वह समय जब हमने प्लाज्मा को किसी असत्य, समझ से बाहर, शानदार, लंबे समय से जोड़ा है। आज, इस अवधारणा का सक्रिय रूप से उपयोग किया जाता है। उद्योग में प्लाज्मा का उपयोग किया जाता है। यह प्रकाश इंजीनियरिंग में सबसे व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। एक उदाहरण सड़कों को रोशन करने वाले गैस डिस्चार्ज लैंप हैं। लेकिन यह फ्लोरोसेंट लैंप में भी मौजूद होता है। यह इलेक्ट्रिक वेल्डिंग में भी है। आखिरकार, वेल्डिंग चाप एक प्लाज्मा है जो प्लाज्मा मशाल द्वारा उत्पन्न होता है। कई अन्य उदाहरण दिए जा सकते हैं।
प्लाज्मा भौतिकी विज्ञान की एक महत्वपूर्ण शाखा है। इसलिए, इससे जुड़ी बुनियादी अवधारणाओं को समझने लायक है। हमारा लेख इसी को समर्पित है।
प्लाज्मा की परिभाषा और प्रकार
प्लाज्मा क्या है? भौतिकी में परिभाषा बिल्कुल स्पष्ट है। एक प्लाज्मा अवस्था पदार्थ की ऐसी अवस्था होती है जब बाद वाले में आवेशित कणों (वाहक) की एक महत्वपूर्ण (कणों की कुल संख्या के अनुरूप) संख्या होती है जो पदार्थ के अंदर कम या ज्यादा स्वतंत्र रूप से घूम सकती है। भौतिकी में निम्नलिखित मुख्य प्रकार के प्लाज्मा को प्रतिष्ठित किया जा सकता है। यदि वाहक एक ही प्रकार के कणों से संबंधित हैं (औरविपरीत आवेश के कण, प्रणाली को निष्क्रिय करते हुए, गति की स्वतंत्रता नहीं रखते हैं), इसे एक-घटक कहा जाता है। अन्यथा, यह है - दो- या बहु-घटक।
प्लाज्मा विशेषताएं
तो, हमने संक्षेप में प्लाज्मा की अवधारणा का वर्णन किया है। भौतिकी एक सटीक विज्ञान है, इसलिए यहां परिभाषाएं अनिवार्य हैं। आइए अब बात करते हैं पदार्थ की इस अवस्था की मुख्य विशेषताओं के बारे में।
भौतिकी में प्लाज्मा गुण इस प्रकार हैं। सबसे पहले, इस राज्य में, पहले से ही छोटे विद्युत चुम्बकीय बलों की कार्रवाई के तहत, वाहकों की गति उत्पन्न होती है - एक धारा जो इस तरह से प्रवाहित होती है जब तक कि ये बल अपने स्रोतों की स्क्रीनिंग के कारण गायब नहीं हो जाते। इसलिए, प्लाज्मा अंततः एक ऐसी अवस्था में चला जाता है जहां यह अर्ध-तटस्थ होता है। दूसरे शब्दों में, इसके आयतन, कुछ सूक्ष्म मान से बड़े, पर शून्य आवेश होता है। प्लाज्मा की दूसरी विशेषता कूलम्ब और एम्पीयर बलों की लंबी दूरी की प्रकृति से संबंधित है। यह इस तथ्य में शामिल है कि इस राज्य में गति, एक नियम के रूप में, एक सामूहिक चरित्र होता है, जिसमें बड़ी संख्या में आवेशित कण शामिल होते हैं। ये भौतिकी में प्लाज्मा के मूल गुण हैं। उन्हें याद रखना उपयोगी होगा।
ये दोनों विशेषताएं इस तथ्य की ओर ले जाती हैं कि प्लाज्मा भौतिकी असामान्य रूप से समृद्ध और विविध है। इसकी सबसे महत्वपूर्ण अभिव्यक्ति विभिन्न प्रकार की अस्थिरताओं के घटित होने में आसानी है। वे प्लाज्मा के व्यावहारिक अनुप्रयोग में एक गंभीर बाधा हैं। भौतिकी एक विज्ञान है जो लगातार विकसित हो रहा है। इसलिए, यह आशा की जा सकती है कि समय के साथ ये बाधाएंहटा दिया जाएगा।
तरल पदार्थ में प्लाज्मा
संरचनाओं के विशिष्ट उदाहरणों की ओर मुड़ते हुए, आइए संघनित पदार्थ में प्लाज्मा उप-प्रणालियों के विचार से शुरू करें। तरल पदार्थों में, किसी को सबसे पहले तरल धातुओं का नाम देना चाहिए - एक उदाहरण जिससे प्लाज्मा सबसिस्टम मेल खाता है - इलेक्ट्रॉन वाहक का एकल-घटक प्लाज्मा। कड़ाई से बोलते हुए, हमारे लिए ब्याज की श्रेणी में इलेक्ट्रोलाइट तरल पदार्थ भी शामिल होना चाहिए जिसमें वाहक होते हैं - दोनों संकेतों के आयन। हालांकि, विभिन्न कारणों से, इलेक्ट्रोलाइट्स इस श्रेणी में शामिल नहीं हैं। उनमें से एक यह है कि इलेक्ट्रोलाइट में कोई प्रकाश, मोबाइल वाहक, जैसे कि इलेक्ट्रॉन नहीं होते हैं। इसलिए, उपरोक्त प्लाज्मा गुण बहुत कमजोर व्यक्त किए जाते हैं।
क्रिस्टल में प्लाज्मा
क्रिस्टल में प्लाज्मा का एक विशेष नाम है - ठोस अवस्था प्लाज्मा। आयनिक क्रिस्टल में, यद्यपि आवेश होते हैं, वे गतिहीन होते हैं। इसलिए, कोई प्लाज्मा नहीं है। धातुओं में, ये चालन इलेक्ट्रॉन होते हैं जो एक-घटक प्लाज्मा बनाते हैं। इसके चार्ज की भरपाई गतिहीन (अधिक सटीक रूप से, लंबी दूरी तय करने में असमर्थ) आयनों के आवेश द्वारा की जाती है।
अर्धचालकों में प्लाज्मा
प्लाज्मा भौतिकी की मूल बातों को ध्यान में रखते हुए, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि अर्धचालकों की स्थिति अधिक विविध है। आइए संक्षेप में इसकी विशेषता बताएं। इन पदार्थों में एक-घटक प्लाज्मा उत्पन्न हो सकता है यदि उनमें उपयुक्त अशुद्धियाँ पेश की जाती हैं। यदि अशुद्धियाँ आसानी से इलेक्ट्रॉनों (दाताओं) का दान करती हैं, तो n-प्रकार के वाहक दिखाई देते हैं - इलेक्ट्रॉन। यदि अशुद्धियाँ, इसके विपरीत, आसानी से इलेक्ट्रॉनों (स्वीकर्ता) को दूर ले जाती हैं, तो p-प्रकार के वाहक उत्पन्न होते हैं- छिद्र (इलेक्ट्रॉनों के वितरण में रिक्त स्थान), जो धनात्मक आवेश वाले कणों की तरह व्यवहार करते हैं। अर्धचालकों में इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों द्वारा निर्मित एक दो-घटक प्लाज्मा और भी सरल तरीके से उत्पन्न होता है। उदाहरण के लिए, यह प्रकाश पंपिंग की क्रिया के तहत प्रकट होता है, जो वैलेंस बैंड से इलेक्ट्रॉनों को चालन बैंड में फेंकता है। हम ध्यान दें कि कुछ शर्तों के तहत, इलेक्ट्रॉन और छेद एक-दूसरे की ओर आकर्षित होते हैं, हाइड्रोजन परमाणु के समान एक बाध्य अवस्था बना सकते हैं - एक एक्साइटन, और यदि पंपिंग तीव्र है और एक्साइटन का घनत्व अधिक है, तो वे एक साथ विलीन हो जाते हैं और एक बूंद बनाते हैं। इलेक्ट्रॉन-छेद तरल का। कभी-कभी ऐसी अवस्था को पदार्थ की नई अवस्था माना जाता है।
गैस आयनीकरण
उपरोक्त उदाहरण प्लाज्मा अवस्था के विशेष मामलों को संदर्भित करता है, और प्लाज्मा अपने शुद्ध रूप में आयनित गैस कहलाता है। कई कारक इसके आयनीकरण को जन्म दे सकते हैं: विद्युत क्षेत्र (गैस डिस्चार्ज, गरज), प्रकाश प्रवाह (फोटोआयनीकरण), तेज कण (रेडियोधर्मी स्रोतों से विकिरण, ब्रह्मांडीय किरणें, जो ऊंचाई के साथ आयनीकरण की डिग्री बढ़ाकर खोजी गई थीं)। हालांकि, मुख्य कारक गैस (थर्मल आयनीकरण) का ताप है। इस मामले में, एक परमाणु से एक इलेक्ट्रॉन के अलग होने से दूसरे गैस कण के साथ टकराव होता है, जिसमें उच्च तापमान के कारण पर्याप्त गतिज ऊर्जा होती है।
उच्च और निम्न तापमान प्लाज्मा
निम्न-तापमान प्लाज्मा का भौतिकी वह है जिसके संपर्क में हम लगभग हर दिन आते हैं। ऐसी अवस्था के उदाहरण आग की लपटें हैं,गैस डिस्चार्ज और बिजली में पदार्थ, विभिन्न प्रकार के ठंडे स्थान प्लाज्मा (आयनो- और ग्रहों और सितारों के मैग्नेटोस्फीयर), विभिन्न तकनीकी उपकरणों (एमएचडी जनरेटर, प्लाज्मा इंजन, बर्नर, आदि) में काम करने वाले पदार्थ। उच्च तापमान वाले प्लाज्मा के उदाहरण उनके विकास के सभी चरणों में सितारों के मामले हैं, प्रारंभिक बचपन और बुढ़ापे को छोड़कर, नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन सुविधाओं (टोकमाक्स, लेजर डिवाइस, बीम डिवाइस, आदि) में काम करने वाले पदार्थ।
पदार्थ की चौथी अवस्था
डेढ़ सदी पहले, कई भौतिकविदों और रसायनज्ञों का मानना था कि पदार्थ में केवल अणु और परमाणु होते हैं। वे संयोजनों में संयुक्त होते हैं या तो पूरी तरह से अव्यवस्थित या कम या ज्यादा क्रम में होते हैं। यह माना जाता था कि तीन चरण होते हैं - गैसीय, तरल और ठोस। पदार्थ उन्हें बाह्य परिस्थितियों के प्रभाव में स्वीकार करते हैं।
हालाँकि, वर्तमान में हम कह सकते हैं कि पदार्थ की 4 अवस्थाएँ होती हैं। यह प्लाज्मा है जिसे नया, चौथा माना जा सकता है। संघनित (ठोस और तरल) अवस्थाओं से इसका अंतर इस तथ्य में निहित है कि, गैस की तरह, इसमें न केवल कतरनी लोच होती है, बल्कि एक निश्चित मात्रा भी होती है। दूसरी ओर, एक प्लाज्मा में एक संघनित अवस्था के साथ शॉर्ट-रेंज ऑर्डर की उपस्थिति होती है, अर्थात, किसी दिए गए प्लाज्मा चार्ज से सटे कणों की स्थिति और संरचना का सहसंबंध। इस मामले में, ऐसा सहसंबंध इंटरमॉलिक्युलर द्वारा नहीं, बल्कि कूलम्ब बलों द्वारा उत्पन्न होता है: एक दिया गया चार्ज उसी नाम के आरोपों को अपने साथ पीछे हटाता है और विपरीत लोगों को आकर्षित करता है।
प्लाज्मा भौतिकी की हमारे द्वारा संक्षिप्त समीक्षा की गई। यह विषय काफी बड़ा है, इसलिए हम केवल यह कह सकते हैं कि हमने इसकी मूल बातें प्रकट कर दी हैं। प्लाज्मा भौतिकी निश्चित रूप से आगे विचार करने योग्य है।
