Техника - молодёжи 1958-03, страница 18

анергии. С другой стороны, опыт показывает, что температуру дуги можно значительно повысить, создав ее в газе под большим давлением. При высокой плотности газа столкновения учащаются, и ноны достигают температуры равновесия.

В рассматриваемом нами генераторе плазмы высокая температуре достигается 6ti помощи сосуда, в котором гав доводился бы до высокого давления: в нем используются термические и магнит гидродии мические аффекты, помогающее повысить плотность плазмы Дуга вовиикает иутрн маленькой цялин-дрической камеры, металлической или стеклянной. Один конец камеры замкнут электродом — пластинкой из угля яли другого проводящего материала, с отверстием в центре для выпуска струи плазмы. Эта часть аппарата, если ее не охлаждать, быстро расплавится. Охлаждение происходит потоком воды или газа, впускаемым в камеру по касательной.

Жидкостный сосуд охлаждает не только камеру, но н газы во внешних частях плазмы. Так как охлаждение уменьшает здесь ионивацню и потому электропроводность, то разрядный ток стремится сосредоточиться в более горвчей центральной части плазмы. Вследствие термического сужения температура и влек-тропроводность струи плазмы еще более повышаются. Когда плотвость тока в центре разряда достигнет достаточно высокого виачеиия, поонсходнт второе термическое сужение. Собственно, ато и есть то магнитное сужение о котором говорилось так иного в свяви с ядерио-ие гетическими проектами.

Как покавал свыше ста лет назад Михаил ФарадеЯ, два параллельных проводника, по которым идет ток в одну и ту же сторону, притягиваются друг к другу вследствие возникновение полей самоиндукции. Заряженные частицы в камере с плазмой ведут себя точ"о так же. Оии сгущаютсв в своем собственном магнитном поле самоиндукции и. таким обравом, сжимают область равря-да еще больше, доводя плазму до высокой плотности. Получившееся сочетание мощных влектромагнитиых сил выталкивает плавму ив отверстия в влектроде а виде длинной (почти в полметра) струи сильно возбужденных частиц, слишком блестящей, чтобы смотреть иа нее незащищенными глазами.

Выброшенная струя отдает виергию окружающему воздуху. Часть втой анергии рассеивается в виде теплоты. Дру

гая часть испускается в виде излучении, простирающихся от радиочастот далеко в ультрафиолетовую область. Значительная часть ивлучеиия плазмы порождается столкновениями влектроиои между собою — признак высоко возбужденного состояния.

Итак, мы получили струю высокотем пературиой плазмы; что мы можем сделать с нею?

Самый легкий ответ гласит: все, что мы хотели бы сделать с химическим пламенем, но ие можем, так как оно недостаточно горячее. Например, резка стали химическим пламенем идет в две стадии: ва первой — материал нагревается, иа второй — изменяется его химическая структура. С применением плазмы втн стадии уже ие нужны: материал расплазляетсз мгновенно-

Вскоре будут созданы технологии обработки целой серии новых материалов, до сих пор не поддававшихся термическому воздействию. Можно будет обрабатывать жароупорные материалы ва гораздо более короткое время. Впервые можно будет плавить и отливать керамику, соединять металлы с керамикой, а также плавить и испарять любые материалы, то есть будет возможно получать их в виде пара и разделять конденсацией в нужном порядке. Другой возможностью является выпаривание редкого металла непосредственно из руды и получение его в чистом виде или же очистка химически активных веществ путем управляемого выпаривания Так зарождается плазмохимня.

Струя плазмы представляет интерес и для авродинамнков, ваиятых проблемами высокоскоростных полетов. Оии особенно ваиитересоваиы плазмами, возникающими в ударных волнах ракет и ракетных снарядов. Струя плазмы применяется для создания того, что можно назвать сверхтермическим авродинамическим тоннелем; она повволит ивучить в лаборатории эту проблему, неразрешимую другими путями. Соответствующее сочетание атмосферных газов, нагретых до температуры, скажем, 16500°, расширяется и ускоряется в тоннеле, пока не превысит скорость ввука в 10—20 рав.

Струя плавмы облегчит исследования в области магнитогидродинамики. С обильным источником плазмы при атмосферном давлении можно будет провести множество опытов по взаимодействию струи плазмы с влектрическими и магнитными полями. Струя пл змы, ускоренная магнитным полем, может приблизить нас к решению проблемы отрывной скорости для космических ракет

Рассуждая обо всех втнх возможностях, нужно иметь в виду, что чем выше температура плавмы, тем больше и расход анергии. По мере нагревания плазма увеличивает потери виергии иа излучение. При температурах свыше 100000° почти 90 % введенной в плавму внергни мгновенно теряется в виде излучения. Процесс становится столь же бесполев-ным как попытка поддержать высокое давление в иегерметичном сосуде.

Начавшийся крутой подъем по шкале температур (см. рис. справа) открывает новые перспективы. Он повволит рас» ширить наши повнаиия о процессах, происходящих иа ввевдах.

('Сокращенный перевод ие журнала «Сайентифик америкен» № 8, 1957 г.)

ЭАЕКШРОН ВОЛЫПЫ ГРАДУСЫ АбСО- I лютнок ШКАЛЫ I КЕЛЬВИНА ___

■10000 ,

ч ,

ю'

-С? -

10^е. = ю

е>1

« —

поммиосям» ЗИМ , КЛАССА.О

■О» . _ 10^s —

id* =

„зоооо

сущ maotAxwi АЯСНО»

10»

•о

.001

IB ООО

ПРКАЕЛ СУЩДСПкОВАЧИЧ Ж КАК О СМИ

ч према химичкских реакции

' .0001

СОЛНЕЧНАЯ

печь

ЭЛ1КЯ1РИЧЕСКАЯ

АГ"

ivrA

ПРЕДЕЛ

сУщдстаовАиия тверды* шел

5000

ь

ПЛАМЯ КУХОННОЙ ГОРЕЛКИ