Покоренная плазма

Когда трубка подключена к источнику переменного тока, электроды непрерывно меняются своими ролями. Если в данный момент один электрод, например, левый, является катодом, а второй, правый, — анодом, то тотчас с переменой направления тока на обратное левый электрод станет анодом, а правый — катодом. Такая смена «ролей» происходит с той частотой, с какой изменяется направление тока в цепи.

От частоты и зависит поведение плазмы в разряде.

Если трубка питается током низкой частоты, не превышающей, скажем, 500 герц, то разряд почти ничем не отличается от разряда на постоянном токе. Заряды при каждой вспышке разряда успевают перестроиться и на короткое время найти «положенные» места. Правда, наблюдая за разрядом, мы не увидим ни катодных, ни анодных его частей, потому что наш глаз воспринимает свечение как прямого, так и обратного разряда. А специальные приборы — стробоскопы — позволяют рассматривать разряд в течение каждого полупериода изменения тока.

Но картина резко меняется, если частота питающего тока достигает сотен тысяч и миллионов герц. Обычно этот ток вырабатывают специальные ламповые генераторы, или, иными словами, генераторы радиоволн.

Ток в разрядном промежутке настолько быстро изменяется по величине и направлению, что заряженные частицы, особенно ионы, не успевают занимать положенные места и лишь совершают колебания под действием быстропеременных электрических сил.

Такой высокочастотный разряд имеет свои особенности, свой «рельеф».

В тлеющем высокочастотном разряде, например, положительный столб занимает середину трубки. С обеих его сторон располагается по одному темному фарадееву пространству, а около каждого электрода можно увидеть катодные части разряда. Создается впечатление, что из двух обычных разрядов на постоянном токе получили один высокочастотный.

В тлеющем разряде на постоянном токе большую роль играли электроны, выбитые из катода. Здесь этого нет. Катод почти не участвует в ионизации, а образование ионов происходит за счет электронов, имеющихся в самой плазме.

С помощью специальной аппаратуры удалось получить такие же высокочастотные разряды, которые есть на счету у постоянного тока. Если взять обыкновенный алюминиевый или медный диск и под ним установить конический электрод — острие, то на этом острие при подведении высокочастотной энергии можно получить и искровой, и коронный, и дуговой разряды. Тип разряда будет зависеть от мощности источника тока, формы и расстояния между электродами и от частоты электромагнитных колебаний, вырабатываемых генератором.

Но радиоволны позволяют получить разряды, которые не доступны постоянному току. Поместив внутрь катушки индуктивности разрядную трубку с разреженным газом, можно заставить этот газ превратиться в плазму в виде кольца. Сделает это высокочастотное электромагнитное поле, пульсирующее вокруг витков катушки.

Это так называемый безэлектродный кольцевой разряд.

Если к острию-электроду подвести электромагнитные колебания очень высокой частоты, то на конце острия появится столбик плазмы в виде пламени свечи или факела. Этот разряд назван факельным. Стоит уменьшить частоту питающего тока, факельный разряд превратится в коронный, представляющий собой «букет» плазмы с многочисленными трепещущими языками.

Плазма высокочастотных разрядов живет по иным законам, чем плазма, полученная пропусканием постоянного тока, а на молекулы газа она действует иначе. Это заставляет ученых усиленно изучать высокочастотные разряды, чтобы получить их новые применения.

Как ученые покоряют плазму

Вы уже немало узнали о строении плазмы, о поведении невидимых заряженных частиц, из которых она состоит. Когда вы читали об искре, дуге, тлеющем, коронном и других разрядах, у вас, наверно, возникал вопрос, а как ученые разгадали, открыли все тонкости взаимодействия миллиардов ионов и электронов, находящихся в каждом кубическом сантиметре плазмы? Как удалось им заглянуть в невидимое?

Вопрос этот интересный, и я остановлюсь на нем, правда, мне будет нелегко на нескольких страницах рассказать хотя бы об основных видах «оружия», которым осуществляется штурм плазмы.

Но вначале о том, как получить плазму.

— Очень просто! — скажете вы. — Откачать из трубки побольше воздуха, включить высокое напряжение — и плазма готова.

Но ученые так поступают редко. Действительно, разряд, полученный в остатках воздуха, — вещь неопределенная. В каком газе он получен? В азоте? В кислороде? В углекислом газе, который тоже есть в воздухе? Такая неопределенность ученых не устраивает. Ведь от состава газа, служащего «материалом» для плазмы, зависят ее поведение и свойства.

Поэтому чаще приходится вначале откачивать из трубки весь воздух, а потом впускать вместо него тот газ, плазма которого подвергается исследованию.

Обычно для этой цели используются инертные газы: гелий, неон, аргон, криптон и ксенон. Но часто плазму получают в парах ртути, натрия и других металлов. Без удаления воздуха из трубки в этом случае никак не обойтись.