Il leggendario esperimento, iniziato in Unione Sovietica stazione orbitale"Mir" ha continuato a viaggiare sulla ISS con nuove attrezzature. Un dispositivo unico che è stato recentemente consegnato a bordo stazione Spaziale, è un dispositivo per un regolatore aggiuntivo del flusso di gas. Permetterà di ottenere risultati più accurati durante un esperimento di studio del plasma e ne aumenterà la purezza. I dati su cosa sia il plasma polveroso consentiranno di ottenere informazioni precedentemente sconosciute sull'Universo, creare batterie energetiche e laser compatti e sviluppare nuova tecnologia coltivazione di diamanti e servono anche come base per lo sviluppo della medicina del plasma.

Qualsiasi sostanza può esistere in quattro stati fase: solido, liquido, gassoso e plasma. Il plasma costituisce oltre il 99% della massa visibile dell'Universo, dalle stelle al gas interstellare. Il plasma contenente particelle di polvere è molto comune nello spazio: si tratta di anelli planetari, code di comete, nuvole interstellari.

Lo studio del plasma con microparticelle di diversi micron (particelle di polvere) e l'osservazione del suo comportamento in condizioni di microgravità, in cui avviene una compensazione quasi completa del peso delle microparticelle, va avanti da più di due decenni. Nel gennaio 1998, presso il complesso orbitale russo Mir, i cosmonauti Anatoly Solovyov e Pavel Vinogradov hanno condotto il primo esperimento sull'installazione Plasma Crystal-1 (PK-1) per studiare la fisica delle strutture del plasma-polvere, compresi i cristalli di plasma e i liquidi. Nell'agosto dello stesso anno, Mir iniziò a condurre ricerche utilizzando l'attrezzatura PK-2, composta da un tubo a scarica di gas e un dispositivo per la registrazione video dell'esperimento. Nel marzo 2001, Sergei Krikalev e Yuri Gidzenko hanno condotto la prima sessione dell'esperimento sulla ISS utilizzando l'installazione PK-3, creata congiuntamente da specialisti russi e tedeschi. Primi esperimenti su nuova installazione Il progetto "Plasma Crystal-4", anch'esso creato congiuntamente dagli scienziati dell'Istituto congiunto per le alte temperature (JIHT) dell'Accademia russa delle scienze e dell'Agenzia spaziale tedesca (DLR), è iniziato nel giugno 2015. Durante il processo di ricerca è stata identificata la necessità di migliorare questa installazione. Nel luglio di quest'anno sono state consegnate alla ISS apparecchiature aggiuntive per migliorare la qualità dell'esperimento Plasma Crystal-4.

L'obiettivo degli scienziati è ottenere e studiare cristalli di polvere di plasma e altre strutture ordinate nel plasma. In particolare, ciò rende possibile studiare le leggi dei processi che avvengono nelle protostelle, negli anelli protoplanetari e in altri corpi celestiali. Durante gli esperimenti, particelle microscopiche di una certa dimensione (diversi micrometri di diametro) vengono introdotte in un plasma di neon o argon in un tubo a scarica di gas. Quando le microparticelle entrano nel plasma, raccolgono elettroni e ioni positivi, risultando in una carica negativa a causa della maggiore mobilità degli elettroni. Le microparticelle si respingono a vicenda e formano varie strutture tridimensionali. Tali studi non possono essere condotti sulla Terra, poiché le particelle di polvere sono soggette alla gravità e possono formare strutture bidimensionali o tridimensionali altamente deformate (compresse).

Nonostante il fatto che nel corso dei vent'anni di storia della ricerca sul plasma polveroso abbia prodotto molti nuovi dati interessanti, non è stato ancora possibile creare un modello matematico completo del comportamento delle particelle auto-organizzanti. Le nuove apparecchiature sviluppate dagli scienziati dell'Istituto congiunto per le alte temperature dell'Accademia russa delle scienze e della DLR consentiranno esperimenti più puliti riducendo di decine di volte il flusso di gas che forma il plasma. Ora è possibile espandere la gamma delle pressioni del gas e ottenere nuove conoscenze sui processi nel plasma polveroso.

Quando le microparticelle si trovano nel plasma, sono soggette a una serie di forze. Uno dei principali è elettrico e colpisce la particella nel campo di scarica. La seconda è la forza di trascinamento degli ioni. Il terzo è l'attrito con il gas: se un corpo entra nell'atmosfera, perde velocità proprio a causa di ciò, ha detto a Izvestia Andrei Lipaev, ricercatore senior presso l'Istituto congiunto per le alte temperature dell'Accademia delle scienze russa. - Di conseguenza, quando organizziamo una modalità di flusso, si genera una sorta di vento che porta via le particelle. Il dispositivo, originariamente utilizzato per bloccare il flusso, durante il funzionamento nelle difficili condizioni dell'esperimento spaziale, iniziò a produrre una significativa perdita di gas e le particelle furono semplicemente portate via dal flusso.

Per risolvere questo problema, gli specialisti di JIHT RAS e DLR hanno sviluppato un dispositivo aggiuntivo che consente di controllare completamente il flusso di gas utilizzando un regolatore di pressione esterno e due valvole aggiuntive. In questo modo è possibile ottenere una posizione stabile delle particelle. Di conseguenza, gli scienziati hanno avuto l'opportunità di controllare completamente le condizioni sperimentali.

Possiamo dire che fino ad ora semplicemente non siamo riusciti ad ottenere il controllo necessario sul flusso di gas e, quindi, risultati di qualità. In precedenza, era semplicemente impossibile lavorare con particelle inferiori a 3 micron. Nel frattempo, sono le particelle di circa 1 micron ad essere interessanti dal punto di vista dello studio di processi come, ad esempio, la formazione di strutture, ha osservato Andrei Lipaev.

Nuove apparecchiature sono già state installate sulla ISS e l'immagine viene trasmessa da bordo al Mission Control Center. I dipendenti dell'Istituto congiunto per le alte temperature dell'Accademia russa delle scienze ricevono la telemetria e il video dell'esperimento e funzionano anche i canali di comunicazione audio con il consiglio della ISS: puoi ascoltare le trattative in corso. Un nuovo esperimento di più giorni utilizzando equipaggiamento aggiuntivo sullo studio delle particelle di polvere nel plasma è stato recentemente completato e ha soddisfatto le aspettative. Ora gli scienziati condurranno un'analisi dettagliata dei suoi risultati.

Come ha detto a Izvestia Oleg Petrov, direttore dell'Istituto congiunto per le alte temperature dell'Accademia russa delle scienze, i dati ottenuti durante l'esperimento aiuteranno a comprendere l'essenza dei processi di auto-organizzazione.

Il sistema che stiamo studiando è un sistema dissipativo aperto: c'è un costante afflusso di energia e un costante deflusso. Tali sistemi sono caratteristici di tutti gli organismi viventi. Cosa sta succedendo a questo sistema, quali fenomeni di auto-organizzazione ci sono in esso? Tutto questo può e deve essere esplorato”, ha osservato Oleg Petrov.

I dati su ciò che costituisce il plasma polveroso possono essere di grande beneficio pratico: consentiranno, in particolare, di creare nuove batterie energetiche e laser compatti e di sviluppare una tecnologia per la coltivazione dei diamanti in condizioni di microgravità. Inoltre, i dati provenienti a bordo della ISS sono importanti per lo sviluppo della medicina del plasma, la cui essenza è che il plasma a bassa temperatura può avviare, stimolare e controllare complessi processi biochimici nei sistemi viventi.

L'esperimento PK-4 è realizzato con il supporto di Roscosmos e dell'Agenzia spaziale europea.

L'equipaggio della ISS ha completato un esperimento unico: News Feed - Finanza.
Finanza
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http://finansmag.ru/12504
L'equipaggio della ISS ha completato un esperimento unico

Come ha detto all'osservatore l'ispiratore ideologico e direttore scientifico dell'esperimento, l'accademico Vladimir Fortov: "Plasma Crystal" è un progetto congiunto russo-tedesco. Da molti anni ormai l'Accademia russa delle scienze e Società internazionale Esperimenti di Max Planck sul congelamento del plasma a gravità zero. Grazie a ciò, è stato possibile ottenere il cosiddetto plasma polveroso, che, oltre a elettroni, ioni e particelle neutre, contiene granelli di polvere di dimensioni micron altamente caricati, che contribuiscono alla formazione di strutture ordinate: plasma liquido o plasma cristalli." Formazioni simili abbastanza spesso trovato in spazio. Si verificano anche nei dispositivi di fusione nucleare. “Non appena l’umanità imparerà a produrre plasma polveroso, riceverà la chiave per tecnologie fondamentalmente nuove. Pertanto, in particolare, il plasma polveroso potrà essere utilizzato nella microelettronica, per produrre catalizzatori, coltivare diamanti artificiali e convertire l’energia nucleare in energia elettrica. ", dice l'accademico Fortov. Esistono campi di applicazione assolutamente fantastici del plasma di polveri. Secondo alcuni scienziati, con il suo aiuto è possibile creare un cosiddetto aspirapolvere al plasma, che neutralizzerà le emissioni radioattive durante gli incidenti nucleari. Inoltre, il plasma polveroso può costituire la base di un tipo fondamentalmente nuovo di motori per veicoli spaziali, che renderà realtà i voli verso altri mondi stellari.
Nuova Izvestija
http://www.finansmag.ru/7911/12504/print/

Il Capitano va nello spazio
L'accademico Vladimir Fortov: "Le lezioni sono sacre!"

Partendo dal fatto che "tutto ciò che è geniale è semplice", potresti delineare chiaramente l'essenza del tuo esclusivo esperimento spaziale? Mi scusi, mi rivolgerò al foglietto illustrativo per citare: "sulla formazione di strutture ordinate quasi cristalline nel plasma".
- Ce ne sono quattro stato di aggregazione sostanze in natura: solida (le particelle si riuniscono in una struttura cristallina e si forma un reticolo), liquida, gassosa e plasma. Ma ci sono condizioni alle quali il plasma può essere congelato. Prendiamo particelle di dimensioni micron e le diamo grandi carica elettrica- e si allineano di nuovo in un reticolo. Ci auguriamo che, utilizzandoli, sia possibile coltivare diamanti artificiali, creare fonti di energia nucleare, combattere le emissioni di campi radioattivi ed effettuare una catalisi efficace reazioni chimiche.

I comsomolet di Mosca
dal 23/01/2006
Intervistata da Isabella SAVICHEVA.
http://www.mk.ru/numbers/2001/article68423.htm

L'equipaggio della ISS può aiutare un team di scienziati a vincere il Premio Nobel per l'aspirapolvere del futuro

2005-02-02 10:49:43

“Plasma Crystal” è il risultato della collaborazione tra l’Istituto russo di termofisica degli stati estremi (ITEK) dell’Accademia russa delle scienze e l’Istituto tedesco di fisica extraterrestre (IVF), e il “padrino” dell’esperimento è stato l’accademico della RAS Vladimir Fortov e il professore di fecondazione in vitro Gregor Morfill. I risultati dell'esperimento, notano gli scienziati, consentiranno di creare un "aspirapolvere" per la neutralizzazione mirata delle emissioni radioattive nell'atmosfera durante gli incidenti nucleari, nonché di sviluppare potenti fonti di energia nucleare compatte per veicoli spaziali.

Sulla ISS funzionerà un “aspirapolvere”.

Sulla Terra, i processi che avvengono in tali strutture sono distorti dalla gravità, mentre nello spazio questa influenza è assente. Nel prossimo futuro, tutto ciò troverà un'applicazione abbastanza terrena: nella microelettronica, nella progettazione di nanostrutture, nella creazione di batterie nucleari e nello sviluppo di nuovi tipi di energia. Inoltre, l'esperimento aprirà nuovi orizzonti alla medicina, in particolare all'odontoiatria: con l'aiuto delle tecnologie della polvere di plasma è possibile creare materiali fondamentalmente nuovi per otturazioni e protesi.
Giulia Mamina
Sull'orlo dell'impossibile 5(362), 2005
http://anomalia.narod.ru/text8/353.htm

Il Centro Spaziale Internazionale del Plasma è stato inaugurato oggi a Korolev, nella regione di Mosca.
I risultati dell'esperimento, degni, secondo molti scienziati, premio Nobel, consentirà, in particolare, la creazione di nuove batterie energetiche e laser compatti, nonché lo sviluppo di tecnologie per la coltivazione di diamanti in condizioni di microgravità. Lo riferisce ITAR-TASS.
08.02.05 15:39
http://www.newseducation.ru/news/2/20050208/9126.shtm

Gli esperimenti sulla ISS contribuiranno a creare una batteria nucleare di nuova generazione

"Plasma Crystal" è detenuto congiuntamente da Russia e Germania. Il costo dell'esperimento è di oltre un milione di euro all'anno. Come ha detto a RIA Novosti il ​​direttore scientifico del programma Plasma Crystal da parte russa, l'accademico dell'Accademia russa delle scienze Vladimir Fortov, i primi risultati dell'esperimento sono già stati ottenuti.

"Sulla base della ricerca sul progetto Plasma Crystal, prevediamo, insieme all'Istituto Kurchatov, di creare una batteria nucleare con una durata di 30-40 anni e una potenza di 10-20 kilowatt con un coefficiente azione utile circa il 30 per cento", ha detto Fortov. La batteria, ha detto, servirà i satelliti per le comunicazioni spaziali.
Finora è già possibile progettare i singoli elementi della batteria nucleare del futuro. "Insieme all'Istituto Kurchatov, abbiamo creato singoli elementi che funzionano in modo indipendente, e ora il compito è combinarli in un unico insieme, cioè assemblare una batteria", ha osservato Fortov.
Inoltre, i risultati dell'esperimento, secondo l'accademico, verranno utilizzati anche nella progettazione di un reattore termonucleare, che dovrà essere periodicamente ripulito dalla polvere. In precedenza era stato riferito che avrebbero consentito anche la creazione di un “aspirapolvere” per la neutralizzazione mirata delle emissioni radioattive nell’atmosfera in caso di incidenti nucleari.

© giornale “Gudok”, 21/01/2006 "
nuove tecnologie
E il cielo sarà pieno di diamanti

Recentemente sono riusciti a identificare nuovi stati del plasma in condizioni di gravità zero durante l’esperimento Plasma Crystal sulla Stazione Spaziale Internazionale. La risultante sostanza molecolarmente “disordinata”, in cui gli atomi si muovono in modo caotico, in determinate condizioni è in grado di trasformarsi, ad esempio, in diamanti. Ma per ora questa produzione può essere stabilita solo nello spazio. A proposito, il primo esperimento per ottenere cristalli di polvere di plasma è stato effettuato presso la stazione Mir dai cosmonauti russi Anatoly Solovyov e Pavel Vinogradov nel gennaio 1998.

E i ricercatori cosmonauti dell'attuale spedizione sono già riusciti a ottenere un cristallo di plasma. Gli scienziati hanno osservato la sua formazione con i propri occhi, senza microscopio, poiché la distanza tra le particelle del nuovo minerale è piuttosto grande.

"Durante gli esperimenti in orbita, abbiamo imparato a disporre i reticoli atomici nell'ordine richiesto e siamo perfettamente in grado di far crescere diamanti artificiali", ha affermato l'accademico Fortov. - Se continua così, presto i diamanti non costeranno più dei normali gioielli.

Ma la seconda parte dell’esperimento condotto nello spazio è ancora più promettente. Gli scienziati hanno confermato l'idea di creare potenti fonti di energia dal plasma congelato, che l'Istituto di Termofisica chiama batterie nucleari per veicoli spaziali.

Capaci di funzionare solo in condizioni di assenza di gravità, le batterie compatte forniranno energia per i voli verso qualsiasi angolo del sistema solare.
Vitaly TETERYATNIK
http://www.gudok.ru/index.php/print/32010

Giornale parlamentare n. 790 del 23/08/01
Categoria: sensazioni del 21° secolo
Cristalli dallo spazio

# Tutto accade in modo strano, # continua l'accademico Fortov, # ma accade comunque. E naturalmente, il classico della scienza ha attirato l'attenzione su questo fenomeno. C'era un tale Wiener, calcolò l'energia libera delle particelle, e fu lui a suggerire a tutti noi che il plasma ha la tendenza a spostarsi dal movimento caotico a quello ordinato. Inoltre, lo fa di sua spontanea volontà e non sotto costrizione. Si chiamava #plasmanonideale#.
Sembrerebbe che tutto dovrebbe essere diverso. Se il plasma stesso cerca di #mettersi in ordine#, allora dovrebbe essere chiamato #ideale#. Non credo che siano necessarie molte prove. Basta guardare una donna che si prepara per andare a teatro o in visita. Ma i fisici hanno la loro logica: più una sostanza o un fenomeno #si discosta# dallo standard, più attira la loro attenzione. Il nome #plasmaimperfetto# li attira immediatamente. Tuttavia, la loro logica è chiara: l'attenzione degli uomini è sempre attratta da una donna molto bella o, al contrario, da una # non molto, generalmente # non standard.

E l'accademico Fortov continua:

# Il 98% di tutta la materia in natura esiste in uno stato di plasma altamente compresso. Per ottenere un tale stato sono necessarie forti pressioni # milioni e miliardi di atmosfere, # e alte temperature. I processi avvengono in # frazioni di secondo istantanee e devono essere misurati utilizzando metodi diversi. Poche persone sanno come farlo, soprattutto noi e gli americani. Quelli che lo hanno fatto arma nucleare. Questa è fisica ad alta densità di energia. Innanzitutto, la materia deve essere fortemente compressa e poi inizia a volare in pezzi. Una delle opzioni per questo processo # esplosione nucleare. Quindi... Recentemente, letteralmente negli ultimi anni, le persone hanno notato che non è necessario imitare i processi che avvengono nelle stelle, cioè raggiungere pressioni e temperature ultra elevate. Puoi farlo in modo completamente diverso, in modo astuto... Ma risulta essere una cosa molto bella!

# Forse è bellissimo, ma non è ancora chiaro cosa intendi!

# Se ho un plasma # standard, standard, ordinario, ad esempio, come nella stessa lampada fluorescente, e vi verso la polvere, ogni granello di polvere verrà caricato a un potenziale di uno o due elettronvolt. I granelli di polvere inizieranno a interagire... e io otterrò in laboratorio gli stessi processi che avvengono nelle stelle.

# Ma in quantità insignificanti?!

# Ed è qui che inizia il divertimento! Prendo una normale lampada fluorescente (grossolana, ovviamente), la faccio bruciare in modo non uniforme e ci verso la polvere e così ottengo un plasma imperfetto. Posso vedere cosa succede con i miei occhi: osservo le onde d'urto, i cambiamenti nel tipo di reticolo...

# Fermare! I fisici hanno affermato che esistono processi che non possono essere modellati. In particolare abbiamo parlato di alcuni stati del plasma. Stai dicendo che è stato un errore?

# Non pretendo, ma dimostro molti fenomeni fisici...

# Perché erano necessari gli esperimenti nello spazio?

# Le particelle sono piuttosto pesanti, e quindi la gravità permette di ottenere solo uno o due strati, # risponde lo scienziato, # ma nello spazio si ottiene una struttura tridimensionale.

# Come sei riuscito a entrare in orbita? Dicono che ci sono troppe persone interessate e la maggior parte di loro non ha soldi. Quindi la preferenza è data agli stranieri... Ti hanno aiutato questa volta?

# Di La verità? Ok... Il mio passato ha avuto un ruolo importante... Da dove vengo? Dal nativo complesso militare-industriale. Ho lavorato presso l'Istituto di ricerca sui processi termici. E ora tutti i miei amici sono a capo dei programmi spaziali e, ovviamente, i vecchi legami hanno aiutato... Ma tuttavia, non sarei stato in grado di andare nello spazio se il lavoro non ne fosse valsa la pena. Insieme ai tedeschi hanno realizzato l'installazione; pesa poco e quindi è attraente per tutti i lavoratori spaziali. Sembra che ci siano poche preoccupazioni, ma c'è l'opportunità di dire loro che stanno facendo una grande scienza. Quindi gli interessi di molte persone e organizzazioni coincidevano, il che ci ha aiutato a entrare in orbita. Innanzitutto sono stati effettuati due esperimenti su #Mir#...

Gli americani furono molto sorpresi quando seppero che i russi avevano una struttura di ricerca così unica nel loro modulo. Sapevano della sua esistenza, inoltre, # gli astronauti hanno conosciuto il # Crystal #, ma si aspettavano di iniziare a lavorarci tra cinque anni, cioè quando l'assemblaggio della ISS fosse stato completato. Nel frattempo, l’obiettivo principale dell’addestramento degli astronauti è il lavoro di installazione.

Dobbiamo rendere omaggio a Sergei Krikalev, uno dei cosmonauti più esperti non solo in Russia, ma anche negli Stati Uniti. Ha volato sia nei nostri equipaggi che in quelli americani. Sergei ha una passione speciale per esperimenti scientifici, capisce che sono la base dell'astronautica e per il loro bene ha scelto una professione del genere. Il suo entusiasmo e la sua energia hanno giocato, forse, ruolo principale nel successo del #Plasma Crystal#. Ma, a proposito, aveva anche un assistente molto affidabile: Yuri Gidzenko ha lavorato perfettamente sia durante l'addestramento a terra che in orbita. Il comandante della prima spedizione a lungo termine sulla ISS, William Sheppard, sebbene abbia seguito l'intero ciclo di addestramento nell'ambito di questo programma, ne è rimasto comunque indifferente: come un vero comandante spaziale, si occupava principalmente di tecnologia e buon umore equipaggio. Entrambi erano normali, e quindi Sheppard incoraggiò i suoi compagni di spedizione a rimanere affascinati dal #Cristallo.

I risultati hanno superato tutte le aspettative e hanno suscitato scalpore tra i fisici! Ci sono molti più sostenitori del volo ISS, soprattutto in Germania. Lì, l'esperimento congiunto russo-tedesco suscitò un tale entusiasmo come se fosse successo qualcosa di soprannaturale. O forse è vero?

E ancora il commento dell'accademico Vladimir Fortov:

# Primo: tanto di cappello davanti a ragazzi come i nostri cosmonauti. Penso che potrebbero benissimo difendere una tesi su questo lavoro # dopo tutto, hanno dato slancio ad una nuova direzione...

# Ho sentito che questa idea vale un miliardo di dollari?

# Sì, le voci viaggiano molto velocemente in questi giorni!

# E hanno un motivo?

Fortov ride. Ma poi dice seriamente:

# Non lo nascondo: oggi infatti si parla di un miliardo di dollari. Questo è ciò che ci aspettiamo di creare. Si tratta principalmente di un istituto di ricerca congiunto russo-tedesco, che condurrà lavori sulla fisica del plasma. Io sono membro dell'Accademia tedesca, G. Morfill è membro della nostra Accademia. Cosa c'è di sbagliato se due accademici creano un istituto per lavorare insieme? A mio parere, questa idea è pienamente coerente con l’attuale idea di cooperazione scientifica. La ricerca, in particolare, si svolgerà a bordo della ISS. Allo stesso tempo, creeremo un laboratorio spaziale virtuale. Abbiamo inviato proposte a tutti i paesi del mondo, il cui significato è molto semplice: abbiamo installazioni a bordo della ISS e siamo pronti a fornirle per determinati progetti. Gli esperti valutano proposte specifiche e vengono selezionate le migliori. L'Agenzia spaziale europea è pronta a finanziare questo lavoro... Quindi le idee ci sono e con il nostro primo lavoro a bordo della ISS abbiamo dimostrato che possiamo implementarle al massimo livello scientifico. Quindi le informazioni sul declino della scienza in Russia sono ancora molto premature...

Portale dell'innovazione
Distretto Federale degli Urali
WWW.INVUR.RU

07-14 febbraio
02/09/2005 Nella regione di Mosca viene aperto il Centro Internazionale del Plasma Spaziale
RE Il Centro Spaziale Internazionale del Plasma è stato inaugurato ieri a Korolev, nella regione di Mosca. Come affermato in Istituto Russo Fisica Termale degli Stati Estremi (ITEK) dell'Accademia Russa delle Scienze, “i fondatori del centro, oltre all'ITEC, sono stati l'Istituto tedesco di fisica extraterrestre della Società Max Planck, diretto dal professor Gregor Morfill, e l'Istituto spaziale russo Corporation (RSC) Energia, guidata dal progettista generale Yuri Semenov.

"Salizhan Sharipov ha iniziato il 2 febbraio a bordo della Stazione Spaziale Internazionale la dodicesima sessione finale dell'esperimento Plasma Crystal nel campo della fisica del plasma di polvere utilizzando l'attrezzatura PK-3", ha affermato il Mission Control Center. “Sharipov discuterà oggi i risultati di questo progetto scientifico unico nel corso di una sessione di comunicazione diretta “TsUP-ISS” con il Ministro dell’Istruzione e ricerca scientifica Germania Edelgard Buhlmann, così come con " padrino"L'esperimento è stato condotto dall'accademico della RAS Vladimir Fortov", ha osservato la fonte.
(…)
I risultati dell'esperimento, che, secondo molti scienziati, è degno di un premio Nobel, consentiranno, in particolare, di creare nuove batterie energetiche e laser compatti e di sviluppare una tecnologia per la coltivazione dei diamanti in condizioni di microgravità. Lo riferisce ITAR-TASS.
http://www.invur.ru/print.php?page=news&id=10429

Opera N. 024 del 02/11/2005

OTTURAZIONI DENTALI DALLO SPAZIO
"Il plasma delle polveri è uno stato della materia nuovo, precedentemente sconosciuto", ha spiegato il capo del programma, l'accademico dell'Accademia delle scienze russa Vladimir Fortov. - Questo è un plasma contenente non solo elettroni, ioni e particelle neutre, ma anche particelle di polvere di dimensioni micron altamente cariche. L'interazione di queste particelle porta, in particolare, alla formazione di strutture ordinate, che chiamiamo cristalli di polvere di plasma. Sulla Terra, i processi che si verificano in tali strutture sono distorti dalla gravità, ma nello spazio questa influenza è assente. Nel prossimo futuro, i risultati dell'esperimento troveranno un'applicazione abbastanza terrena: nella microelettronica, nella creazione di batterie nucleari e nello sviluppo di nuovi tipi di energia. Inoltre, l'esperimento aprirà nuovi orizzonti alla medicina, in particolare all'odontoiatria: con l'aiuto delle tecnologie della polvere di plasma è possibile creare materiali fondamentalmente nuovi per otturazioni dentali e protesi.

Diamante dalla polvere
Data: 24/02/2005
Argomento: scienza e tecnologia

Il plasma congelato verrà utilizzato per curare i denti

I fisici russi hanno fatto ciò che fino a ieri era considerato impossibile: hanno “congelato” il plasma. Questi sono i risultati di un esperimento condotto sulla Stazione Spaziale Internazionale.
Gli scienziati affermano che è possibile coltivare diamanti enormi e incredibilmente puri nello spazio.
I fisici russi e tedeschi hanno raggiunto uno stato della materia paradossale. Questo è plasma cristallino. Il risultato degli esperimenti è senza dubbio sensazionale e, secondo gli scienziati, merita un premio Nobel.
Salizhan Sharipov e Leroy Chiao, che lavorano sulla ISS, hanno mostrato come il plasma polveroso si trasforma in cristallo. L'esperimento viene condotto in una camera a vuoto in cui vengono introdotte particelle di polvere delle dimensioni di un micron e dove viene creato il plasma. Sotto l'influenza di un campo elettronico in assenza di gravità, dal caos nasce una struttura cristallina ideale. Le particelle vengono osservate utilizzando laser speciali.

Gli scienziati che lavorano su questo programma e gli astronauti non sono sorpresi da questo risultato. L'esperimento è iniziato alle Stazione russa La "Pace" è stata effettuata in una normale fiaschetta di vetro. Quindi, studiando i primi risultati, gli esperti sulla Terra hanno detto: “Non esiste un simile stato della materia”. Ora non c’è bisogno di dimostrarlo. Oggi stiamo parlando già circa applicazione pratica questa scoperta.

C'è un'idea per creare una potente batteria nucleare per i satelliti di comunicazione che funzionerà per più di 30 anni. Gli scienziati prevedono inoltre di creare un “aspirapolvere” per rimuovere le emissioni radioattive durante vari tipi di incidenti.

“Il problema principale di Chernobyl era la polvere. Doveva essere raccolto. La polvere carica può essere raccolta da un volume mediante un campo elettrico, motivo per cui in gergo si chiama "aspirapolvere", afferma l'accademico della RAS Vladimir Fortov.

Esistono già idee implementate: sulla base della ricerca sono stati creati nuovi laser e installazioni speciali che vengono utilizzati in odontoiatria per combattere la carie, nonché semiconduttori ideali per la microelettronica. Inoltre, nello spazio, enormi cristalli, a differenza di quelli sulla Terra, vengono "cotti" dalla polvere di diamante. "La distanza tra le parti dei cristalli è decine di migliaia di volte maggiore rispetto a quella di un solido", afferma l'accademico Fortov. - Ciò significa che puoi vedere tutti i processi che si verificano nel corpo con i tuoi occhi. Non hai bisogno dei raggi X."

COMPUTERRA:
La ricerca sul programma Plasma Crystal continuerà

Stiamo portando avanti questo esperimento unico sulla ISS
"http://rian.ru/technology/20050208/22323428.html " target="_blank"
costa circa un milione di euro all'anno, il suo finanziamento
effettuato a metà da Germania e Russia. Nonostante il grande
costo dell'esperimento, gli scienziati sono fiduciosi della sua necessità, da allora
I risultati ottenuti permetteranno di realizzare alimentatori compatti
durata molto lunga, nonché nuovi sistemi per la purificazione delle sostanze.

Secondo Fortov, sulla base della ricerca sul progetto Plasma
cristallo" verrà creata una batteria nucleare con una durata di 30-40 anni e
potenza 10-20 kW con un fattore di efficienza di circa il 30%, in
L'Istituto Kurchatov prenderà parte alla realizzazione di questo progetto. IN
Ora è stato possibile costruire singoli elementi di un nucleare
batterie del futuro, e ora il compito di combinarle in una sola
Totale.
http://computerra-info.msk.ru/fido7.ru.computerra/8449.html

Gli accademici hanno fischiato il ministro
Andrej Kondrashov

...Accademico Fortov. Spiega al presidente Putin il principio di funzionamento armi elettromagnetiche, ci hanno lavorato per anni e ora è qui. Lo stesso istituto studia il plasma polveroso; riempie lo spazio interstellare. Dopo 10 anni di ricerca, hanno imparato come controllare il plasma. Tra altri dieci anni è possibile una rivoluzione nel settore energetico mondiale. Oppure non è più possibile, si ferma improvvisamente lo scienziato. Molto ora non dipende dai dispositivi.
http://www.websib.ru/noos/economy/news/05-06-03i.htm

Forti estremi
Perché le nostre idee "cattive" vengono letteralmente fatte a pezzi in Occidente, ma qui nessuno ne ha bisogno?
Yuri Medvedev
Data di pubblicazione 8 febbraio 2005

RG Oggi il Ministro tedesco della Scienza apre a Mosca un centro di ricerca russo-tedesco sulla fisica del plasma, dove viene presentato il lavoro del vostro istituto. Qual è la loro essenza?

Fortov dovrò ricordarmi della scuola. Dal corso di fisica si conoscono quattro stati della materia: solido, liquido, gassoso e plasma. La transizione a ogni stato successivo è accompagnata da un aumento del riscaldamento e dalla perdita di ordine nella struttura della sostanza. Ai miei tempi vincitore del Nobel Wigner avanzò l’idea che il plasma potesse essere “congelato”. I nostri grandi teorici Landau e Zeldovich consideravano una possibilità simile. Indicarono anche la strada: l'energia di interazione delle particelle in un plasma deve essere maggiore della sua temperatura. Ma i classici non spiegavano specificamente come farlo.
IN Ultimamente Sono riuscito a trovare un modo del genere. Introduciamo particelle di polvere nel plasma. In determinate condizioni, accumulano una carica enorme. Fornisce una tale energia di interazione tra le particelle che i granelli di polvere si allineano in cristalli. Il risultato è una sorta di plasma “congelato”.

RG Perché si svolgono esperimenti nello spazio, sulla ISS?

“No” alla stratificazione digitale in Russia!
D.V.

Questo è ciò che hanno affermato i partecipanti al primo seminario internazionale russo “Problemi di superamento del divario digitale in Russia e nei paesi della CSI”. Si è svolto il 28 novembre presso il centro stampa del Palazzo del Governo della Federazione Russa. Al seminario hanno partecipato da remoto le parti interessate di Chelyabinsk, Tomsk, Perm e altre grandi città del paese.

Tutti gli oratori annunciati, sorprendentemente, sono apparsi come uno solo, ma non tutti hanno potuto parlare per mancanza di tempo. Tuttavia, gli organizzatori, in primo luogo il Dipartimento per l'informazione governativa del governo della Federazione Russa, hanno promesso di pubblicare una raccolta di tutti i rapporti preparati (le informazioni sulla raccolta possono essere ottenute all'indirizzo [e-mail protetta] O [e-mail protetta].

Gli argomenti di discussione proposti ai partecipanti sembravano piuttosto complessi:

Definizione del concetto di “disuguaglianza digitale” (“digital divide”);

Misurazione del divario digitale nazionale;

Valutazione della situazione e delle tendenze su scala globale;

Aspetti economici, politici, legali, sociali, tecnologici, culturali, educativi e altri del problema;

Il posto e il ruolo dello Stato nel risolvere i problemi della disuguaglianza digitale;

Le istituzioni della società civile e le imprese nel contesto dei processi informativi globali e nazionali;

Iniziative, progetti, soluzioni, esperienze internazionali e nazionali.

L'accademico Vladimir Fortov ha convinto i presenti che in Russia sono in corso ricerca di base su computer quantistici, teletrasporto quantistico e altre novità mezzi fisici produzione di calcoli e trasferimento di informazioni. Siamo molto forti, ha detto, nel campo degli emettitori elettromagnetici, armi militari nelle guerre dell'informazione. L’altro nostro vantaggio su tutti è un sistema meraviglioso istruzione superiore, in particolare fisica e matematica. Ad esempio, l'accademico ha studiato teoria delle funzioni di variabili complesse nel suo secondo anno al MIPT. E immaginate la sua sorpresa quando visitò le università americane e apprese che solo gli studenti laureati studiano lì questa teoria. Mi chiedo cosa studiano allora i nostri studenti laureati?

Alle domande del questionario "Ieri, oggi, domani" (vedi "Scienza e vita" n. 9, 12, 2004; n. 1, 2, 3, 2005) rispondono famosi scienziati - gli autori di "Scienza e vita ".

1. Per favore descrivi lo stato del campo scientifico in cui lavori, com'era circa 20 anni fa? Quali ricerche sono state effettuate allora, quali risultati scientifici sono stati i più significativi? Quali di essi non hanno perso la loro rilevanza oggi (cosa resta nelle fondamenta dell'edificio della scienza moderna)?

2. Descrivi lo stato attuale del campo della scienza e della tecnologia in cui lavori. Che tipo di lavoro anni recenti consideri il più importante, di fondamentale importanza?

3. Quali traguardi raggiungerà il tuo campo scientifico tra 20 anni? Quali problemi fondamentali ritieni possano essere risolti, quali problemi preoccuperanno i ricercatori alla fine del primo quarto del 21° secolo?
NELLA FISICA DEGLI STATI ESTREMI SIAMO ANCORA LEADER
L'accademico V. FORTOV, direttore dell'Istituto di Termofisica degli Stati Estremi dell'Accademia Russa delle Scienze.

Occupiamo una posizione di leadership nello studio dell'ordinamento di Coulomb in plasmi polverosi altamente non ideali. Sono state realizzate le condizioni per il "congelamento" di Coulomb e sono stati ottenuti plasma liquidi e cristalli. Sono in corso lavori su larga scala su metodi termici, a scarica elettrica, nucleari, a raggi e ottici per generare plasma polveroso, compresi esperimenti sulla Stazione Spaziale Internazionale.

I ricercatori della scuola scientifica degli accademici A.V. Gaponov-Grekhov e G.A Mesyats hanno ottenuto risultati pionieristici sulla generazione di potenze record (multi-gigawatt) di radiazioni a microonde e hanno proposto le applicazioni pratiche più interessanti di questi dispositivi.

Parlando di lavoro teorico, vorrei segnalare l'estensione dei metodi numerici di Monte Carlo e della dinamica molecolare alla descrizione dei fenomeni quantistici. Sono comparsi metodi molto avanzati per il calcolo dei fenomeni gasdinamici non stazionari in mezzi densi di plasma.

Spero che il periodo di stagnazione della nostra scienza finisca e sono fiducioso che tra 20 anni la fisica degli stati estremi non perderà rilevanza. Dopotutto, stiamo parlando della comprensione dei processi più generali e fondamentali nella natura e nella scienza, sui fondamenti delle tecnologie energetiche.

Nel prossimo futuro sarà apparentemente possibile registrare le manifestazioni termodinamiche delle transizioni di fase in plasma non ideale altamente compresso.

Potenti laser a femtosecondi e attosecondi consentiranno di risalire la scala della pressione nell'intervallo ultramegabar - gigabar, dove sarà possibile vedere manifestazioni sperimentali di effetti "guscio", nuove trasformazioni di fase della materia, studiare la cinetica dei fenomeni ultraveloci e atermici. transizioni di fase e meccanica della deformazione, distruzione e fusione ad alta velocità a pressioni negative. Gli sperimentatori disporranno di dispositivi per generare concentrazioni di energia ultraelevate, che renderanno possibile studiare il plasma relativistico, la creazione spontanea di coppie elettrone-positrone, campi magnetici giganteschi, costruire acceleratori di plasma, studiare reazioni nucleari in fasci di plasma caldo e molti altri fenomeni che non possiamo neppure immaginarlo adesso.

introduzione

Il plasma polveroso è un gas ionizzato contenente particelle di materia condensata. Altri termini utilizzati per designare tali sistemi sono “plasma complesso”, “plasma colloidale” e anche “plasma con fase dispersa condensata”. La polvere e il plasma polveroso sono diffusi nello spazio. Sono presenti negli anelli planetari, nelle code delle comete e nelle nubi interplanetarie e interstellari. Plasma di polveri è stato scoperto vicino a satelliti terrestri artificiali e veicoli spaziali, in installazioni termonucleari a confinamento magnetico. Infine, il plasma polveroso viene studiato molto attivamente in condizioni di laboratorio. Le particelle di polvere non solo possono essere introdotte deliberatamente nel plasma, ma possono anche formarsi spontaneamente vari processi. Presenza diffusa di sistemi plasma-polvere, nonché di numerosi proprietà uniche, rendono il plasma polveroso estremamente attraente e oggetto interessante ricerca.

Le particelle di polvere nel plasma acquisiscono una carica elettrica e rappresentano un componente aggiuntivo carico del plasma. Tuttavia, le proprietà del plasma polveroso sono molto più ricche delle proprietà del plasma multicomponente di elettroni e ioni di vario tipo. Le particelle di polvere sono centri di ricombinazione degli elettroni e degli ioni del plasma e, talvolta, una fonte di elettroni. Pertanto, la componente di polvere può influenzare in modo significativo l’equilibrio di ionizzazione. La carica delle particelle di polvere non è un valore fisso, ma è determinata dai parametri del plasma circostante e può variare sia nel tempo che nello spazio. Inoltre, la carica fluttua anche con parametri costanti del plasma circostante, poiché la carica è un processo stocastico.

Cristallo al plasma

Le particelle di plasma di polvere possono allinearsi nello spazio in un certo modo e formare un cosiddetto cristallo di plasma. Il cristallo di plasma può sciogliersi ed evaporare. Se le particelle del plasma di polvere sono abbastanza grandi, è possibile vedere il cristallo occhio nudo.

Il materiale da costruzione dei cristalli di polvere sono le macroparticelle, la cui dimensione può variare fino a decine di micron a seconda delle condizioni di un particolare esperimento. La costante reticolare in tali cristalli solitamente supera significativamente il raggio di schermatura di Debye e può raggiungere centinaia di micron. Oltre alla formazione di strutture di polvere cristallina nel plasma, in molti casi sono state rilevate goccioline di polvere di plasma e sono state osservate transizioni di fase gas-liquido in tali sistemi.

La carica delle particelle di polvere può essere estremamente grande e superare la carica di un elettrone di centinaia e persino centinaia di migliaia di volte. Di conseguenza, l'energia media di interazione di Coulomb delle particelle, proporzionale al quadrato della carica, può superare notevolmente la loro media energia termica. Il risultato è un plasma che viene definito altamente imperfetto, poiché il suo comportamento non obbedisce alle leggi di un gas ideale. (Ricordiamo che il plasma può essere considerato un gas ideale se l'energia di interazione delle particelle è molto inferiore alla loro energia termica).

I cristalli di plasma sono simili alle strutture spaziali in un liquido o in un solido. Qui possono verificarsi transizioni di fase come fusione ed evaporazione.

Se le particelle di plasma di polvere sono sufficientemente grandi, il cristallo di plasma può essere osservato ad occhio nudo. La formazione di strutture cristalline è stata registrata in un sistema di particelle cariche di ferro e alluminio delle dimensioni di un micron trattenute da variabili e statiche campi elettrici. Cristallizzazione di Coulomb di macroparticelle in plasma debolmente ionizzato di una scarica ad alta frequenza a bassa pressione. L'energia degli elettroni in un tale plasma è di diversi elettronvolt (eV) e l'energia degli ioni è vicina all'energia termica degli atomi, che hanno temperatura ambiente(~0,03 eV). Ciò è dovuto al fatto che gli elettroni sono più mobili e il loro flusso diretto verso una particella di polvere neutra supera significativamente il flusso degli ioni. La particella “cattura” gli elettroni e inizia a caricarsi negativamente. Questa carica negativa accumulata a sua volta fa sì che gli elettroni si respingano e gli ioni si attraggano. La carica della particella cambia finché i flussi di elettroni e ioni sulla sua superficie non diventano uguali. Con una scarica ad alta frequenza, la carica delle particelle di polvere aumenterà e sarà negativa. Una nuvola di particelle di polvere cariche si librava vicino alla superficie dell'elettrodo inferiore mentre lì si stabiliva un equilibrio tra le forze gravitazionali ed elettrostatiche. Con un diametro della nuvola di diversi centimetri in direzione verticale, il numero di strati di particelle era di diverse decine di micrometri.

A novembre è stato annunciato che l'esperimento Plasma Crystal sulla ISS sarebbe stato terminato. L'attrezzatura speciale per l'esperimento fu collocata sulla nave mercantile Albert Einstein e bruciata insieme ad essa sull'Oceano Pacifico. Ecco come è finita lunga storia, probabilmente l'esperimento spaziale più famoso. Voglio parlarne e parlare un po' della scienza sulla ISS in generale.

Dove sono le scoperte?

Prima di tutto bisogna fare una introduzione un po’ demotivante. Scienza moderna- non è gioco per computer, dove, in linea di principio, non esistono ricerche inutili e ogni scoperta fornisce un notevole bonus. E, ahimè, sono passati i tempi in cui un genio solitario come Edison poteva inventare da solo molti dispositivi in ​​grado di cambiare la vita. Ora la scienza è un movimento metodico ciecamente lungo tutti i percorsi disponibili, che viene portato avanti da grandi organizzazioni, dura per anni e può portare a risultati zero. Pertanto, le informazioni sulla ricerca sulla ISS, che vengono pubblicate regolarmente, senza adattamenti alla scienza popolare, sembrano, francamente, molto noiose. Allo stesso tempo, alcuni di questi esperimenti sono davvero interessanti e, se non ci promettono risultati favolosi immediati, ci danno la speranza di una migliore comprensione di come funziona il mondo e dove dovremmo andare per nuove scoperte fondamentali e applicate. .

Idea dell'esperimento

È noto che la materia può esistere in quattro stati di fase: solido, liquido, gassoso e plasma. Il plasma costituisce il 99,9% della massa dell'Universo, dalle stelle al gas interstellare. Sulla Terra, il plasma è il fulmine, l'aurora boreale e, ad esempio, le lampade a scarica di gas. Anche il plasma contenente particelle di polvere è molto comune: si tratta di anelli planetari, code di comete, nuvole interstellari. E l'idea dell'esperimento era quella di creare artificialmente un plasma con microparticelle di polvere e osservarne il comportamento in condizioni di gravità terrestre e microgravità.

Nella prima versione dell'esperimento (nella foto), un'ampolla con plasma polveroso veniva illuminata dai raggi del sole, la polvere nel plasma veniva illuminata da un laser e l'area illuminata veniva filmata con una telecamera. Successivamente sono stati utilizzati setup sperimentali più complessi. La “botte nera” che bruciò insieme all’“Albert Einstein” era già un’installazione di terza generazione.

risultati

Gli esperimenti in condizioni di microgravità hanno soddisfatto le speranze degli scienziati: il plasma polveroso è diventato di struttura cristallina o ha mostrato le proprietà dei liquidi. A differenza del gas ideale, in cui le molecole si muovono in modo caotico (vedi movimento termico), il plasma polveroso, essendo un gas, mostra le proprietà dei corpi solidi e liquidi: sono possibili processi di fusione ed evaporazione.
Allo stesso tempo, ci sono state anche scoperte inaspettate. Ad esempio, nel cristallo potrebbe apparire una cavità. Perché è ancora sconosciuto.


Ma la scoperta più inaspettata fu che il plasma polveroso, in determinate condizioni, formava strutture elicoidali simili al DNA! Forse anche l'origine della vita sulla Terra è in qualche modo collegata al plasma di polvere.

Prospettive

I risultati di molti anni di ricerca sull’esperimento Plasma Crystal mostrano la possibilità fondamentale di:

• Formazione di nanomateriali con proprietà uniche nel plasma polveroso.


• Deposizione di materiali dal plasma polveroso su un substrato e ottenimento di nuovi tipi di rivestimenti: multistrato, poroso, composito.


• Purificazione dell'aria dalle emissioni industriali e di radiazioni e durante l'incisione al plasma di microcircuiti.


• Sterilizzazione al plasma oggetti inanimati e ferite aperte sugli esseri viventi.


Sfortunatamente, tutta questa bellezza sarà disponibile non prima di dieci anni. Perché sulla base dei risultati del lavoro è necessario costruire installazioni applicate sperimentali, prototipi, condurre test o studi clinici, organizzare la produzione di massa.

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Sakharova T.A. (insediamento n-Kislyay, scuola secondaria MKOU Nizhnekislyayskaya intitolata a Polyakov)

1. Artsimovich L.A. " Fisica elementare plasma."

2. http://www.nkj.ru/archive/articles/1318/ (Scienza e vita, CRISTALLI NEL PLASMA POLVEROSO).

3. Robert L. Merlino. Indagini sperimentali sui plasmi polverosi (inglese) (PDF). Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università dell'Iowa (17 giugno 2005). – Rassegna storica della ricerca sul plasma polveroso. Estratto il 18 luglio 2009. Archiviata dall'originale il 2 aprile 2012.

4. Fortov V.E., A.G. Khrapak, SA Khrapak, V.I. Molotkov, O.F. Petrov. Plasma polveroso (russo) // UFN. – 2004. – T. 174. – P. 495–544.

5. Tsytovich V.N. Cristalli, gocce e nuvole di polvere di plasma (russo) // UFN. – 1997. – T. 167. – P. 57–99.

6. Plasma polveroso // Enciclopedia del plasma a bassa temperatura. – M.: Janus-K, 2006. – T. 1.

7. Fortov V.E. Cristalli e liquidi di polvere di plasma sulla Terra e nello spazio (russo) // Vestnik Accademia Russa Sci. – 2005. – T. 75, N. 11. – P. 1012-1027.

8. Klumov B.A. Sui criteri di fusione del plasma complesso (russo) // UFN. – 2010. – T. 180. – P. 1095–1108.

9. Video da YouTube "Studiare i cristalli di campo nello spazio".

Il plasma è lo stato più comune della materia in natura: si stima che circa il 95% della materia ordinaria dell’Universo si trovi in ​​questo stato. Le stelle sono ammassi di plasma, gas ionizzato con temperature di decine e centinaia di milioni di gradi. Le proprietà del plasma costituiscono la base tecnologie moderne, la cui portata è ampia.

Ho intrapreso questo lavoro di ricerca perché ero interessato a ciò che era ancora poco studiato mondo moderno il quarto stato della materia è il plasma. Sono rimasto affascinato da un fenomeno recentemente scoperto nel plasma a bassa temperatura: la formazione di un "cristallo di plasma", cioè una struttura ordinata spazialmente di particelle fini: la polvere di plasma.

Bersaglio la mia ricerca: ottenere plasma a bassa temperatura attraverso esperimenti, conoscenza dei cristalli del campo di plasma.

Gli obiettivi della ricerca:

1. Ampliare la conoscenza del “plasma”.

2. Ottieni plasma a bassa temperatura a casa.

3. Scopri gli ambiti di applicazione del plasma.

4. Condurre un'analisi delle informazioni ottenute da varie fonti e dati sperimentali.

La rilevanza di questo lavoro è che recentemente la fisica del plasma è stata un campo della scienza in attivo sviluppo, in cui fino ad oggi vengono fatte scoperte sorprendenti, osservazioni fenomeni insoliti, che richiedono comprensione e spiegazione. Le scoperte in questo settore miglioreranno la qualità della vita umana: organizzare il riciclaggio dei rifiuti; produzione di energia alternativa; produzione di microchip; aumentare la resistenza dei metalli; invenzione di nuovi motori al plasma; sconfiggere i microbi dannosi; migliorare la qualità delle immagini a colori nei pannelli al plasma; spiegare l’evoluzione dell’Universo, ecc.

Lavorare con le fonti di informazione

Storia della scoperta del plasma

Il quarto stato della materia fu scoperto da W. Crookes (Fig. 1) nel 1879 e chiamato “plasma” da I. Langmuir (Fig. 2) nel 1928, forse a causa delle associazioni con il quarto stato della materia (plasma) con il sangue plasma.

Riso. 1. W. Krugson

Riso. 2. I. Langmuir

I. Langmuir ha scritto: “Escluso lo spazio vicino agli elettrodi, dove si trova una piccola quantità di elettroni, il gas ionizzato contiene elettroni e ioni in quantità quasi uguali, per cui la carica totale del sistema è molto piccola. "Usiamo il termine 'plasma' per descrivere questa regione generalmente elettricamente neutra di ioni ed elettroni." .

Il concetto di plasma

Il plasma è un gas parzialmente o completamente ionizzato formato da atomi neutri (o molecole) e particelle cariche (ioni ed elettroni). La caratteristica più importante Il plasma è la sua quasineutralità, il che significa che le densità di volume delle particelle cariche positive e negative da cui è formato risultano essere quasi le stesse.

Un gas passa allo stato di plasma se alcuni dei suoi atomi costituenti (molecole) per qualche motivo hanno perso uno o più elettroni, cioè trasformati in ioni positivi. In alcuni casi, nel plasma possono comparire anche ioni negativi a seguito dell’“attaccamento” degli elettroni agli atomi neutri.

Se nel gas non sono rimaste particelle neutre, si dice che il plasma è completamente ionizzato. Il plasma obbedisce leggi sui gas e per molti aspetti si comporta come un gas. Allo stesso tempo, il comportamento del plasma in numerosi casi, soprattutto se esposto a campi elettrici e magnetici, risulta così insolito che viene spesso definito un nuovo quarto stato della materia (Fig. 3).

Riso. 3. Il quarto stato della materia

Cos'è il plasma polveroso?

Il plasma polveroso è un gas ionizzato contenente granelli di polvere, particelle di materia solida. Tale plasma si trova spesso nello spazio: negli anelli planetari, nelle code delle comete, nelle nuvole interplanetarie e interstellari (Fig. 4). È stato scoperto vicino ai satelliti artificiali della Terra e nella regione vicino alle pareti di installazioni termonucleari con confinamento magnetico, nonché in reattori al plasma, archi e scariche.

Riso. 4. Coda della cometa al plasma

Il plasma di polvere fu ottenuto per la prima volta in condizioni di laboratorio dall'americano Irving Langmuir negli anni '20 del secolo scorso. Tuttavia, ha iniziato a essere studiato attivamente solo nell'ultimo decennio. Un crescente interesse per le proprietà del plasma polveroso è nato con lo sviluppo di tecnologie per lo sputtering al plasma (Fig. 5) e l'attacco in microelettronica (Fig. 6), nonché la produzione di film sottili (Fig. 7) e nanoparticelle (Fig. 8).

Riso. 5. Spruzzatura al plasma

Fig.6. Incisione del platino in idrogeno

Riso. 7. Pellicola sottile a semiconduttore

Fig.8. Nanoparticelle

Cristallo al plasma

Le dimensioni delle particelle di polvere sono relativamente grandi: da frazioni di micron a diverse decine, a volte centinaia di micron (Fig. 9). La loro carica può essere estremamente grande e superare la carica di un elettrone di centinaia e persino centinaia di migliaia di volte. Di conseguenza, l’energia media di interazione di Coulomb delle particelle, proporzionale al quadrato della carica, può superare di molto la loro energia termica media (Fig. 10). Il risultato è un plasma che viene definito altamente imperfetto, poiché il suo comportamento non obbedisce alle leggi di un gas ideale. (Ricordiamo che il plasma può essere considerato un gas ideale se l'energia di interazione delle particelle è molto inferiore alla loro energia termica).

Riso. 9. Cristallo al plasma

Riso. 10. Interazione di Coulomb

Calcoli teorici delle proprietà di equilibrio del plasma polveroso mostrano che, in determinate condizioni, una forte interazione elettrostatica “prende il sopravvento” su una bassa energia termica e costringe le particelle cariche ad allinearsi nello spazio In un certo modo. Si forma una struttura ordinata, chiamata cristallo di Coulomb o plasma. I cristalli di plasma sono simili alle strutture spaziali in un liquido o in un solido (Fig. 11). Qui possono verificarsi transizioni di fase come fusione ed evaporazione.

Riso. 11. Cristallo al plasma

Se le particelle di plasma di polvere sono sufficientemente grandi, il cristallo di plasma può essere osservato ad occhio nudo.

Ottenere plasma a bassa temperatura a casa

Dopo alcune ricerche sulle proprietà e caratteristiche del plasma, ho potuto condurre un esperimento sulla produzione di plasma a bassa temperatura a casa (Video “Produrre Plasma”). Per fare questo avevo bisogno della seguente attrezzatura: forno a microonde, fiammifero antivento, barattolo di vetro.

Riso. 12. Fase preparatoria

Avanzamento dell'esperimento:

1. Per prima cosa ho tolto dal forno a microonde il piatto di vetro su cui ruota il cibo quando viene riscaldato. Preparato un incontro (Fig. 12).

2. Poi ho inserito un fiammifero al centro del microonde e l'ho acceso.

3. Successivamente ho coperto il fiammifero con un barattolo di vetro, quindi ho chiuso il forno a microonde, l'ho acceso impostando la funzione di riscaldamento del cibo (Fig. 13).

4. Dopo un certo periodo di tempo, è possibile vedere come si forma il plasma in un barattolo di vetro con un fiammifero acceso (Fig. 14).

Riso. 13. Unire sotto un barattolo di vetro nel forno a microonde

Riso. 14. Plasma a bassa temperatura

Grazie a questo semplice esperimento potrete vedere come un gas viene ionizzato sotto l'influenza della temperatura e si ottiene così un plasma parzialmente ionizzato. Se fossi in grado di ottenere plasma a bassa temperatura così facilmente, allora può essere ottenuto presso le imprese, mentre i costi per ottenerlo sono minimi.

Conclusioni

Sono riuscito a procurarmi il plasma a bassa temperatura a casa. Ho ampliato le mie conoscenze su questa edizione, ho imparato molte cose nuove e interessanti. Ero molto interessato a questo argomento e sono sicuro che quando sceglierò una professione questo ricerca lascerà il segno.

Il plasma "caotico" è il 5° stato della materia. Il plasma cristallino è uno stato di plasma "organizzato" in cui non ha bisogno di essere contenuto campo magnetico. Le proprietà del plasma costituiscono la base delle moderne tecnologie, la cui portata è ampia.

Credo che il plasma sia il simbolo del futuro, l'industria più importante, senza la quale è impensabile ulteriori sviluppi civiltà. Il plasma, secondo me, è una fonte di energia alternativa e un dottore in ecologia.

Collegamento bibliografico

Skoblikov A.A. OTTENERE PLASMA A BASSA TEMPERATURA, INTRODUZIONE AI CRISTALLI DEL CAMPO PLASMA // Iniziare dalla scienza. – 2016. – N. 2. – P. 133-136;
URL: http://science-start.ru/ru/article/view?id=51 (data di accesso: 28/03/2019).