ПЛАЗМАТРОН, ПЛАЗМЕННА ТЕХНОЛОГІЯ
Якщо тверда речовина сильно нагріти, вона перетвориться на рідину. Якщо підняти температуру ще вище, рідина випарується і перетвориться на газ.
Але що станеться, якщо збільшувати температуру? Атоми речовини почнуть втрачати свої електрони, перетворюючись на позитивні іони. Замість газу утворюється газоподібна суміш, що складається з електронів, іонів і нейтральних атомів, що вільно рухаються. Вона називається плазмою.
У наш час плазма знаходить широке застосування в різних галузях науки і техніки: для термічної обробки металів, нанесення на них різних покриттів, плавки та інших металургійних операцій. Останнім часом плазму почали широко використовувати хіміки. Вони з'ясували, що у струмені плазми сильно збільшується швидкість та ефективність багатьох хімічних реакцій. Наприклад, вводячи в струмінь водневої плазми метан, можна перетворити його на дуже цінний ацетилен. Або розкласти пари нафти на ряд органічних сполук - етилен, пропілен та інші, які служать надалі важливим сировиною для отримання різних полімерних матеріалів.
Як створити плазму? Для цього і служить плазматрон, чи плазмовий генератор.
Якщо помістити в посудину з газом металеві електроди та прикласти до них високу напругу, то відбудеться електричний розряд. У газі завжди є вільні електрони (див. Електричний струм). Під впливом електричного поля вони розганяються і, зіштовхуючись із нейтральними атомами газу, вибивають їх електрони і утворюють електрично заряджені частинки — іони, т. е. іонізують атоми.
Електрони, що звільнилися, теж прискорюються електричним полем і іонізують нові атоми, ще збільшуючи кількість вільних електронів та іонів. Процес розвивається лавиноподібно, атоми речовини дуже швидкоіонізуються, і речовина перетворюється на плазму.
Цей процес відбувається у дуговому плазматроні. Висока напруга створюється в ньому між катодом і анодом, як якого може служити, наприклад, метал, що піддається обробці за допомогою плазми. У простір розрядної камери подається плазмоутворююча речовина, найчастіше газ - повітря, азот, аргон, водень, метан, кисень і т. д. Під дією високої напруги в газі виникає розряд, і між катодом і анодом утворюється плазмова дуга. Щоб уникнути перегріву стін розрядної камери, їх охолоджують водою. Пристрої такого типу називають плазматронами із зовнішньою плазмовою дугою. Застосовуються вони для різання, зварювання, розплавлення металів та ін.
Дещо інакше влаштований плазматрон для створення плазмового струменя (див. рис.). Плазмоутворюючий газ з великою швидкістю продувається через систему спіральних каналів і підпалюється в просторі між катодом і стінками розрядної камери, які є анодом. Плазма, закручена завдяки спіральним каналам у щільний струмінь, викидається із сопла, причому його швидкість може досягати від 1 до 10 000 м/с. «Віджати» плазму від стінок камери і зробити її струмінь щільнішим допомагає магнітне поле, яке створюється соленоїдом, або котушкою індуктивності. Температура струменя плазми на виході із сопла - від 3000 до 25 000 К.
Вдивіться ще раз у цей малюнок. Чи не нагадує він вам щось дуже добре відоме?
Звісно, це реактивний двигун. Тягу в реактивному двигуні створює струмінь гарячих газів, що викидаються з великою швидкістю із сопла. Чим більша швидкість, тим більша тяга. А чим гірша плазма? Швидкість струменя цілком підходяща — до 10 км/с. А за допомогою спеціальних електричних полів можна прискорити плазму ще більше — до 100 км/с. Це приблизно в100 разів більше швидкості газів у існуючих реактивних двигунах. Значить, і потяг у плазмових або електрореактивних двигунів може бути більшим, витрата палива можна буде набагато зменшити. Перші зразки плазмових двигунів вже випробувані у космосі.