플라즈마(물리학)

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플라즈마(고대 그리스어 δαμα(플라즈마)^[1]에서 유래)는 물질의 네 가지 기본 상태 중 하나이다.여기에는 이온 및/또는 전자와 같은 하전 입자의 상당 부분이 포함되어 있습니다.이러한 하전 입자의 존재는 플라즈마를 물질의 다른 기본 상태와 구별하게 합니다.그것은 우주에서 ^[2]가장 풍부한 형태의 보통 물질이며,^[4][5] 대부분 태양을 포함한 ^[3]별과 연관되어 있습니다.그것은 희박한 은하단 내 매질, 그리고 아마도 은하간 ^[6]영역까지 확장됩니다.중성가스를 가열하거나 강한 전자기장을 가함으로써 플라즈마를 인위적으로 발생시킬 수 있다.

하전 입자의 존재는 개별 입자의 역학 및 거시적 플라즈마 운동을 집단 전자기장에 의해 제어하고 외부적으로 적용되는 ^[7]영역에 매우 민감하게 하여 플라즈마를 전기 전도성 있게 만듭니다.전자기장에 대한 플라즈마의 반응은 플라즈마 텔레비전이나 플라즈마 ^[8]식각과 같은 많은 현대 기술 장치에 사용됩니다.

온도와 밀도에 따라 일정량의 중성 입자가 존재할 수 있으며, 이 경우 플라즈마를 부분 이온화라고 합니다.네온사인과 번개는 부분적으로 이온화된 플라스마의 ^[9]예이다.물질의 다른 세 가지 상태 사이의 위상 전이와는 달리, 플라즈마로의 전환은 잘 정의되지 않고 해석과 ^[10]맥락의 문제이다.특정 이온화 정도가 물질을 '플라스마'라고 부르기에 충분한지는 고려되는 특정 현상에 따라 결정됩니다.

초기 역사

혈장은 윌리엄 크룩스 경이 실험실에서 처음 확인했다.크룩스는 1879년 ^[11]8월 22일 금요일 셰필드에서 열린 영국과학진보협회(British Association for the Advancement of Science)에 자신이 "방사성 물질"이라고 부르는 것에 대한 강연을 했다.혈장에 대한 체계적인 연구는 1920년대에 Irving Langmuir와 그의 동료들의 연구와 함께 시작되었다.랭뮤어는 1928년 ^[12]이온화 가스에 대한 설명으로 "플라즈마"라는 용어를 도입했다.

극소수의 전자를 포함한 피복이 있는 전극 근처를 제외하고 이온화된 가스는 이온과 전자를 거의 같은 수로 포함하고 있기 때문에 공간 전하가 매우 작습니다.이온과 전자의 평형 전하를 포함하는 영역을 설명하기 위해 플라즈마라는 이름을 사용합니다.

1920년대에 랭뮤어와 함께 일했던 르위 통크스와 해롤드 모트 스미스는 랭뮤어가 혈장과 ^[13][14]유추하여 처음 이 용어를 사용했다고 회상한다.Mott-Smith는 특히, 열전자 필라멘트에서 전자를 운반하는 것이 랭뮤어에게 "혈장이 적혈구와 백혈구 및 ^[15]세균을 운반하는 방식"을 상기시켰다고 회상한다.

시리즈의 일부
연속체 역학
${\displaystyle J=-D{\frac {d\varphi}{displaystyle}}$ 픽의 확산 법칙
법률 보수 덩어리 모멘텀 에너지 불평등 클라우시우스듀헴(엔트로피)
고체 역학 변형 탄력성 선형의 소성 후크의 법칙 스트레스 유한 변형률 미량 변형률 호환성. 구부러지다 컨택 메카니즘 마찰의 재료고장론 파괴 역학
유체역학 유체 스태틱스 · 다이내믹스 아르키메데스의 원리 · 베르누이의 원리 나비에-스토크스 방정식 푸아세유 방정식 · 파스칼의 법칙 점성 (뉴욕 · 비뉴욕) 부력 · 믹싱 · 압력. 액체 접착 모세관 작용 크로마토그래피 응집력(화학) 표면 장력 가스 대기. 보일의 법칙 샤를의 법칙 복합가스 법칙 픽의 법칙 게이-루삭의 법칙 그레이엄의 법칙 플라즈마
레올로지 점탄성 레오메트리 레오미터 스마트 유체 전기기후학 자기 지질학 강유체
과학자 베르누이 보일 코시 찰스 오일러 픽 게이루삭 그레이엄 후크 뉴턴 경이다. 나비에 놀 파스칼 스토크스 트루즈델
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정의들

네 번째 상태

플라즈마는 고체, 액체, ^[16][17][18]기체 다음으로 물질의 네 번째 상태로 불린다.이온화된 물질이 전기 전도성이 매우 높아져 장거리 전기장과 자기장이 그 ^[19][20]성질을 지배하게 되는 상태를 말합니다.

플라즈마는 일반적으로 결합되지 않은 양의 입자와 음의 입자로 이루어진 전기 준중성 매체이다(즉, 플라즈마의 전체 전하가 대략 0이다).이러한 입자는 결합되어 있지 않지만, 힘을 경험하지 않는다는 의미에서 자유롭지 않습니다.하전 입자를 움직이면 전류가 발생하며 하전된 플라즈마 입자의 움직임은 다른 전하에 의해 생성된 장에 영향을 주고 영향을 받습니다.차례로 이것은 많은 ^[21][22]변동의 정도를 가진 집단 행동을 통제한다.

플라즈마는 물질의 다른 상태와 구별된다.특히, 저밀도 플라즈마를 단순히 "이온화 가스"로 묘사하는 것은 잘못된 것이며, 비록 둘 다 일정한 형태나 부피를 가정하지 않는다는 점에서 가스 단계와 유사하지만 오해의 소지가 있다.다음 표는 몇 가지 주요 차이점을 요약한 것입니다.

소유물	가스	플라즈마
상호 작용	바이너리: 2입자 충돌은 일반적으로 3체 충돌은 매우 드문 경우입니다.	집합적: 플라즈마의 파동, 즉 조직화된 운동은 입자들이 전기와 자기력을 통해 장거리 상호작용을 할 수 있기 때문에 매우 중요합니다.
전기 전도율	매우 낮음: [23]가스는 센티미터당 수십 킬로볼트의 전계 강도까지 뛰어난 절연체입니다.	매우 높음: 플라즈마의 전도율은 여러 가지 목적으로 무한대로 취급될 수 있습니다.
독립적으로 작용하는 종	하나: 모든 가스 입자는 서로 충돌하고 중력에 의해 크게 영향을 받는 비슷한 방식으로 행동합니다.	2개 이상:전자와 이온은 서로 다른 전하와 매우 다른 질량을 가지고 있기 때문에 다양한 유형의 플라즈마 고유의 파동 및 불안정성이 나타나는 많은 상황에서 다르게 행동합니다.
속도 분포	Maxwellian: 충돌은 보통 모든 가스 입자의 Maxwellian 속도 분포로 이어집니다.	종종 맥스웰이 아닌 경우: 충돌 상호작용은 뜨거운 플라스마에서 상대적으로 약하며 외부의 힘이 플라즈마를 국소 평형에서 멀리 떨어뜨릴 수 있습니다.

이상적인 플라즈마

세 가지 ^[24][25]요인이 이상적인 플라즈마를 정의합니다.

• 플라즈마 근사:플라즈마 근사치는 Debye 구내의 전하 캐리어 수를 나타내는 플라즈마 파라미터 ^[26]δ가 ^[19][20]유니티보다 훨씬 높을 때 적용됩니다.이 기준은 플라즈마 정전기 및 열에너지 밀도 비율의 작은 정도에 해당함을 쉽게 알 수 있다.이러한 플라즈마를 ^[27]약결합이라고 한다.
• 벌크 인터랙션:데바이의 길이는 혈장의 물리적 크기보다 훨씬 작습니다.이 기준은 경계 효과가 발생할 수 있는 가장자리에서의 상호작용보다 플라즈마 대부분의 상호작용이 더 중요하다는 것을 의미한다.이 기준이 충족되면 플라즈마는 ^[28]준중성입니다.
• 무충돌:전자 플라즈마 주파수(전자의 플라즈마 진동 측정)는 전자-중립 충돌 주파수보다 훨씬 큽니다.이 조건이 유효할 경우, 정전기 상호작용이 일반적인 가스 동역학의 과정을 지배합니다.이러한 플라즈마는 ^[29]무충돌이라고 불립니다.

비중성 플라즈마

전기의 강도와 범위, 플라스마의 양호한 전도율은 일반적으로 모든 크기 영역에서 양전하와 음전하의 밀도가 동일함을 보증합니다("준중성").전하 밀도가 상당히 높거나 극단적인 경우 단일 종으로 구성된 플라즈마를 비중성 플라즈마라고 합니다.이런 플라즈마에서는 전장이 지배적인 역할을 한다.예를 들어 하전 입자 빔, 페닝 트랩의 전자 구름, 양전자 플라스마 ^[30]등이 있습니다.

더스티 플라즈마

먼지가 많은 플라즈마에는 (일반적으로 우주에서 볼 수 있는) 미세한 먼지 입자가 포함되어 있습니다.먼지 입자는 높은 전하를 획득하여 서로 상호작용합니다.더 큰 입자를 포함하는 플라즈마는 입자 플라즈마라고 불립니다.실험실 환경에서 먼지가 많은 플라즈마는 복합 ^[31]플라즈마라고도 불립니다.

속성 및 파라미터

밀도 및 이온화도

플라즈마가 존재하기 위해서는 이온화가 필요하다."플라즈마 밀도"라는 용어 자체는 보통 전자 $밀도{\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle n_{}}$ e$${\$displaystyle n_{e$ 즉 단위 부피당 전하 기여 전자의 수를 나타냅니다.$이온화{\displaystyle }$α(\$displaystyle \alpha)$의 정도는 이온화된 중성 입자의 비율로 정의됩니다.

${\displaystyle {여기}_{}}$서 n i$${\$displaystyle n_{$i$$}는 $이온{\displaystyle {}_{}}$ 밀도,$n$ {\$displaystyle$ n_${n}$은 중성 밀도(단위 부피당 입자 수)입니다.완전 이온화 물질의 $경우{\displaystyle }$ α ${\displaystyle =}$ (\$displaystyle \alpha$$=$$1$) 플라즈마의 준중성 때문에 전자와 이온 밀도는 ${\displaystyle n_{}}$ e ${\displaystyle =}$ ${\displaystyle {display}_{}}$ Z ${\displaystyle {}_{}}$ { i$$n i (\$display n_{e$} =\$display$Z _ {i}\$rangle$$n_i$ )로 관련된다. 여기서${\displaystyle {display}_{}}$ Z_${i$}\$displaystyle$ display display display display display${\displaystyle {}_{}}$display display display display display display display display display display display display display display display display display display display초전하의 니트).

★★★

플라즈마 온도는 일반적으로 켈빈 또는 전자볼트로 측정되며 입자당 열 운동 에너지를 측정합니다.고온은 보통 이온화를 지속하기 위해 필요하며, 이는 플라즈마의 결정적인 특징입니다.플라즈마 이온화의 정도는 이온화 에너지에 대한 전자 온도에 의해 결정됩니다(그리고 밀도에 의해 더 약해집니다).열평형에서, 그 관계는 사하 방정식으로 주어진다.낮은 온도에서 이온과 전자는 결합 상태(atoms^[33])로 재결합하는 경향이 있으며, 플라즈마는 결국 기체가 됩니다.

대부분의 경우 전자와 무거운 플라즈마 입자(이온과 중성 원자)는 상대적으로 명확하게 정의된 온도를 가지고 있습니다. 즉, 강한 전기장이나 자기장이 존재하더라도 에너지 분배 기능은 맥스웰에 가깝습니다.그러나 전자와 이온의 질량의 큰 차이 때문에, 그들의 온도는 다를 수 있고, 때로는 상당히 다를 수 있습니다.이것은 특히 전자가 수천 켈빈에 ^[34]도달하는 동안 이온이 주위 온도에 근접하는 약 이온화 기술 플라스마에서 흔합니다.반대되는 경우는 이온 온도가 ^[35]전자 온도를 초과할 수 있는 z-핀치 플라즈마입니다.

플라스마는 매우 좋은 전기 전도체이기 때문에 전위가 중요한 ^{[clarification needed]}역할을 합니다.측정 방법과 관계없이 하전 입자 사이의 공간에 있는 평균 전위를 "플라즈마 전위" 또는 "공간 전위"라고 합니다.전극을 플라즈마에 삽입할 경우 일반적으로 전극의 전위는 플라즈마 전위보다 훨씬 낮게 형성됩니다. 이는 Debye 피복이라고 불립니다.플라스마의 양호한 전기 전도율은 플라스마의 전기장을 매우 작게 만듭니다.이로 인해 음전하의 밀도는 대량의 ${\displaystyle {플라즈마}_{}}$(n ${\displaystyle e}$ $=$ Z ${\$ ${\displaystyle n_{}}$ ${\displaystyle {}_{}}$ (\$displaystyle n_{$e}=\$displaystyle$Z$\rangle n_{$i})에 걸쳐 양전하의 밀도와 거의 동일하지만, 데바이의 길이 축척에서는 전하 불균형이 발생할 수 있습니다.이중층이 형성되는 특수한 경우, 전하 분리는 데바이의 ^[37]길이를 수십 개 연장할 수 있다.

전위와 전기장의 크기는 단순히 순 전하 밀도를 찾는 것이 아닌 다른 방법으로 결정되어야 한다.일반적인 예는 전자가 볼츠만 관계를 충족한다고 가정하는 것입니다.

.

준중성이 아닌 플라즈마를 생성하는 것은 가능하다.예를 들어 전자빔은 음전하만을 가지고 있다.중성적이지 않은 플라즈마의 밀도는 일반적으로 매우 낮거나 매우 작아야 합니다. 그렇지 않으면 반발성 ^[38]정전기력에 의해 소멸됩니다.

★★

하전 입자의 존재로 인해 플라즈마는 자기장을 생성하고 영향을 받습니다.하전 입자의 움직임에 영향을 줄 정도로 강한 자기장을 가진 플라즈마는 자화된다고 한다.일반적인 양적 기준 충돌하기 전에 따르면 평균적으로 입자가 완료되면 불요 라인 주위에 적어도 하나의 회전, 즉,ν ce/ν c입니다 내가 1{\displaystyle \nu_{\mathrm{ce}}/\nu _{\mathrm{coll}}>1},ν ce{\displaystyle \nu_{\mathrm{ce}}}은 전자다. gyrofrequency 및 § ${\displaystyle {\mathrm{c}}_{}}$ ${\displaystyle {\mathrm{o}}_{}}$ ${\displaystyle {\mathrm{l}}_{}}$\$style \nu$ _${\mathrm {coll}}}$은 전자충돌율입니다.전자는 자화되지만 이온은 자화되지 않는 경우가 많습니다.자화 플라즈마는 이방성 플라즈마로, 자기장과 평행한 방향의 특성이 플라즈마와 수직 방향의 특성이 다르다는 것을 의미합니다.플라즈마 내 전장은 일반적으로 플라즈마 전도율이 높기 때문에 작은 반면, $자기장{\displaystyle \mathbf{}}$B(\$displaystyle \mathbf {B})$에서 $속도{\displaystyle \mathbf{}}$v(\$displaystyle \mathbf$ {v$})$로 이동하는 플라즈마와 관련된 전장은 일반적인 로렌츠 $공식{\displaystyle \mathbf{}}$ E $=$ -${\displaystyle v\mathbf{}}$ × $(\displaystyle$ \$mathbf {E})$로 주어진다.$mathbf {v}$ \$times \mathbf {B}$$}$ 이며, Debye ^[39]실드의 영향을 받지 않습니다.

플라즈마 상태를 완전히 설명하려면 플라즈마 영역의 전자기장을 설명하는 모든 입자의 위치와 속도를 기록해야 합니다.그러나 일반적으로 플라즈마 ^{[citation needed]}내의 모든 입자를 추적하는 것은 실용적이지 않거나 필요하지 않습니다.따라서 플라즈마 물리학자들은 일반적으로 두 가지 주요 유형이 있는 덜 상세한 설명을 사용합니다.

★★★★★★

유체 모델은 각 위치 주변의 밀도 및 평균 속도와 같은 매끄러운 양의 관점에서 플라즈마를 설명합니다(플라즈마 매개변수 참조).하나의 간단한 유체 모델인 자기유체역학은 플라즈마를 맥스웰 방정식과 나비에의 조합에 의해 지배되는 단일 유체로 취급합니다.-방정식을 스토크합니다.보다 일반적인 설명은 이온과 전자가 별도로 기술되는 2-유체 ^[41]플라즈마입니다.유체 모델은 충돌성이 Maxwell-Boltzmann 분포에 가깝게 플라즈마 속도 분포를 유지할 수 있을 정도로 충분히 높을 때 정확합니다.유체 모델은 일반적으로 각 공간 위치의 특정 온도에서 플라즈마를 단일 흐름으로 묘사하기 때문에 빔이나 이중 층과 같은 속도 공간 구조를 포착할 수도 없고 파동 입자 ^{[citation needed]}효과도 해결할 수도 없습니다.

운동 모델은 플라즈마의 각 지점에서 입자 속도 분포 함수를 설명하므로 맥스웰-볼츠만 분포를 가정할 필요가 없다.무충돌 플라스마에는 종종 운동학적 설명이 필요하다.플라즈마의 운동학적 설명에는 두 가지 일반적인 접근법이 있다.하나는 속도 및 위치에 있는 그리드에 평활화된 분포 함수를 표시하는 것에 기초한다.입자-인-세포(PIC) 기술로 알려진 다른 하나는 많은 수의 개별 입자의 궤적을 추적함으로써 운동 정보를 포함한다.운동 모델은 일반적으로 유체 모델보다 계산 집약적입니다.블라소프 방정식은 전자기장과 상호작용하는 하전입자 시스템의 역학을 설명하기 위해 사용될 수 있다.자화 플라즈마에서 자이로키네틱 접근방식은 완전 운동 시뮬레이션의 ^{[citation needed]}계산 비용을 상당히 줄일 수 있다.

플라스마는 우주 플라즈마 물리학과 같은 하위 분야를 포함한 플라즈마 과학이나 플라즈마 ^[42]물리학 분야의 연구 대상입니다.현재, 다음과 같은 활발한 연구 분야와 많은 저널에 걸쳐 특집 기사를 게재하고 있습니다.

에서 다양한 수 , 다음되어 있습니다.

제작 ★★★★★★★★★★★	의 플라즈마	플라즈마
TV 화면을 포함한 플라즈마 디스플레이에서 볼 수 있는 것. 형광등 내부(저에너지 조명), 네온사인[46] 로켓 배기 및 이온 스러스터 대기권 재진입 시 우주선의 방열판 앞부분 코로나 방전 오존 발생기 내부 핵융합 에너지 연구 아크 램프, 아크 용접기 또는 플라즈마 토치의 전기 아크 플라즈마 볼(플라즈마 구체 또는 플라즈마 글로브라고도 함) Tesla 코일(번개와 비슷하지만 정전기가 아닌 교류로 호를 생성하는 공심 변압기 또는 교란기 코일)에 의해 생성된 아크 반응 이온 식각, 스패터링, 표면 세척 및 플라즈마 강화 화학 증착을 포함한 반도체 장치 제조에 사용되는 플라스마 레이저 생산 플라즈마(LPP). 고출력 레이저가 재료와 상호작용할 때 사용됩니다. 유도결합플라즈마(ICP)로 광학방출분광법 또는 질량분석용 아르곤가스에서 전형적으로 형성된다. 한다. 용량 결합 플라즈마(CCP) 유전체 장벽 방전(DBD)	★★★★ 자기권은 지구 주변의 우주 환경에 플라즈마를 포함하고 있다. 전리층 플라즈마스피어 극지방 오로라 극풍, 플라즈마 분수 대기권 상층 번개(예: 블루 제트, 블루 스타터, 자이언트 제트, ELVES) 불 뜨거운 경우) [47]	★★★ (핵융합으로 가열된 플라스마) 태양풍 행성간 매체 과 행성 사이의 성간 매질 (별계 사이의 공간) 은하간 매체 ) Io-Jupiter 플럭스 튜브 디스크 성간 성운

와 천체

플라스마는 질량과 ^[48]부피 모두에서 우주에서 가장 흔한 물질이다.

지구 표면 위의 전리층은 플라즈마이고,^[49] 자기권은 ^[50]플라즈마를 포함한다.태양계 내에서 행성간 공간은 태양풍을 통해 방출되는 플라즈마로 가득 차 태양 표면에서 태양권계면까지 확장됩니다.게다가, 모든 먼 별들과 많은 성간 공간이나 은하간 공간들은 매우 낮은 밀도이지만 플라즈마로 채워져 있을 가능성이 있습니다.천체물리 플라스마는 별 주위의 부착 원반이나 백색왜성, 중성자별 또는 근접 쌍성계의 ^[51]블랙홀과 같은 작은 물체에서도 관찰됩니다.플라즈마는 블랙홀이나^[52] M87의 제트처럼 5,000광년까지 ^[53]확장될 가능성이 있는 활동 은하에서 관측된 천체물리 제트에서 물질의 방출과 관련이 있습니다.

대부분의 인공 플라즈마는 가스를 통한 전기장 및/또는 자기장의 적용에 의해 생성된다.및는 일반적으로 같이 할 수 .

• 플라즈마 생성에 사용되는 전원 유형: DC, AC(일반적으로 무선 주파수(RF) 및 마이크로파^{[citation needed]})
• 진공 압력(< 10 mTorr 또는 1 Pa), 중간 압력( pressure1 Torr 또는 100 Pa), 대기 압력(760 Torr 또는 100 kPa)^{[citation needed]}
• 플라즈마 내 이온화 정도(완전, 부분 또는 약 이온화^{[citation needed]})
• 플라즈마 내 온도 관계(${\displaystyle T_{}}$ e ${\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle {Ti}_{}}$ ${\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle g_{}}$ ${\displaystyle a_{}}$s \ $display style$ T_${e$} $=$$T_{i}=T_{gas}}),$ 비액상 또는 "냉간" 플라즈마 (${\displaystyle T_{}}$ e${\displaystyle {}_{}{}_{}}$ ${\displaystyle {Ti}_{}}$ $=$ ${\displaystyle T_{}}$ g ${\displaystyle a_{}}$ s {$displaystyle T_{e}\g T_{i$}=$T_{gas$^{[citation needed]}
• 플라즈마^{[citation needed]} 생성에 사용되는 전극 구성
• 그 plasma—magnetized(둘 다 이온, 전자 라머 궤도의 자기장에 의해 갇혀 있다.)이내에 입자들의 자화, 부분적으로 자성(전자들이 하지 말고, 그 이온은 자기장에 의해 갇혀 있다.),non-magnetized(자기장도 궤도의 입자들을 가두기 위해지만 로런츠 힘을 방출할 수 있은 약하다)-LSB- 출처 제시.필요한]

플라즈마의 많은 사용처럼, 플라즈마의 생성에는 여러 가지 방법이 있다.하지만, 한 가지 원칙은 그들 모두에게 공통적이다: 그것을 ^[54]생산하고 유지하기 위해 에너지 투입이 있어야 한다는 것이다.이 경우 인접한 이미지에서 볼 수 있듯이 유전체 가스 또는 유체(전기적으로 전도되지 않는 재료)에 전류가 흐르면 플라즈마가 생성되며 방전관은 간단한 예(간단함을 ^{[citation needed]}위해 직류 사용)로 나타난다.

전위차와 후속 전계는 결합된 전자(음극)를 양극(양극) 쪽으로 당기고 음극(음극)은 ^[55]핵을 당깁니다.전압이 증가함에 따라 전류는 (전기 분극에 의해) 유전 한계(항상 강도)를 넘어 물질이 절연체에서 도체로 변화하는 전기적 파괴 단계로 변합니다(점점점 이온화됨에 따라 전기 스파크로 특징지어집니다.근본적인 과정은 타운센드 눈사태로, 전자와 중성 가스 원자의 충돌이 더 많은 이온과 전자를 생성한다(오른쪽 그림에서 볼 수 있음).원자에 대한 전자의 첫 번째 충격은 하나의 이온과 두 개의 전자를 낳는다.따라서 하전 입자의 수는 주로 작은 평균 자유 경로(충돌 ^{[citation needed]}간 이동 평균 거리) 때문에 "약 20개의 연속 충돌 세트 후"^[56]에만 빠르게 증가한다(백만 개).

^{[필요한 건]}

충분한 전류 밀도와 이온화를 통해 전극 ^{[Note 1]}사이에 발광 전기 아크(번개와 유사한 연속 방전)를 형성합니다.연속적인 전기 아크를 따르는 전기 저항은 열을 발생시켜 더 많은 가스 분자를 분리시키고 결과적으로 발생하는 원자를 이온화한다(온도에 의해 이온화 정도가 결정됨). 그리고 순서에 따라, 기체는 점차 열 ^{[Note 2]}플라즈마로 변한다.열 플라즈마는 열 평형 상태에 있습니다. 즉, 온도가 무거운 입자(즉, 원자, 분자 및 이온)와 전자 전체에 걸쳐 비교적 균일하다는 것입니다.이는 열 플라스마가 생성될 때 전자에 전기 에너지가 공급되기 때문입니다. 전자는 이동성이 뛰어나고 수가 많기 때문에 무거운 ^{[57][Note 3]}입자에 대한 탄성 충돌(에너지 손실 없이)을 통해 빠르게 확산될 수 있습니다.

플라스마는 상당한 온도와 밀도 범위로 인해 연구, 기술 및 산업의 다양한 분야에서 응용 분야를 찾습니다.예를 들어,에서:공업 및 채굴 metallurgy,[57][58]표면 치료 같은 플라즈마 스프레잉(코팅), 에칭에서 microelectronics,[59]금속 cutting[60]및 용접이 포함되며의 일상 자동차 배기 가스로 청소와fluorescent/luminescent lamps,[54]연료 점화, 심지어 놀이는 부분에 초음속 연소 엔진의 경우 aeros.속도 공학입니다.[61]

• 글로우 방전 플라스마: 2개의 금속 전극 간극에 DC 또는 저주파 RF(100kHz 미만) 전계를 인가하여 발생하는 비열 플라스마.아마도 가장 일반적인 플라즈마일 것이다; 이것은 형광등 ^[62]튜브에서 생성되는 플라즈마 유형이다.
• 용량 결합 플라즈마(CCP): 글로 방전 플라즈마와 유사하지만 고주파 RF 전계(일반적으로 13.56MHz)에서 생성됩니다.이것들은 시스의 강도가 훨씬 낮다는 점에서 글로 방전과는 다릅니다.이것들은 플라즈마 식각 및 플라즈마 강화 화학 ^[63]증착을 위한 미세 가공 및 집적회로 제조 산업에서 널리 사용됩니다.
• 계단식 아크 플라즈마 소스: 저온(1eV 이상) 고밀도 플라즈마(HDP)를 생성하는 장치.
• 유도 결합 플라즈마(ICP): CCP와 유사하고 용도가 유사하지만 전극은 플라즈마가 ^[64]형성되는 챔버를 감싼 코일로 구성됩니다.
• 파동 가열 플라즈마: 일반적으로 RF(또는 마이크로파)라는 점에서 CCP 및 ICP와 유사합니다.예로는 헬리콘 방전 및 전자 사이클로트론 공명(ECR)^[65]이 있습니다.

• 아크 방전: 매우 높은 온도(10,000K 이하)의 고출력 열 방전입니다.다양한 전원장치를 사용하여 생성할 수 있습니다.그것은 야금 공정에 일반적으로 사용된다.예를 들어,^{[citation needed]} 알루미늄을 생산하기 위해 AlO가₂₃ 함유된 광물을 제련하는 데 사용됩니다.
• 코로나 방전: 날카로운 전극 선단에 고전압을 가함으로써 발생하는 비열 방전입니다.오존 발생기와 입자 침전기에 ^{[citation needed]}흔히 사용된다.
• 유전체 장벽 방전(DBD): 작은 틈새에 고전압을 인가하여 발생하는 비열방전으로, 비전도성 코팅이 플라즈마 방전이 아크로 전이되는 것을 방지합니다.업계에서 흔히 '코로나' 방전이라고 잘못 표기되며 코로나 방전에도 비슷하게 적용됩니다.이 방전의 일반적인 용도는 차량 드래그 ^[66]감소를 위한 플라즈마 액추에이터입니다.또한 ^[67]패브릭의 웹 처리에도 널리 사용됩니다.합성 섬유 및 플라스틱에 방전을 적용하면 표면이 기능하고 페인트, 접착제 및 유사한 물질이 ^[68]부착됩니다.유전체 장벽 방전은 1990년대 중반 저온 대기압 플라즈마가 세균 ^[69]세포를 비활성화하는 데 효과적이라는 것을 보여주기 위해 사용되었다.이 연구와 나중에 포유동물 세포를 사용한 실험은 혈장 의학으로 알려진 새로운 연구 분야를 설립하는 데 이르게 했다.유전체 장벽 방전 구성은 저온 플라즈마 제트의 설계에도 사용되었다.이 플라즈마 제트는 플라즈마 ^[70]총알로 알려진 유도 이온화 파동을 빠르게 전파함으로써 생성됩니다.
• 정전용량 방전: 1개의 동력 전극에 RF 전원(예: 13.56MHz)을 인가하여 발생하는 비열성 플라즈마로, 접지된 전극은 약 1cm 떨어진 거리에서 유지됩니다.이러한 방전은 일반적으로 헬륨이나 ^[71]아르곤과 같은 귀한 가스를 사용하여 안정화됩니다.
• '압전 직접 방전 플라즈마:'는 압전 트랜스(PT)의 높은 쪽에서 발생하는 비열 플라즈마입니다.이 세대 배리언트는 별도의 고전압 전원을 필요로 ^{[citation needed]}하지 않는 고효율 콤팩트한 디바이스에 특히 적합합니다.

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1960년대에 MHD 전력 변환을 새로운 종류의 상업용 발전소로 시장에 내놓기 위해 자기유체역학적 변환기를 연구하기 위한 세계적 노력이 촉발되어 고속 플라즈마의 운동 에너지를 고효율로 움직이는 부품이 없는 전기로 전환시켰다.초음속 및 극초음속 공기역학 분야에서도 연구하여 플라즈마에서 자기장과의 상호작용을 연구하여 궁극적으로 충격파를 완화 및 완화시키고 열 전달을 감소시키며 ^{[citation needed]}항력을 감소시키기 위해 차량이나 발사체 주변의 수동적이고 능동적인 흐름 제어를 달성하였다.

"플라스마 기술"에 사용되는 이러한 이온화 가스는 가스 분자의 극히 일부만 ^[72]이온화된다는 점에서 일반적으로 약 이온화 가스입니다.이러한 종류의 약한 이온화 가스 또한 비열성 "차가운" 플라스마입니다.자기장 존재 하에서 이러한 자화된 비열약 이온화 가스에 대한 연구는 낮은 자기 레이놀즈 수의 저항성 자기유체역학을 포함하며, 이는 7차원 위상 공간에서 계산 시 2차원 텐서를 필요로 하는 플라즈마 물리학의 도전적인 분야이다.높은 Hall 파라미터와 조합하여 사용할 경우 임계값이 문제가 되는 전열불안정성을 유발하여 이러한 기술발전을 ^{[citation needed]}제한합니다.

플라즈마

플라즈마를 지배하는 기본 방정식은 비교적 단순하지만 플라즈마 거동은 매우 다양하고 미묘합니다. 단순한 모델에서 예기치 않은 거동이 나타나는 것은 복잡한 시스템의 전형적인 특징입니다.이러한 시스템은 어떤 의미에서 질서 있는 행동과 무질서한 행동 사이의 경계에 있으며, 일반적으로 단순하고 매끄러운 수학적 함수 또는 순수한 무작위성으로 설명할 수 없다.광범위한 길이 척도에서 흥미로운 공간적 특징의 자발적 형성은 혈장 복잡성의 한 징후이다.예를 들어 피쳐는 매우 날카롭거나 공간적으로 간헐적이거나(피처 간의 거리가 피쳐 자체보다 훨씬 더 큼), 프랙탈 형태이기 때문에 흥미롭습니다.이러한 특징들 중 많은 것들이 처음에는 실험실에서 연구되었고,^{[citation needed]} 이후 우주 전역에서 인정되었다.플라스마의 복잡성 및 복잡한 구조의 예는 다음과 같습니다.

버켈랜드 해류라고도 알려진 줄무늬 또는 끈 같은 구조는 ^[73]플라즈마 볼, 오로라,^[74] 번개,^[75] 전기 호, 태양 플레어,^[76] 초신성 ^[77]잔해와 같은 많은 플라즈마에서 볼 수 있습니다.그것들은 때때로 더 큰 전류 밀도와 관련되며, 자기장과의 상호작용은 자기 로프 ^[78]구조를 형성할 수 있습니다.('플라즈마 핀치'도 참조)

필라멘테이션은 또한 고출력 레이저 펄스의 자기 초점화를 의미합니다.고출력에서는 굴절률의 비선형 부분이 중요해지고 레이저가 가장자리보다 밝은 레이저광의 중심에서 굴절률이 높아져 레이저의 초점을 더욱 맞추는 피드백을 일으킨다.초점 레이저가 촘촘할수록 플라즈마를 형성하는 피크 휘도(방사광도)가 높아집니다.플라즈마는 굴절률이 1보다 낮으며 레이저 빔의 포커스 해제를 일으킵니다.초점 굴절률과 디포커스 플라즈마의 상호작용은 마이크로미터에서 킬로미터까지의 길이가 ^[79]될 수 있는 플라즈마의 긴 필라멘트를 형성합니다.필라멘테이션 생성 플라즈마의 흥미로운 측면 중 하나는 이온화된 ^[80]전자의 디포커스 효과로 인해 상대적으로 낮은 이온 밀도이다.(필라멘트 전파 참조)

불침투성 플라즈마는 가스나 차가운 플라즈마에서 불침투성 고체처럼 작용하며 물리적으로 밀릴 수 있는 열 플라즈마입니다.냉가스와 열 플라즈마의 상호작용은 1960년대와 1970년대에 Hannes Alfvén이 이끄는 그룹에 의해 원자로 ^[81]벽의 핵융합 플라즈마 단열재에서의 적용 가능성에 대해 간략히 연구되었다.그러나 나중에 이 구성의 외부 자기장이 플라즈마에서 구부러진 불안정성을 유발하고 결과적으로 ^[82]벽면에 대한 예기치 않은 높은 열 손실을 초래할 수 있다는 것이 밝혀졌다.2013년, 한 무리의 재료 과학자들은 차가운 기체의 초고압 담요만을 사용하여 자기 구속 없이 안정적인 불침투성 플라즈마를 생성하는 데 성공했다고 보고했습니다.플라즈마 특성에 대한 분광학적 데이터는 고압으로 인해 얻기가 어렵다고 주장되었지만, 플라즈마가 다른 나노 구조의 합성에 미치는 수동적 효과는 효과적인 구속을 분명히 시사한다.그들은 또한 수십 초 동안 불투과성을 유지할 때, 플라즈마-가스 계면에서 이온의 스크리닝이 강력한 2차 가열 모드(점성 가열이라고 알려져 있음)를 발생시켜 반응의 다른 역학과 복잡한 나노 물질의 ^[83]형성을 야기할 수 있다는 것을 보여주었다.

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  홀 효과의 추진력.플라즈마 이중층의 전장은 이온 가속에 매우 효과적이어서 이온 구동에 전장이 사용됩니다.

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【즈마】

외부 링크

• 플라스마: 네 번째 상태
• 플라즈마 물리학 입문: Richard Fitzpatrick M.I.T.의 대학원 과정. I.H.의 소개허친슨
• 플라즈마 재료 상호 작용
• 전자레인지에서 포도로 빛나는 플라즈마 볼 만드는 법 상세 (비디오)
• OpenPIC3D – 플라즈마 다이내믹스의 3D 하이브리드 입자 인 셀 시뮬레이션
• 플라즈마 공식 인터랙티브