのみ発生し、2つ目はガスへの希釈中に発生します。ご存知のとおり、物質は 4 つの状態のいずれかになります。1 つ目は固体、2 つ目は液体、3 つ目は気体です。そして、高度に加熱されたガスは次の状態であるプラズマ状態に移行するため、物質の凝集の 4 番目の状態と考えられるのはプラズマです。

プラズマボリューム内で移動するガス粒子は、 電荷したがって、プラズマが電流を流すためのすべての条件が揃っています。通常の条件下では、定常プラズマは一定の外部電場を遮蔽します。これは、この場合、その体積内で電荷の空間分離が発生するためです。しかし、プラズマの荷電粒子は絶対零度とは異なる一定の温度条件下にあるため、それよりも小さなスケールで準中性が破られる場合には最小距離が存在します。

加速電場では、ガス放電プラズマの荷電粒子は異なる平均運動エネルギーを持ちます。プラズマ内の電子ガスの温度はイオンガスの温度とは異なることがわかります。したがって、ガス放電プラズマは平衡状態になく、非平衡プラズマまたは非等温プラズマと呼ばれます。

ガス放電プラズマの荷電粒子の数は再結合の過程で減少するため、電場によって加速された電子による衝突電離の過程で新しい荷電粒子が直ちに形成されます。しかし、印加された電場がオフになるとすぐに、ガス放電プラズマは即座に消えます。

高温プラズマは等温プラズマまたは平衡プラズマです。このようなプラズマでは、荷電粒子の再結合による数の減少が熱電離によって補われます。これは特定の温度で起こります。ここでは、プラズマを構成する粒子の平均運動エネルギーは等しいです。星や太陽は高温プラズマ（数千万度の温度）でできています。

プラズマが存在し始めるには、その体積内に一定の最小密度の荷電粒子が必要です。プラズマ物理学では、この数値は不等式 L >> D から決定されます。荷電粒子の線形サイズ L は、各プラズマ電荷のクーロン場スクリーニングが行われる距離であるデバイ スクリーニング半径 D よりもはるかに大きくなります。

プラズマの性質

プラズマの特徴的な特性について言えば、次のことに言及する必要があります。

• 高度のガスイオン化（最大、完全なイオン化）。

• 総プラズマ電荷がゼロ。

• 高い導電性。

• 輝く;

• 電場および磁場との強い相互作用。

• プラズマ内の電子の高周波（約 100 MHz）振動。プラズマ全体の振動につながります。

• 膨大な数の荷電粒子（通常の気体のようにペアではない）の集合的な相互作用。

プラズマの物理的特性の知識により、科学者は星間空間（主にプラズマで満たされているだけ）に関する情報を得ることができるだけでなく、（高温プラズマに基づく）制御された熱核融合施設の見通しに依存する理由も得られます。重水素と三重水素）。

低温プラズマ (100,000 K 以下) は、現在、熱エネルギーを電気エネルギーに変換するロケット エンジン、ガス レーザー、熱イオン変換器、MHD 発電機などですでに使用されています。プラズマトロンでは、他の方法では不活性ガスのハロゲン化物が得られない金属溶接や化学工業用に低温プラズマが得られます。