Всем хорошо известны твердое, жидкое, газообразное и плазменное состояния вещества. Мы ходим по твердой земле, купаемся в жидкой воде, дышим газообразным воздухом и греемся на солнце, состоящем из горячего ионизированного газа, то есть плазмы.
Четвертое состояние вещества – самое распространенное в природе: все звезды, большинство туманностей, да и само межзвездное пространство сплошь заполнено заряженными частицами, летающими по вакууму с бешеными скоростями.
Плазма, по сути, является газом из заряженных частиц, обычно это электрически нейтральная смесь электронов и ионов исходного газа. Любое вещество переходит в ионизированное состояние при высокой температуре. Достаточно интенсивное тепловое движение атомов и молекул способно не только разрушить кристаллическую решетку твердого тела и преодолеть взаимное притяжение атомов жидкости, но и посшибать электроны с их орбит, превратив атомы в положительно заряженные ионы.
Плазма встречается не только в космосе, на Земле ее более чем достаточно. Пламя костра и газовой горелки – это слабо ионизированная плазма, разряд молнии, искра в автомобиле и дуга при электросварке – тоже плазменное электропроводящее состояние вещества. В ионизированном состоянии находятся пороховые газы в стволе ружья, ток, текущий по плазме, состоящей из паров натрия, освещает по ночам улицы больших городов, красочная “неоновая” иллюминация – и это плазма, экономичная люминесцентная лампа дневного света – опять-таки ионизированные пары ртути, разогреваемые текущим по ним током.
Плазменные технологии используются в технике для антикоррозийной и упрочняющей обработки металлов. С помощью плазменного напыления создают алмазоподобные пленки и тонкопленочные покрытия, кардинально меняющие фрикционные и прочностные свойства материалов.
Плазмой является и знаменитый солнечный ветер, возмущающий магнитосферу Земли, ионосфера, отражающая радиоволны, - это тоже плазма. На космических кораблях для корректировки орбиты используются плазменные ракетные двигатели, а на Земле с помощью магнитогидродинамических генераторов пытаются повысить КПД тепловых электростанций.
В плоских телевизионных плазменных панелях цветное изображение создается с помощью множества газоразрядных индикаторов, и это опять светящаяся под действием электрического тока плазма. Плазма воистину вездесуща, а в будущем ее значение в нашей жизни должно возрасти еще больше. Сегодня центральной задачей физики плазмы является проблема управляемого термоядерного синтеза, и здесь уже вполне реально забрезжила надежда на то, что люди скоро смогут зажечь множество рукотворных “солнц”, способных обеспечить энергией любое количество жителей земли.
Плазменный шар, изобретенный Николой Тесла, наверное, одно из наиболее красивых проявлений высоковольтного электрического разряда. Высокочастотное поле большой напряженности легко ионизирует разреженный инертный газ, заполняющий внутренний объем стеклянного шара. Проскакивающие между внутренним и внешним шаром бесшумные и яркие молнии создают чарующую картину тайной жизни светящейся плазмы, чувствительной к любому, даже самому нежному прикосновению к поверхности стекла. Цвет и яркость горящего электрического разряда зависят не только от напряжения, но и от газового состава, заполняющего волшебный шар (чаще всего это гелий и неон, иногда с добавлением криптона или ксенона). Высокочастотный разряд, вызывающий свечение, - явление достаточно неустойчивое, поэтому спрятанные внутри молнии постоянно мечутся, не находя себе места.