Газовые разряды. Плазма
Электрическим разрядом в газах называется процесс перемещения электрических зарядов в пространстве, заполненном газом или парами металлов, протекающий под действием электрического поля.
Существуют следующие главные формы газового разряда: темный, тлеющий и дуговой. Кроме того, существуют также переходные формы разряда - искровой, коронный, а также особые формы разряда - безэлектродный и импульсный.
Для характеристики состояния вещества в условиях электрического разряда было введено понятие о газоразрядной плазме, а затем обобщенно на другие явления природы. Под плазмой понимают газ, состоящий из положительно и отрицательно заряженных частиц в таких пропорциях, что общий заряд равен нулю и обладающий хорошей электропроводностью и собственным свечением.
Говоря о плазме как о четвертом состоянии вещества, следует подчеркнуть величайший интерес к изучению ее свойств в настоящее время, определяемый следующими причинами:
1.Плазма является основным состоянием вещества в известной нам части вселенной, а не изредка встречающимся состоянием газа (99% массы всей солнечной системы).
2.Второй причиной является все растущее значение приборов, использующих плазму в уже сложившихся областях техники(радиоэлектроника, спектральный анализ, электросварка, плазмохимия и др.).
3.Третья причина — это совершенно необычные свойства плазмы, которые сулят возможность новых, неожиданных ее применений.
В известной нам части плазма тлеющего разряда используется в лампах дневного света, в газоразрядных трубках, заполненных гелием, неоном или другими газами, для декоративных и рекламных целей. Искровой разряд используется для предохранения электрических линий передач от перенапряжения (искровой
разрядник), а также для воспламенения горючей смеси в двигателе внутреннего сгорания. На искровом разряде основана электроискровая обработка металлов (резание, сверление, доводка и т.д.).
Дуговой разряд используется для сварки металлов, выплавки специальных сталей (дуговая печь), освещения (дуговой фонарь, прожектор), в качестве источника ультрафиолетовых лучей (ртутные дуговые Лампы). В устройствах для получения стабильных струй плазмы (плазматронах) дуговой разряд используется с успехом как источник тепла для химико-металлургической и технологической обработки самых разнообразных материалов, что значительно повышает эффективность этих процессов.
С помощью плазматронов, например, в строительстве освоена технология изготовления фундаментов на месте объекта из любого грунта, а в промышленности получают ряд тугоплавких порошков, которые практически нельзя получить другими способами. Порошковая технология в металлургии получает широкое применение из-за возможности повышения прочности, особенно в области высоких температур, и коррозиусточивости. Например, напыление порошка на поверхность стальных деталей практически в 10 раз увеличивает их стойкость к коррозии. Огромный экономический эффект дает метод восстановления изношенных деталей. Нанося порошок на поверхность, восстанавливают детали. И здесь экономия огромна: не надо делать новые детали, тратя на это материалы, энергию, груд.
Широко используются и электронно-лучевые установки. На них можно производить следующие технологические процессы: локальный переплав, плавку, сварку (особенно в космосе, где условия подходящие), испарение материалов, размерную обработку, термообработку и другие.
В настоящее время все большее значение приобретают металлические монокристаллы высокой частоты из-за весьма полезных свойств в технике. Например, обычное железо хрупко при температуре - 40°С, а чистое железо пластично при температуре -196°С. Для получения металлического монокристалла применяются ряд методов. Один из самых распространенных - зонная плавка электронным лучом. Этот метод обеспечивает высокую степень чистоты металла и обработку деталей любой твердости.
Принципиально новые технологии позволяют создать выведенный в атмосферу концентрированный пучок электронов.
Выпускаемые промышленностью полностью автоматизированные установки обеспечивают электронные пучки с энергией 1,5 - 2,0 МэВ и мощностью сотни киловатт. Область их применения весьма широка от очистки воды, зерна, медицинских инструментов до металлургических процессов.