प्लाज्मा किससे मिलकर बनता है? यह एक प्राकृतिक घटना है। प्लाज्मा क्या है? बुनियादी प्लाज्मा विशेषताएँ

सामग्री

शरीर के सबसे महत्वपूर्ण ऊतकों में से एक रक्त है, जिसमें एक तरल भाग, गठित तत्व और इसमें घुले पदार्थ शामिल होते हैं। पदार्थ की प्लाज्मा सामग्री लगभग 60% है। तरल का उपयोग विभिन्न रोगों की रोकथाम और उपचार, विश्लेषण से प्राप्त सूक्ष्मजीवों की पहचान आदि के लिए सीरम तैयार करने के लिए किया जाता है। रक्त प्लाज्मा को टीकों की तुलना में अधिक प्रभावी माना जाता है और कई कार्य करता है: इसकी संरचना में प्रोटीन और अन्य पदार्थ रोगजनक सूक्ष्मजीवों को जल्दी से बेअसर कर देते हैं। और उनके टूटने वाले उत्पाद, निष्क्रिय प्रतिरक्षा बनाने में मदद करते हैं।

रक्त प्लाज्मा क्या है

पदार्थ प्रोटीन, घुले हुए लवण और अन्य कार्बनिक घटकों वाला पानी है। यदि आप इसे माइक्रोस्कोप के नीचे देखते हैं, तो आपको पीले रंग के रंग के साथ एक स्पष्ट (या थोड़ा बादलदार) तरल दिखाई देगा। यह गठित कणों के जमाव के बाद रक्त वाहिकाओं के ऊपरी भाग में एकत्रित हो जाता है। जैविक द्रव रक्त के तरल भाग का अंतरकोशिकीय पदार्थ है। एक स्वस्थ व्यक्ति में, प्रोटीन का स्तर लगातार एक ही स्तर पर बना रहता है, लेकिन संश्लेषण और अपचय में शामिल अंगों की बीमारी के मामले में, प्रोटीन की एकाग्रता बदल जाती है।

यह किस तरह का दिखता है

रक्त का तरल भाग रक्त प्रवाह का अंतरकोशिकीय भाग है, जिसमें पानी, कार्बनिक और खनिज पदार्थ शामिल होते हैं। रक्त में प्लाज्मा कैसा दिखता है? इसका रंग पारदर्शी या पीला हो सकता है, जो तरल में पित्त वर्णक या अन्य कार्बनिक घटकों के प्रवेश के कारण होता है। वसायुक्त भोजन खाने के बाद, रक्त का तरल आधार थोड़ा धुंधला हो जाता है और स्थिरता में थोड़ा बदलाव हो सकता है।

मिश्रण

जैविक द्रव का मुख्य भाग पानी (92%) है। इसके अलावा प्लाज्मा में क्या शामिल है:

• प्रोटीन;
• अमीनो अम्ल;
• एंजाइम;
• ग्लूकोज;
• हार्मोन;
• वसा जैसे पदार्थ, वसा (लिपिड);
• खनिज.

मानव रक्त प्लाज्मा में कई अलग-अलग प्रकार के प्रोटीन होते हैं। इनमें से मुख्य हैं:

1. फाइब्रिनोजेन (ग्लोबुलिन)। रक्त के थक्के जमने के लिए जिम्मेदार और रक्त के थक्कों के बनने/विघटित होने की प्रक्रिया में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। फ़ाइब्रिनोजेन के बिना तरल पदार्थ को सीरम कहा जाता है। जब इस पदार्थ की मात्रा बढ़ती है तो हृदय संबंधी रोग विकसित होते हैं।
2. एल्बुमिन। प्लाज्मा के आधे से अधिक शुष्क अवशेष बनाते हैं। एल्बुमिन यकृत द्वारा निर्मित होते हैं और पोषण और परिवहन कार्य करते हैं। इस प्रकार के प्रोटीन का कम स्तर यकृत विकृति की उपस्थिति को इंगित करता है।
3. ग्लोब्युलिन्स। कम घुलनशील पदार्थ जो यकृत द्वारा भी उत्पादित होते हैं। ग्लोब्युलिन का कार्य सुरक्षात्मक है। इसके अलावा, वे रक्त के थक्के जमने को नियंत्रित करते हैं और पूरे मानव शरीर में पदार्थों के परिवहन को नियंत्रित करते हैं। अल्फा ग्लोब्युलिन, बीटा ग्लोब्युलिन, गामा ग्लोब्युलिन एक या दूसरे घटक की डिलीवरी के लिए जिम्मेदार हैं। उदाहरण के लिए, पूर्व विटामिन, हार्मोन और सूक्ष्म तत्व प्रदान करते हैं, अन्य प्रतिरक्षा प्रक्रियाओं को सक्रिय करने, कोलेस्ट्रॉल, आयरन आदि के परिवहन के लिए जिम्मेदार होते हैं।

रक्त प्लाज्मा के कार्य

प्रोटीन शरीर में कई महत्वपूर्ण कार्य करते हैं, जिनमें से एक पोषण संबंधी है: रक्त कोशिकाएं प्रोटीन को पकड़ती हैं और विशेष एंजाइमों के माध्यम से उन्हें तोड़ती हैं, जिससे पदार्थ बेहतर अवशोषित होते हैं। जैविक पदार्थ बाह्य तरल पदार्थों के माध्यम से अंग के ऊतकों के संपर्क में आता है, जिससे सभी प्रणालियों - होमोस्टैसिस - की सामान्य कार्यप्रणाली बनी रहती है। सभी प्लाज्मा कार्य प्रोटीन की क्रिया से निर्धारित होते हैं:

1. परिवहन। इस जैविक द्रव के कारण ऊतकों और अंगों तक पोषक तत्वों का स्थानांतरण होता है। प्रत्येक प्रकार का प्रोटीन एक विशेष घटक के परिवहन के लिए जिम्मेदार होता है। फैटी एसिड, औषधीय सक्रिय पदार्थ आदि का परिवहन भी महत्वपूर्ण है।
2. आसमाटिक रक्तचाप का स्थिरीकरण। द्रव कोशिकाओं और ऊतकों में पदार्थों की सामान्य मात्रा को बनाए रखता है। एडिमा की उपस्थिति को प्रोटीन की संरचना के उल्लंघन से समझाया जाता है, जिससे द्रव का बहिर्वाह विफल हो जाता है।
3. सुरक्षात्मक कार्य. रक्त प्लाज्मा के गुण अमूल्य हैं: यह मानव प्रतिरक्षा प्रणाली के कामकाज का समर्थन करता है। रक्त प्लाज्मा के तरल में ऐसे तत्व होते हैं जो विदेशी पदार्थों का पता लगा सकते हैं और उन्हें खत्म कर सकते हैं। ये घटक तब सक्रिय होते हैं जब सूजन का फोकस प्रकट होता है और ऊतकों को विनाश से बचाते हैं।
4. खून का जमना। यह प्लाज्मा के प्रमुख कार्यों में से एक है: कई प्रोटीन रक्त के थक्के बनने की प्रक्रिया में भाग लेते हैं, इसके महत्वपूर्ण नुकसान को रोकते हैं। इसके अलावा, द्रव रक्त के थक्कारोधी कार्य को नियंत्रित करता है और प्लेटलेट नियंत्रण के माध्यम से रक्त के थक्कों को रोकने और घोलने के लिए जिम्मेदार होता है। इन पदार्थों का सामान्य स्तर ऊतक पुनर्जनन में सुधार करता है।
5. अम्ल-क्षार संतुलन का सामान्यीकरण। प्लाज्मा के लिए धन्यवाद, शरीर सामान्य पीएच स्तर बनाए रखता है।

रक्त प्लाज्मा क्यों डाला जाता है?

चिकित्सा में, आधान अक्सर संपूर्ण रक्त के साथ नहीं, बल्कि उसके विशिष्ट घटकों और प्लाज्मा के साथ किया जाता है। इसे सेंट्रीफ्यूजेशन द्वारा प्राप्त किया जाता है, अर्थात, गठित तत्वों से तरल भाग को अलग किया जाता है, जिसके बाद रक्त कोशिकाएं उस व्यक्ति को वापस कर दी जाती हैं जो दान करने के लिए सहमत हुआ है। वर्णित प्रक्रिया में लगभग 40 मिनट लगते हैं, और मानक आधान से इसका अंतर यह है कि दाता को काफी कम रक्त हानि का अनुभव होता है, इसलिए आधान का उसके स्वास्थ्य पर वस्तुतः कोई प्रभाव नहीं पड़ता है।

चिकित्सीय प्रयोजनों के लिए उपयोग किया जाने वाला सीरम एक जैविक पदार्थ से प्राप्त किया जाता है। इस पदार्थ में सभी एंटीबॉडी होते हैं जो रोगजनक सूक्ष्मजीवों का विरोध कर सकते हैं, लेकिन फाइब्रिनोजेन से मुक्त होते हैं। एक स्पष्ट तरल प्राप्त करने के लिए, बाँझ रक्त को थर्मोस्टेट में रखा जाता है, जिसके बाद परिणामी सूखे अवशेष को टेस्ट ट्यूब की दीवारों से छील दिया जाता है और 24 घंटे के लिए ठंड में रखा जाता है। बाद में, जमे हुए सीरम को पाश्चर पिपेट का उपयोग करके एक बाँझ बर्तन में डाला जाता है। स्वास्थ्य निर्देशिका (रक्त प्लाज्मा)

ध्यान!लेख में प्रस्तुत जानकारी केवल सूचनात्मक उद्देश्यों के लिए है। लेख की सामग्री स्व-उपचार को प्रोत्साहित नहीं करती है। केवल एक योग्य चिकित्सक ही किसी विशेष रोगी की व्यक्तिगत विशेषताओं के आधार पर निदान कर सकता है और उपचार की सिफारिशें दे सकता है।

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मानव रक्त को 2 घटकों द्वारा दर्शाया जाता है: एक तरल आधार या प्लाज्मा और सेलुलर तत्व। प्लाज्मा क्या है और इसकी संरचना क्या है? प्लाज्मा का कार्यात्मक उद्देश्य क्या है? आइए हर चीज़ को क्रम से देखें।

प्लाज्मा के बारे में सब कुछ

प्लाज्मा पानी और सूखे पदार्थों से बनने वाला एक तरल पदार्थ है। यह रक्त का बड़ा हिस्सा बनाता है - लगभग 60%। प्लाज्मा के लिए धन्यवाद, रक्त में तरल अवस्था होती है।यद्यपि भौतिक संकेतकों (घनत्व) के अनुसार प्लाज्मा पानी से भारी होता है।

मैक्रोस्कोपिक रूप से, प्लाज्मा हल्के पीले रंग का एक पारदर्शी (कभी-कभी बादलदार) सजातीय तरल होता है। जब गठित तत्व जम जाते हैं तो यह वाहिकाओं के ऊपरी भाग में एकत्रित हो जाता है। हिस्टोलॉजिकल विश्लेषण से पता चलता है कि प्लाज्मा रक्त के तरल भाग का अंतरकोशिकीय पदार्थ है।

किसी व्यक्ति द्वारा वसायुक्त भोजन खाने के बाद प्लाज्मा बादल बन जाता है।

प्लाज्मा किससे मिलकर बनता है?

प्लाज्मा रचना प्रस्तुत है:

• पानी;
• लवण एवं कार्बनिक पदार्थ।

• प्रोटीन;
• अमीनो अम्ल;
• ग्लूकोज;
• हार्मोन;
• एंजाइम पदार्थ;
• खनिज (Na,Cl आयन)।

प्लाज्मा आयतन का कितना प्रतिशत प्रोटीन होता है?

यह प्लाज्मा का सबसे अधिक घटक है, यह सभी प्लाज्मा का 8% हिस्सा घेरता है। प्लाज्मा में विभिन्न अंशों का प्रोटीन होता है।

मुख्य:

• एल्बुमिन (5%);
• ग्लोब्युलिन्स (3%);
• फाइब्रिनोजेन (ग्लोबुलिन से संबंधित, 0.4%)।

प्लाज्मा में गैर-प्रोटीन यौगिकों की संरचना और उद्देश्य

प्लाज्मा में शामिल हैं:

• नाइट्रोजन पर आधारित कार्बनिक यौगिक। प्रतिनिधि: यूरिक एसिड, बिलीरुबिन, क्रिएटिन। नाइट्रोजन की मात्रा में वृद्धि एज़ोटॉमी के विकास का संकेत देती है।यह स्थिति मूत्र में चयापचय उत्पादों के उत्सर्जन में समस्याओं या प्रोटीन के सक्रिय विनाश और शरीर में बड़ी मात्रा में नाइट्रोजनयुक्त पदार्थों के प्रवेश के कारण होती है। बाद वाला मामला मधुमेह, उपवास और जलन के लिए विशिष्ट है।
• कार्बनिक यौगिक जिनमें नाइट्रोजन नहीं होती। इसमें कोलेस्ट्रॉल, ग्लूकोज, लैक्टिक एसिड शामिल हैं। लिपिड भी उन्हें साथ रखते हैं।इन सभी घटकों की निगरानी की जानी चाहिए, क्योंकि ये पूर्ण कार्यप्रणाली बनाए रखने के लिए आवश्यक हैं।
• अकार्बनिक पदार्थ (Ca, Mg)। Na और Cl आयन रक्त के pH को स्थिर बनाए रखने के लिए जिम्मेदार हैं।वे आसमाटिक दबाव की भी निगरानी करते हैं। Ca आयन मांसपेशियों के संकुचन में भाग लेते हैं और तंत्रिका कोशिकाओं की संवेदनशीलता को उत्तेजित करते हैं।

रक्त प्लाज्मा संरचना

अंडे की सफ़ेदी

प्लाज्मा रक्त में एल्बुमिन मुख्य घटक (50% से अधिक) है। इसका आणविक भार कम होता है। इस प्रोटीन के निर्माण का स्थान यकृत है।

एल्बुमिन का उद्देश्य:

• फैटी एसिड, बिलीरुबिन, दवाओं, हार्मोन का परिवहन करता है।
• चयापचय और प्रोटीन निर्माण में भाग लेता है।
• अमीनो एसिड को सुरक्षित रखता है।
• ऑन्कोटिक दबाव बनाता है।

डॉक्टर एल्ब्यूमिन की मात्रा से लीवर की स्थिति का आकलन करते हैं। यदि प्लाज्मा में एल्ब्यूमिन की मात्रा कम हो जाती है, तो यह विकृति विज्ञान के विकास को इंगित करता है।बच्चों में इस प्लाज्मा प्रोटीन के निम्न स्तर से पीलिया विकसित होने का खतरा बढ़ जाता है।

ग्लोब्युलिन्स

ग्लोब्युलिन को बड़े आणविक यौगिकों द्वारा दर्शाया जाता है। वे यकृत, प्लीहा और थाइमस द्वारा निर्मित होते हैं।

ग्लोब्युलिन कई प्रकार के होते हैं:

• α - ग्लोब्युलिन।वे थायरोक्सिन और बिलीरुबिन के साथ परस्पर क्रिया करते हैं, उन्हें बांधते हैं। प्रोटीन के निर्माण को उत्प्रेरित करें। हार्मोन, विटामिन, लिपिड के परिवहन के लिए जिम्मेदार।
• β - ग्लोब्युलिन।ये प्रोटीन विटामिन, Fe और कोलेस्ट्रॉल को बांधते हैं। वे Fe और Zn धनायनों, स्टेरॉयड हार्मोन, स्टेरोल्स और फॉस्फोलिपिड्स का परिवहन करते हैं।
• γ - ग्लोब्युलिन।एंटीबॉडी या इम्युनोग्लोबुलिन हिस्टामाइन को बांधते हैं और सुरक्षात्मक प्रतिरक्षा प्रतिक्रियाओं में भाग लेते हैं। वे यकृत, लसीका ऊतक, अस्थि मज्जा और प्लीहा द्वारा निर्मित होते हैं।

γ-ग्लोबुलिन के 5 वर्ग हैं:

• आईजीजी(सभी एंटीबॉडी का लगभग 80%)। इसकी विशेषता उच्च अम्लीयता (एंटीबॉडी से एंटीजन अनुपात) है। प्लेसेंटल बाधा को भेद सकता है।
• आईजीएम- पहला इम्युनोग्लोबुलिन जो अजन्मे बच्चे में बनता है। प्रोटीन में उच्च अम्लीयता होती है। यह टीकाकरण के बाद रक्त में पाया जाने वाला पहला मामला है।
• आईजीए.
• आईजी डी।
• मैं जीई।

फाइब्रिनोजेन एक घुलनशील प्लाज्मा प्रोटीन है। इसका संश्लेषण यकृत द्वारा होता है। थ्रोम्बिन के प्रभाव में, प्रोटीन फ़ाइब्रिन में परिवर्तित हो जाता है, जो फ़ाइब्रिनोजेन का अघुलनशील रूप है।फ़ाइब्रिन के कारण, रक्त का थक्का उन जगहों पर बनता है जहां वाहिकाओं की अखंडता से समझौता किया गया है।

अन्य प्रोटीन और कार्य

ग्लोब्युलिन और एल्ब्यूमिन के बाद प्लाज्मा प्रोटीन के छोटे अंश:

• प्रोथ्रोम्बिन;
• ट्रांसफ़रिन;
• प्रतिरक्षा प्रोटीन;
• सी - रिएक्टिव प्रोटीन;
• थायरोक्सिन-बाइंडिंग ग्लोब्युलिन;
• हैप्टोग्लोबिन।

इन और अन्य प्लाज्मा प्रोटीनों के कार्य इस प्रकार हैं:

• होमियोस्टैसिस और रक्त के एकत्रीकरण की स्थिति को बनाए रखना;
• प्रतिरक्षा प्रतिक्रियाओं का नियंत्रण;
• पोषक तत्वों का परिवहन;
• रक्त के थक्के बनने की प्रक्रिया का सक्रिय होना।

प्लाज्मा के कार्य एवं कार्य

मानव शरीर को प्लाज्मा की आवश्यकता क्यों होती है?

इसके कार्य विविध हैं, लेकिन मूल रूप से वे 3 मुख्य कार्यों में आते हैं:

• रक्त कोशिकाओं और पोषक तत्वों का परिवहन।
• परिसंचरण तंत्र के बाहर स्थित शरीर के सभी तरल पदार्थों के बीच संचार स्थापित करना। यह कार्य प्लाज्मा की संवहनी दीवारों में प्रवेश करने की क्षमता के कारण संभव है।
• हेमोस्टेसिस प्रदान करना। इसमें उस तरल पदार्थ को नियंत्रित करना शामिल है जो रक्तस्राव को रोकता है और परिणामी रक्त के थक्के को हटाता है।

दान में प्लाज्मा का उपयोग

आज, संपूर्ण रक्त नहीं चढ़ाया जाता है: चिकित्सीय प्रयोजनों के लिए प्लाज्मा और गठित घटकों को अलग-अलग अलग किया जाता है। रक्तदान केंद्रों पर, लोग अक्सर विशेष रूप से प्लाज्मा के लिए रक्त दान करते हैं।

रक्त प्लाज्मा प्रणाली

प्लाज्मा कैसे प्राप्त करें?

सेंट्रीफ्यूजेशन का उपयोग करके रक्त से प्लाज्मा प्राप्त किया जाता है। यह विधि आपको एक विशेष उपकरण का उपयोग करके सेलुलर तत्वों को नुकसान पहुंचाए बिना प्लाज्मा को अलग करने की अनुमति देती है. रक्त कोशिकाएं दाता को लौटा दी जाती हैं।

साधारण रक्तदान की तुलना में प्लाज्मा दान प्रक्रिया के कई फायदे हैं:

• रक्त हानि की मात्रा कम होती है, जिसका अर्थ है कि स्वास्थ्य को कम नुकसान होता है।
• 2 सप्ताह के बाद पुनः प्लाज्मा के लिए रक्त दान किया जा सकता है।

प्लाज्मा दान पर प्रतिबंध हैं। इस प्रकार, एक दाता प्रति वर्ष 12 से अधिक बार प्लाज्मा दान नहीं कर सकता है।

प्लाज्मा दान में 40 मिनट से अधिक समय नहीं लगता है।

प्लाज्मा रक्त सीरम जैसे महत्वपूर्ण पदार्थ का स्रोत है। सीरम एक ही प्लाज्मा है, लेकिन फ़ाइब्रिनोजेन के बिना, लेकिन एंटीबॉडी के एक ही सेट के साथ।वे ही विभिन्न रोगों के रोगाणुओं से लड़ते हैं। इम्युनोग्लोबुलिन निष्क्रिय प्रतिरक्षा के तेजी से विकास में योगदान करते हैं।

रक्त सीरम प्राप्त करने के लिए बाँझ रक्त को 1 घंटे के लिए इनक्यूबेटर में रखा जाता है।इसके बाद, परिणामी रक्त के थक्के को टेस्ट ट्यूब की दीवारों से हटा दिया जाता है और 24 घंटे के लिए रेफ्रिजरेटर में रख दिया जाता है। परिणामी तरल को पाश्चर पिपेट का उपयोग करके एक बाँझ बर्तन में जोड़ा जाता है।

रक्त विकृति प्लाज्मा की प्रकृति को प्रभावित करती है

चिकित्सा में, कई बीमारियाँ हैं जो प्लाज्मा की संरचना को प्रभावित कर सकती हैं। ये सभी मानव स्वास्थ्य और जीवन के लिए खतरा पैदा करते हैं।

इनमें से मुख्य हैं:

• हीमोफीलिया।यह एक वंशानुगत विकृति है जब प्रोटीन की कमी होती है, जो जमावट के लिए जिम्मेदार होती है।
• रक्त विषाक्तता या सेप्सिस.एक घटना जो संक्रमण के सीधे रक्तप्रवाह में प्रवेश करने के कारण घटित होती है।
• डीआईसी सिंड्रोम.सदमा, सेप्सिस, गंभीर चोटों के कारण होने वाली एक रोग संबंधी स्थिति। यह रक्त के थक्के जमने के विकारों की विशेषता है, जो एक साथ रक्तस्राव का कारण बनता है और छोटी वाहिकाओं में रक्त के थक्कों का निर्माण करता है।
• गहरी शिरापरक घनास्त्रता।रोग के साथ, गहरी नसों (मुख्य रूप से निचले छोरों में) में रक्त के थक्कों का निर्माण देखा जाता है।
• अतिजमाव।मरीजों में अत्यधिक रक्त के थक्के जमने का निदान किया जाता है। उत्तरार्द्ध की चिपचिपाहट बढ़ जाती है।

प्लाज्मा परीक्षण या वासरमैन प्रतिक्रिया एक अध्ययन है जो प्लाज्मा में ट्रेपोनेमा पैलिडम के प्रति एंटीबॉडी की उपस्थिति का पता लगाता है। इस प्रतिक्रिया के आधार पर, सिफलिस की गणना की जाती है, साथ ही इसके उपचार की प्रभावशीलता भी।

प्लाज्मा एक जटिल संरचना वाला तरल पदार्थ है जो मानव जीवन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। यह प्रतिरक्षा, रक्त के थक्के जमने, होमोस्टैसिस के लिए जिम्मेदार है।

वीडियो - स्वास्थ्य मार्गदर्शिका (रक्त प्लाज्मा)

प्लाज्मा क्या है? प्लाज्मा एक आंशिक या पूर्ण रूप से आयनित गैस है जो विद्युत आवेशित और तटस्थ कणों से बनी होती है, जिसमें कुल विद्युत आवेश शून्य होता है

प्लाज्मा पदार्थ की चौथी अवस्था है। प्राचीन काल में भी, विचारकों का मानना ​​था कि दुनिया चार सरल तत्वों से बनी है: पृथ्वी, जल, वायु और अग्नि। वे आंशिक रूप से सही थे. ये तत्व पदार्थ की ठोस, तरल और गैसीय अवस्था और प्लाज्मा अवस्था में पदार्थ के अनुरूप होते हैं। 10,000°C से ऊपर के तापमान पर, सभी पदार्थ अपनी चौथी प्लाज्मा अवस्था में होते हैं।

प्लाज्मा कहाँ पाया जाता है? प्लाज्मा प्रकृति में पदार्थ की सबसे सामान्य अवस्था है, जो ब्रह्मांड के द्रव्यमान का लगभग 99% है। सूर्य, अधिकांश तारे, नीहारिकाएँ पूर्णतः आयनित प्लाज़्मा हैं। पृथ्वी के वायुमंडल का बाहरी भाग (आयनमंडल) भी प्लाज्मा है। प्लाज्मा युक्त विकिरण पेटियाँ और भी ऊँची हैं। ऑरोरा, बिजली, गोलाकार बिजली सहित, सभी विभिन्न प्रकार के प्लाज्मा हैं जिन्हें पृथ्वी पर प्राकृतिक परिस्थितियों में देखा जा सकता है।

प्लाज्मा की उपस्थिति के लिए शर्तें तापमान के आधार पर, कोई भी पदार्थ अपनी अवस्था बदलता है। इस प्रकार, नकारात्मक तापमान पर पानी ठोस अवस्था में होता है, 0 से 100 0 C तक - तरल अवस्था में, 100 ° C से ऊपर - गैसीय अवस्था में। यदि तापमान बढ़ता रहता है, तो परमाणु और अणु अपने इलेक्ट्रॉन खोना शुरू कर देते हैं - वे आयनित हो जाते हैं और गैस प्लाज्मा में बदल जाती है। यदि किसी पदार्थ को बहुत अधिक तापमान तक गर्म किया जाए या उसमें तेज विद्युत धारा प्रवाहित की जाए तो उसके इलेक्ट्रॉन परमाणुओं से अलग होने लगते हैं। एक इलेक्ट्रॉन को हटाने के बाद परमाणुओं में जो बचता है उस पर धनात्मक आवेश होता है और उसे आयन कहा जाता है; परमाणुओं से इलेक्ट्रॉनों को हटाने की प्रक्रिया को आयनीकरण कहा जाता है। आयनीकरण के परिणामस्वरूप धनात्मक और ऋणात्मक आवेश वाले मुक्त कणों का मिश्रण प्राप्त होता है। इस मिश्रण को प्लाज़्मा कहा गया। 1,000 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के तापमान पर, प्लाज्मा पूरी तरह से आयनित होता है - इसमें केवल इलेक्ट्रॉन और सकारात्मक आयन होते हैं।

प्लाज्मा के प्रकार प्लाज्मा को आमतौर पर आदर्श और गैर-आदर्श, निम्न-तापमान और उच्च-तापमान, संतुलन और गैर-संतुलन में विभाजित किया जाता है। गैस प्लाज्मा को आमतौर पर निम्न तापमान - 100 हजार डिग्री तक और उच्च तापमान - 100 मिलियन डिग्री तक में विभाजित किया जाता है। निम्न तापमान वाले प्लाज़्मा का एक उदाहरण साधारण आग है।

प्लाज्मा के प्रकार एक असंतुलित प्लाज्मा में, इलेक्ट्रॉन का तापमान आयनों के तापमान से काफी अधिक होता है। ऐसा आयन और इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान में अंतर के कारण होता है, जिससे ऊर्जा विनिमय की प्रक्रिया कठिन हो जाती है। यह स्थिति गैस डिस्चार्ज में होती है, जब आयनों का तापमान लगभग सैकड़ों होता है, और इलेक्ट्रॉनों का तापमान लगभग दसियों हज़ार डिग्री होता है। एक संतुलन प्लाज्मा में, दोनों तापमान बराबर होते हैं। चूंकि आयनीकरण प्रक्रिया के लिए आयनीकरण क्षमता के बराबर तापमान की आवश्यकता होती है, संतुलन प्लाज्मा आमतौर पर गर्म होता है (कई हजार डिग्री से अधिक तापमान के साथ)। उच्च तापमान प्लाज्मा शब्द का प्रयोग आमतौर पर थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन प्लाज्मा के लिए किया जाता है, जिसके लिए लाखों केल्विन के तापमान की आवश्यकता होती है।

इतिहास पदार्थ की चौथी अवस्था की खोज 1879 में डब्ल्यू क्रुक्स ने की थी। पहली बार, "प्लाज्मा" शब्द, जो पहले केवल चिकित्सा था, का उपयोग 1923 में अमेरिकी भौतिकविदों लैंगमुइर और टोंक्स द्वारा किया गया था, जिन्होंने इसका उपयोग एक विशेष को निर्दिष्ट करने के लिए करना शुरू किया था। आयनित गैस की अवस्था. लैंगमुइर (1881-1957) और। लेवी टोंको (1897-1971) ने गैस-डिस्चार्ज ट्यूब प्लाज्मा में आयनित गैस को कहा। अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी विलियम क्रुक्स (1832-1919), जिन्होंने दुर्लभ हवा वाली ट्यूबों में विद्युत निर्वहन का अध्ययन किया, ने लिखा: "निष्कासित ट्यूबों में घटना भौतिक विज्ञान के लिए एक नई दुनिया खोलती है, जिसमें पदार्थ चौथी अवस्था में मौजूद हो सकता है।"

सूर्य और पृथ्वी का आयनमंडल सूर्य गर्म प्लाज्मा से बनी एक विशाल गेंद है। सूर्य की सतह से प्लाज्मा की एक शांत धारा लगातार बहती रहती है - तथाकथित सौर हवा। समय-समय पर सूर्य की सतह पर आग की लपटें उठती रहती हैं। ऐसी प्रत्येक चमक के साथ, प्लाज्मा की एक अल्पकालिक धारा अंतरिक्ष में बिखर जाती है। ये प्लाज़्मा धाराएँ, पृथ्वी के वायुमंडल में पहुँचकर, इसमें कई उल्लेखनीय घटनाएँ पैदा करती हैं: अरोरा, चुंबकीय तूफान, रेडियो संचार में व्यवधान। तथ्य यह है कि पृथ्वी के चारों ओर एक प्लाज़्मा शैल है, केवल यह शैल ही ऊंचाई पर स्थित है। आख़िरकार, सूर्य दृश्य प्रकाश के साथ-साथ अदृश्य पराबैंगनी किरणें भी भेजता है। ये किरणें वायु के परमाणुओं पर कार्य करती हैं और उनमें से इलेक्ट्रॉनों को तोड़ देती हैं, यानी आयनीकरण उत्पन्न करती हैं। यह पता चला है कि वायुमंडल की ऊपरी परतें - आयनमंडल - आयनित वायु से बनी होती हैं, दूसरे शब्दों में, प्लाज्मा।

प्लाज्मा का उपयोग प्रकाश प्रौद्योगिकी में प्लाज्मा का सबसे अधिक उपयोग किया जाता है - गैस-डिस्चार्ज लैंप में जो सड़कों को रोशन करते हैं और घर के अंदर उपयोग किए जाने वाले फ्लोरोसेंट लैंप में। और इसके अलावा, विभिन्न प्रकार के गैस-डिस्चार्ज उपकरणों में: इलेक्ट्रिक करंट रेक्टिफायर, वोल्टेज स्टेबलाइजर्स, प्लाज्मा एम्पलीफायर और अल्ट्रा-हाई फ्रीक्वेंसी (माइक्रोवेव) जनरेटर, कॉस्मिक पार्टिकल काउंटर। सभी तथाकथित गैस लेजर (हीलियम-नियॉन, क्रिप्टन, कार्बन डाइऑक्साइड, आदि) वास्तव में प्लाज्मा हैं: उनमें गैस मिश्रण एक विद्युत निर्वहन द्वारा आयनित होता है।

प्रभाव आयनीकरण की उच्च दक्षता के कारण गैस डिस्चार्ज में बड़ी संख्या में सकारात्मक आयन दिखाई देते हैं, और आयनों और इलेक्ट्रॉनों की सांद्रता समान होती है। समान सांद्रता के साथ वितरित इलेक्ट्रॉनों और धनात्मक आयनों की ऐसी प्रणाली कहलाती है प्लाज्मा . "प्लाज्मा" शब्द 1929 में अमेरिकी भौतिकविदों आई. लैंगमुइर और एल. टोंक्स द्वारा पेश किया गया था।

गैस डिस्चार्ज में जो प्लाज्मा दिखाई देता है उसे गैस-डिस्चार्ज कहा जाता है; इसमें ग्लो डिस्चार्ज का एक सकारात्मक स्तंभ, स्पार्क और आर्क डिस्चार्ज का एक चैनल शामिल है।

सकारात्मक स्तंभ तथाकथित का प्रतिनिधित्व करता है गैर-आइसोथर्मल प्लाज्मा. ऐसे प्लाज्मा में इलेक्ट्रॉनों, आयनों और तटस्थ अणुओं (परमाणुओं) की औसत गतिज ऊर्जाएँ भिन्न होती हैं।

आइए एक आदर्श गैस के अणुओं की औसत गतिज ऊर्जा (ग्लो डिस्चार्ज में गैस का दबाव छोटा है, इसलिए इसे आदर्श माना जा सकता है) और तापमान के बीच संबंध को याद करें

यह तर्क दिया जा सकता है कि प्लाज्मा घटकों का तापमान अलग-अलग होता है। इस प्रकार, 3 मिमी के दबाव पर नियॉन में चमक निर्वहन में इलेक्ट्रॉन तापमान। आरटी. कला।, लगभग 4∙10 4 K, और आयनों और परमाणुओं का तापमान 400 K है, और आयनों का तापमान परमाणु तापमान से थोड़ा अधिक है।

प्लाज्मा जिसमें समानता होती है:(जहां सूचकांक " उह», « और», « ए"इलेक्ट्रॉनों, आयनों, परमाणुओं को संदर्भित करता है) इज़ोटेर्मल कहा जाता है . ऐसा प्लाज्मा उच्च तापमान (वायुमंडलीय दबाव और ऊपर, स्पार्क चैनल पर चाप जलने) का उपयोग करके आयनीकरण के दौरान होता है; उदाहरण के लिए, एक अति-उच्च दबाव चाप (1000 एटीएम तक) में प्लाज्मा तापमान 10,000 K तक पहुंच जाता है, थर्मोन्यूक्लियर विस्फोट के दौरान प्लाज्मा तापमान कई दसियों लाख डिग्री के क्रम पर होता है, थर्मोन्यूक्लियर का अध्ययन करने के लिए TOKAMAK इंस्टॉलेशन में प्रतिक्रियाएँ - 7∙10 6 के क्रम पर क।

प्लाज्मा न केवल तब उत्पन्न हो सकता है जब किसी गैस से करंट प्रवाहित होता है। गैस को उच्च तापमान पर गर्म करके भी प्लाज्मा अवस्था में परिवर्तित किया जा सकता है। तारों के आंतरिक क्षेत्र (सूर्य सहित) प्लाज्मा अवस्था में होते हैं, जिनका तापमान 10 8 K तक पहुँच जाता है (चित्र 8.10)।

प्लाज्मा में आवेशित कणों की लंबी दूरी की कूलम्ब अंतःक्रिया से प्लाज्मा की गुणात्मक विशिष्टता उत्पन्न होती है, जो हमें इसे विशेष मानने की अनुमति देती है, पदार्थ की चौथी अवस्था.

प्लाज्मा के सबसे महत्वपूर्ण गुण :

ब्रह्माण्ड में प्लाज्मा पदार्थ की सबसे सामान्य अवस्था है। सूर्य और अन्य तारे पूरी तरह से आयनित, उच्च तापमान वाले प्लाज्मा से बने हैं। तारकीय विकिरण ऊर्जा का मुख्य स्रोत अत्यधिक तापमान पर तारों के आंतरिक भाग में होने वाली थर्मोडायनामिक संलयन प्रतिक्रियाएं हैं। ठंडी नीहारिकाएं और अंतरतारकीय माध्यम भी प्लाज्मा अवस्था में हैं। वे कम तापमान वाले प्लाज्मा हैं, जिनका आयनीकरण मुख्य रूप से तारों से पराबैंगनी विकिरण के प्रभाव में फोटोआयनीकरण के माध्यम से होता है। पृथ्वी के निकट अंतरिक्ष में, कमजोर आयनित प्लाज्मा पृथ्वी के विकिरण बेल्ट और आयनमंडल में पाया जाता है। इस प्लाज्मा में होने वाली प्रक्रियाएं चुंबकीय तूफान, लंबी दूरी के रेडियो संचार में व्यवधान और अरोरा जैसी घटनाओं से जुड़ी होती हैं।

गैसों में चमक, चिंगारी और चाप निर्वहन के दौरान गठित कम तापमान वाले गैस-डिस्चार्ज प्लाज्मा का उपयोग विभिन्न प्रकाश स्रोतों, गैस लेजर में, वेल्डिंग, काटने, पिघलने और अन्य प्रकार के धातु प्रसंस्करण के लिए व्यापक रूप से किया जाता है।

प्लाज्मा भौतिकी में मुख्य व्यावहारिक रुचि नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर संलयन की समस्या को हल करने से जुड़ी है - नियंत्रित परिस्थितियों में उच्च तापमान पर प्रकाश परमाणु नाभिक के संलयन की प्रक्रिया। प्रतिक्रिया में रिएक्टर का ऊर्जा उत्पादन 10 5 किलोवाट/मीटर 3 है

10 5 सेमी - 3 के प्लाज्मा घनत्व और 10 8 K के तापमान पर।

उच्च तापमान वाले प्लाज्मा (1950 यूएसएसआर, आई.ई. टैम, ए.डी. सखारोव) को एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र द्वारा चुंबकीय कुंडलियों के साथ एक टोरॉयडल कक्ष में शामिल करने का प्रस्ताव है, जिसे संक्षेप में कहा जाता है - tokamak. चित्र 8.11 दर्शाता है टोकामक सर्किट: 1 - ट्रांसफार्मर की प्राथमिक वाइंडिंग; 2 - टोरॉयडल चुंबकीय क्षेत्र कॉइल्स; 3 - टॉरॉयडल विद्युत क्षेत्र को समतल करने के लिए लाइनर, पतली दीवार वाला आंतरिक कक्ष; 4 - टोरॉयडल चुंबकीय क्षेत्र कॉइल्स; 5 - निर्वात कक्ष; 6 - लौह कोर (चुंबकीय कोर)।

वर्तमान में, विश्व थर्मोन्यूक्लियर कार्यक्रम के कार्यान्वयन के हिस्से के रूप में, नवीनतम प्रणालियाँ जैसे tokamak. उदाहरण के लिए, पहला रूसी गोलाकार टोकामक"ग्लोबस-एम"। प्लाज्मा विन्यास नियंत्रण का अध्ययन करने के लिए एक बड़ा टोकामक टीएम-15 बनाने की योजना बनाई गई है। थर्मोन्यूक्लियर ऊर्जा प्रौद्योगिकियों का परीक्षण करने के लिए कजाख टोकामक केटीएम का निर्माण शुरू हो गया है। चित्र 8.12 केटीएम टोकामक का एक क्रॉस-सेक्शनल आरेख और एक निर्वात कक्ष के साथ इसका दृश्य दिखाता है।

उच्च तापमान वाले प्लाज्मा में नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया के कार्यान्वयन से भविष्य में मानवता को ऊर्जा का व्यावहारिक रूप से अटूट स्रोत प्राप्त करने की अनुमति मिलेगी।

निम्न तापमान प्लाज्मा ( टी~ 10 3 K) का उपयोग गैस-डिस्चार्ज प्रकाश स्रोतों, गैस लेजर, थर्मल ऊर्जा के थर्मिओनिक कन्वर्टर्स को विद्युत ऊर्जा में किया जाता है। एक प्लाज्मा इंजन बनाना संभव है जो बाहरी अंतरिक्ष और दीर्घकालिक अंतरिक्ष उड़ानों में युद्धाभ्यास के लिए प्रभावी हो।

प्लाज्मा, प्लाज्मा रॉकेट इंजन और एमएचडी जनरेटर में एक कार्यशील तरल पदार्थ के रूप में कार्य करता है।

चुंबकीय क्षेत्र में प्लाज्मा की गति का उपयोग आयनित गैस की आंतरिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में सीधे परिवर्तित करने की विधि में किया जाता है। में इस पद्धति को लागू किया गया मैग्नेटोहाइड्रोडायनामिक जनरेटर(एमएचडी जनरेटर), जिसका सर्किट आरेख चित्र 8.13 में दिखाया गया है।

ईंधन के दहन और क्षार धातु वाष्प के साथ दहन उत्पादों के संवर्धन के परिणामस्वरूप अत्यधिक गर्म आयनित गैस, जो गैस के आयनीकरण की डिग्री को बढ़ाती है, नोजल से गुजरती है और उसमें फैलती है। इस स्थिति में, गैस की आंतरिक ऊर्जा का एक भाग उसकी गतिज ऊर्जा में परिवर्तित हो जाता है। एक अनुप्रस्थ चुंबकीय क्षेत्र में (चित्रा 8.9 में, क्षेत्र चुंबकीय प्रेरण वेक्टर को ड्राइंग के विमान से परे निर्देशित किया जाता है), सकारात्मक आयन लोरेंत्ज़ बलों की कार्रवाई के तहत ऊपरी इलेक्ट्रोड की ओर विक्षेपित होते हैं ए, और मुक्त इलेक्ट्रॉन निचले इलेक्ट्रोड में चले जाते हैं को. जब इलेक्ट्रोड को बाहरी भार से शॉर्ट किया जाता है, तो एनोड से निर्देशित एक विद्युत प्रवाह इसके माध्यम से प्रवाहित होता है ए,एमएचडी जनरेटर, इसके कैथोड तक को.

पराबैंगनी रेंज में विद्युत चुम्बकीय तरंगों को उत्सर्जित करने के लिए प्लाज्मा के गुणों का उपयोग आधुनिक फ्लैट-स्क्रीन प्लाज्मा टीवी में किया जाता है। एक फ्लैट स्क्रीन में प्लाज्मा आयनीकरण गैस डिस्चार्ज में होता है। डिस्चार्ज तब होता है जब गैस के अणुओं पर विद्युत क्षेत्र द्वारा त्वरित किए गए इलेक्ट्रॉनों द्वारा बमबारी की जाती है - एक स्वतंत्र डिस्चार्ज। डिस्चार्ज को काफी उच्च विद्युत क्षमता पर बनाए रखा जाता है - दसियों और सैकड़ों वोल्ट। प्लाज्मा डिस्प्ले के लिए सबसे आम गैस भरना क्सीनन के अतिरिक्त हीलियम या नियॉन पर आधारित अक्रिय गैसों का मिश्रण है।

गैस-डिस्चार्ज तत्वों का उपयोग करने वाले फ्लैट-पैनल टीवी या डिस्प्ले की स्क्रीन बड़ी संख्या में कोशिकाओं से बनी होती है, जिनमें से प्रत्येक एक स्वतंत्र उत्सर्जक तत्व है। चित्र 8.14 एक प्लाज़्मा सेल का डिज़ाइन दिखाता है जिसमें फॉस्फोर 1, इलेक्ट्रोड 2 जो प्लाज़्मा 5, एक ढांकता हुआ परत (एमजीओ) 3, ग्लास 4, एक एड्रेस इलेक्ट्रोड 6 शामिल है। एड्रेस इलेक्ट्रोड, एक के मुख्य कार्य के साथ कंडक्टर, एक दर्पण का कार्य करता है जो दर्शक की ओर फॉस्फर द्वारा उत्सर्जित प्रकाश के आधे हिस्से को प्रतिबिंबित करता है।

ऐसी प्लाज्मा स्क्रीन का सेवा जीवन 30 हजार घंटे है।

फ्लैट गैस-डिस्चार्ज स्क्रीन जो रंगीन छवियों को पुन: प्रस्तुत करती हैं, तीन प्रकार के फॉस्फोर का उपयोग करती हैं जो लाल (आर), हरा (जी) और नीला (बी) प्रकाश उत्सर्जित करते हैं। गैस-डिस्चार्ज तत्वों से बनी स्क्रीन वाले एक फ्लैट-स्क्रीन टीवी में लगभग दस लाख छोटी प्लाज्मा कोशिकाएं होती हैं जो आरजीबी पिक्सल के त्रिक में एकत्रित होती हैं ( पिक्सेल - चित्र तत्व).

इस तथ्य के बावजूद कि ब्रह्मांड में लगभग सभी द्रव्यमान प्लाज्मा की स्थिति में मौजूद हैं, स्थलीय स्थितियों में हम प्लाज्मा का सामना बहुत कम ही करते हैं, उदाहरण के लिए बिजली गिरने या विकिरण स्रोत से निर्वहन जैसे मामलों में। हालाँकि, हमारे सूर्य (न्यूट्रॉन सितारों को छोड़कर) और अधिकांश अंतरतारकीय द्रव्यमान सहित तारों का संपूर्ण द्रव्यमान प्लाज्मा अवस्था में है, जिसकी तुलना में ब्रह्मांड का शेष सारा द्रव्यमान "कचरा" है। सभी ग्रह, क्षुद्रग्रह, चंद्रमा, धूमकेतु और यहां तक ​​कि हमारी अपनी पृथ्वी भी उस "कचरा" का हिस्सा हैं। प्लाज्मा विद्युत चुम्बकीय तरंगों और विशेष रूप से दृश्य प्रकाश का एक स्रोत है। उच्च तापमान वाले प्लाज्मा में, विद्युत आवेशित कण अत्यधिक गति से चलते हैं , एक दूसरे के साथ बातचीत करते हैं और गति की गति और दिशाओं को तेजी से बदलते हैं। इस तरह के विकिरण का स्पेक्ट्रम निरंतर होता है। कम तापमान वाले प्लाज्मा में इलेक्ट्रॉन के गोले में बंधे इलेक्ट्रॉनों के साथ परमाणु होते हैं। उनकी बातचीत से इलेक्ट्रॉन में विभिन्न ऊर्जा स्तरों के बीच इलेक्ट्रॉनों का संक्रमण होता है गोले। निचले स्तरों पर ऐसे संक्रमणों के परिणामस्वरूप जारी ऊर्जा, विद्युत चुम्बकीय तरंगों के रूप में भी उत्सर्जित होती है। इस विकिरण के स्पेक्ट्रम में एक रेखा या बैंड पैटर्न होता है।

प्लाज्मा के गुण ठोस, तरल और गैसों के गुणों से काफी भिन्न होते हैं। अतः प्लाज्मा को पदार्थ की चौथी अवस्था माना जाता है।

प्लाज्मा क्या है? सिद्धांत रूप में, प्लाज्मा अत्यधिक आयनित अवस्था में एक पदार्थ है, जो कुछ अन्य स्थितियों के अनुरूप होता है (क्योंकि पदार्थ हमेशा कुछ हद तक आयनित होता है)। न केवल गैसों में, बल्कि ठोस पदार्थों में भी, कई मुक्त इलेक्ट्रॉनों (एक क्रिस्टल जाली में मजबूती से तय किए गए सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए आयनों की पृष्ठभूमि के खिलाफ चलते हुए) को प्लाज्मा के रूप में देखा जा सकता है। परिभाषा के अनुसार, प्लाज्मा सामूहिक रूप से व्यवहार करने वाले आवेशित और तटस्थ कणों की एक अर्ध-तटस्थ गैस है। इसका अर्थ क्या है?

तटस्थ अणु आपसी टकराव के माध्यम से ही इस प्रकार परस्पर क्रिया करते हैं कि उनका व्यवहार उनके निकटतम पड़ोसी अणुओं के व्यवहार पर ही निर्भर करता है। हालाँकि, विद्युत आवेशित कणों की गति धनात्मक या ऋणात्मक आवेश के उच्च या निम्न सांद्रता वाले क्षेत्र और इसलिए विद्युत क्षेत्र बना सकती है। विद्युत चुम्बकीय संपर्क के माध्यम से, ये क्षेत्र बड़ी दूरी पर अन्य आवेशित कणों की गति को प्रभावित करते हैं

कूलम्ब (इलेक्ट्रोस्टैटिक) बल परमाणुओं और अणुओं के बीच परस्पर क्रिया के बलों की तुलना में अधिक मजबूत और लंबे समय तक चलने वाले होते हैं।

प्लाज्मा में विद्युत आवेशित कणों का घनत्व इतना अधिक होना चाहिए कि विद्युत चुम्बकीय संपर्क तटस्थ परमाणुओं और अणुओं के बीच टकराव पर हावी हो सके। इसलिए प्लाज्मा की विशिष्ट गति। सामूहिक व्यवहार से हमारा तात्पर्य उस गति से है जो न केवल आसपास की स्थितियों पर निर्भर करती है, बल्कि बड़ी दूरी पर प्लाज्मा स्थितियों पर भी निर्भर करती है। इस प्रकार, प्लाज्मा का स्वयं पर प्रभाव पड़ता है। इस हलचल को स्पष्ट रूप से देखा जा सकता है, उदाहरण के लिए, विस्फोटों (प्रमुखता) में।

तटस्थ परमाणुओं और अणुओं के बीच टकराव पर विद्युत चुम्बकीय संपर्क हावी होने के लिए प्लाज्मा में विद्युत आवेशित कणों का घनत्व भी अधिक होना चाहिए। इन परिस्थितियों में, आयनित गैस बाहरी विद्युत क्षेत्रों को स्क्रीन करने में सक्षम होती है, जिससे अंतरिक्ष आवेश बनता है। ये अंतरिक्ष आवेश उन परिवर्तनों में हस्तक्षेप करते हैं जिन्होंने उन्हें बनाया है, उनके विरुद्ध कार्य करते हैं और एक नया संतुलन स्थापित करते हैं। विपरीत आवेश वाले आवेशित कणों का एक परिरक्षण अंतरिक्ष आवेश एक बाहरी विद्युत आवेश के चारों ओर बनता है, जो प्लाज्मा में निर्मित होता है और एक बाहरी बल द्वारा वहां बनाए रखा जाता है, जैसा कि चित्र में दिखाया गया है। 4.1.

इस परत की चौड़ाई तापमान के साथ बढ़ती है और कण घनत्व बढ़ने के साथ घटती जाती है। ये तो समझ में आता है. आवेशित कणों की गतिज ऊर्जा अपर्याप्त परिरक्षण का कारण बनती है, जिससे अंतरिक्ष आवेश के बाहर विद्युत क्षेत्र शून्य नहीं होता है, बल्कि शून्य के करीब पहुँच जाता है, जैसा कि चित्र में दिखाया गया है। 4.2.

इस कारण से, परिरक्षण परत के पास के कणों में इलेक्ट्रोस्टैटिक बलों द्वारा बनाई गई क्षमता को छोड़ने के लिए पर्याप्त गतिज ऊर्जा होती है। आवेशित कणों के उच्च तापमान से परिरक्षण परत का अधिक प्रसार होता है और इसकी चौड़ाई अधिक हो जाती है।

दूसरी ओर, आवेशित कणों की सांद्रता जितनी अधिक होगी, इलेक्ट्रोस्टैटिक बल उतना ही अधिक होगा। नतीजतन, अंतरिक्ष आवेश की सीमा अधिक तीव्र होती है। परिरक्षण परत की सटीक सीमा निर्धारित करने में कठिनाइयों के कारण डेबी लंबाई नामक एक नई मात्रा पेश करने की आवश्यकता होती है, जो प्लाज्मा की परिरक्षण क्षमता का एक माप है। गणित दूरी d पर विद्युत क्षमता (पी) के लिए एक घातांकीय निर्भरता देता है, और डिबाई लंबाई XD को उस दूरी के रूप में परिभाषित किया जाता है जिस पर विद्युत

विभव (p() को घटाकर - कर दिया गया है, जहां e एक ज्ञात गणितीय स्थिरांक है -

प्राकृतिक लघुगणक का आधार.

अर्ध-तटस्थता का अर्थ है कि स्थूल दृष्टिकोण से, प्लाज्मा की छोटी मात्रा में भी इलेक्ट्रॉन घनत्व प्रभावी रूप से आयन घनत्व के बराबर होता है; इसे प्लाज्मा घनत्व कहा जाता है। इस प्रकार प्लाज्मा दिखने में विद्युत रूप से तटस्थ होता है, लेकिन सूक्ष्म दृष्टिकोण से, मुक्त इलेक्ट्रॉनों और आयनों की विद्युत चुम्बकीय बातचीत प्लाज्मा को इसकी कुछ विशेषताएं प्रदान करती है। उदाहरण के लिए, संभावना है कि एक ही प्लाज्मा में इलेक्ट्रॉनों और आयनों का तापमान अलग-अलग हो; चुंबकीय क्षेत्र में कणों का बहाव या विस्थापन; चुंबकीय दर्पणों (या तथाकथित पिंच प्रभाव) में मल्टी-स्टेज एडियाबेटिक संपीड़न द्वारा प्लाज्मा हीटिंग; प्लाज्मा तरंगें (उदाहरण के लिए, प्लाज्मा दोलन, सीटी, शॉक तरंगें, आदि); अरैखिक प्रभाव (जैसे दीवार परत का अस्तित्व); प्लाज़्मा किनारा (अर्थात्, संचरित और परावर्तित फोटॉनों की आवृत्तियों के बीच की सीमा, यानी विद्युत चुम्बकीय तरंगें), आदि। इन प्रभावों का अधिक विस्तृत विवरण इस अध्याय के दायरे से परे है। वे जो हैं

इन मुद्दों में रुचि रखने वाले, वे विशेष साहित्य में अतिरिक्त जानकारी पा सकते हैं, उदाहरण के लिए।

ऊपर दी गई प्लाज्मा की परिभाषा को पूरा करने के लिए अन्य शर्तों को भी पूरा करना होगा। प्लाज्मा की मात्रा डेबी लंबाई की तुलना में आकार में बहुत बड़ी होनी चाहिए (परिमाण का कम से कम एक क्रम)। केवल तभी जब सभी बाहरी संभावनाओं को प्लाज्मा के आकार से छोटी दूरी पर परिरक्षित किया जाता है, तो अर्ध-तटस्थता बनाए रखी जाएगी। इसके अलावा, यदि आवेशित कणों की संख्या काफी बड़ी है तो डेबी स्क्रीनिंग प्रकृति में सांख्यिकीय होगी। इलेक्ट्रॉन-आयन युग्मों की एक छोटी संख्या को प्लाज्मा नहीं माना जा सकता है।

तापमान कणों की गति का परिणाम है। हालाँकि, प्लाज्मा तापमान को सामान्य से थोड़ी अलग व्याख्या की आवश्यकता होती है। प्लाज्मा में, उच्च तापमान उच्च तापीय ऊर्जा से जुड़ा नहीं है। उदाहरण के लिए, एक फ्लोरोसेंट ट्यूब में, एक कम दबाव वाला आर्क डिस्चार्ज Ar और Hg वाष्प के मिश्रण में "जलता" है। एक ही प्लाज्मा में अलग-अलग तापमान मौजूद होते हैं क्योंकि इलेक्ट्रॉनों और आयनों का द्रव्यमान अलग-अलग होता है और विद्युत क्षेत्र में उनका त्वरण भी अलग-अलग होता है। इसलिए उनकी औसत ऊर्जाएं अलग-अलग हैं। इलेक्ट्रॉन तापमान T * 104K के क्रम का है। लेकिन गैस का दबाव कम है, कण सांद्रता अपेक्षाकृत छोटी है और ताप क्षमता कम है। पर्यावरण में उत्सर्जित कणों की क्रिया के माध्यम से थर्मल ऊर्जा को ग्लास पाइप में स्थानांतरित किया जाता है। तापमान व्यक्तिगत कणों की ऊर्जा के सांख्यिकीय वितरण द्वारा निर्धारित किया जाता है। संबंध E = kT के अनुसार, जहां k बोल्ट्जमैन स्थिरांक है, और तापमान T = 11,600 K ऊर्जा E = 1 eV से मेल खाता है। यह घटना पृथ्वी के वायुमंडल में भी देखी जाती है। पृथ्वी की सतह से h = 10,000 मीटर से अधिक ऊंचाई पर, ब्रह्मांडीय विकिरण के प्रभाव में वायुमंडल अधिक दृढ़ता से आयनित होता है। प्लाज्मा तापमान T > 10,000 K से अधिक मान तक पहुँच जाता है, जबकि हवा का तापमान बहुत कम होता है। इस बात पर जोर दिया जाना चाहिए कि इतने कम प्लाज्मा तापमान पर आयनीकरण दर आमतौर पर बहुत कम होती है। अधिकांश परमाणु तटस्थ अवस्था में होते हैं और केवल कुछ ही आयनित होते हैं। आयनित परमाणुओं का प्रतिशत एक छोटा मान है।

चित्र में. 4.3 उसके घनत्व और इलेक्ट्रॉन ऊर्जा के आधार पर कुछ प्रकार के प्लाज्मा के विशिष्ट क्षेत्रों को दर्शाता है। कुछ क्षेत्रों के लिए, मीटर में डेबी लंबाई के परिमाण के आदेश भी दिए गए हैं। जाहिर है, प्लाज्मा की सीमाएं वास्तव में बहुत व्यापक हैं। यह अंतरतारकीय अंतरिक्ष में 106m~3 से लेकर तारों के कोर में 106m तक आवेशित कणों की सांद्रता में मौजूद हो सकता है। सुपरनोवा विस्फोटों के दौरान घनत्व और भी अधिक हो सकता है। उसी तरह, आवेशित कणों की ऊर्जा का मान अंतरतारकीय अंतरिक्ष में लगभग £ 10 2 eV, एक ठोस में आयन-इलेक्ट्रॉन गैस में लगभग £ 10 2 eV और E * 104 eV तक हो सकता है। सबसे गर्म सितारों के कोर. लेकिन पृथ्वी पर हम आम तौर पर किस प्रकार के प्लाज़्मा का सामना कर सकते हैं?

शास्त्रीय दहन या तेज़ ऑक्सीकरण प्रक्रियाओं में ज्वाला प्लाज्मा में आयनीकरण की डिग्री बहुत छोटी होती है। सामान्य दहन के दौरान, लौ में तापमान लगभग T = 1000 K होता है, और विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए बर्नर में यह अधिकतम T = 4500 K तक पहुँच जाता है।

■ खुली जगह

प्लाज़्मा के संदर्भ में, ये तापमान बहुत कम होते हैं, लेकिन इस प्रकार का प्लाज़्मा स्थलीय स्थितियों में सबसे आम प्रकार का प्लाज़्मा है।

इलेक्ट्रिक डिस्चार्ज प्लाज्मा में उल्लेखनीय रूप से उच्च तापमान प्राप्त किया जा सकता है। ऐसा प्रतीत होता है कि बिजली उच्च तापमान वाले प्लाज्मा का एकमात्र रूप है, जिसमें आयनीकरण की उच्च डिग्री होती है, जो प्रकृति में स्वचालित रूप से होती है। बिजली की चमक एक विशाल स्पार्क डिस्चार्ज है जिसमें तापमान T = 3x104 K के साथ प्लाज्मा / = 10"6 s के क्रम की अवधि के लिए लगभग r = 0.1 m के व्यास वाले एक संचालन चैनल में बनता है। तुरंत गर्म हो जाता है गैस फैलती है, जिससे ध्वनिक तरंगें पैदा होती हैं, जो विद्युत निर्वहन में कृत्रिम रूप से निर्मित गड़गड़ाहट प्लाज्मा का व्यापक रूप से विभिन्न प्रौद्योगिकियों में उपयोग किया जाता है, जिसका विवरण इस प्रकाशन के दायरे से परे है।

इलेक्ट्रिक डिस्चार्ज प्लाज़्मा निम्न-तापमान प्लाज़्मा की श्रेणी में आता है, हालाँकि इसमें T ~ 104 K के क्रम का तापमान पहुँच जाता है। उच्च तापमान प्लाज़्मा से हमारा तात्पर्य पूरी तरह से आयनित प्लाज़्मा से है जिसमें कोई तटस्थ परमाणु मौजूद नहीं होता है। यह अवस्था 7'>105K तापमान पर बनती है। हाइड्रोजन प्लाज्मा के मामले में, आगे उत्तेजना केवल बढ़ते तापमान के साथ हो सकती है। भारी तत्वों के प्लाज़्मा में, आपूर्ति की गई ऊर्जा का उपयोग बार-बार आयनीकरण, यानी अधिक इलेक्ट्रॉनों के निर्माण के लिए किया जाता है। प्लाज्मा में

भारी तत्वों के अलावा, T «10e K के आसपास के तापमान पर नाभिक पूरी तरह से "शुद्ध" हो जाते हैं। ऐसे तापमान पर, हाइड्रोजन परमाणुओं (प्रोटॉन) के नाभिक में समान विद्युत आवेशों की प्रतिकारक शक्तियों पर काबू पाने और संपर्क करने के लिए पर्याप्त गतिज ऊर्जा होती है प्रत्येक इतना करीब (^ = 1 (G|5m) कि परमाणु प्रतिक्रिया का कारण बन सकता है। ऐसा प्लाज्मा मौजूद है, उदाहरण के लिए, तारों के कोर में और विशेष रूप से हमारे सूर्य की गहराई में। यहां तक ​​कि भारी नाभिक को "साफ" करने के लिए, यहां तक ​​कि उच्च तापमान भी आवश्यक हैं, क्योंकि परमाणु विद्युत आवेश अधिक होते हैं, और इसलिए नाभिकों के बीच प्रतिकारक इलेक्ट्रोस्टैटिक बल अधिक होते हैं। लगभग T = 10वें K के तापमान पर, जो एक सुपरनोवा विस्फोट के दौरान छोटी अवधि के लिए प्राप्त किया जा सकता है, नाभिक पूरी तरह से विभाजित हो जाता है, जिससे एक प्लाज्मा बनता है जिसमें केवल मुक्त हाइड्रोजन नाभिक (प्रोटॉन) और मुक्त इलेक्ट्रॉन ही मौजूद हो सकते हैं।

इसके बाद, आइए हम परमाणु ऊर्जा विमोचन की भौतिकी की ओर मुड़ें। परमाणुओं के नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होते हैं। हालाँकि, परमाणु विश्राम द्रव्यमान, नाभिक बनाने वाले मुक्त प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के शेष द्रव्यमान के योग से कम है। यह द्रव्यमान दोष परमाणु बंधन ऊर्जा में परिवर्तित हो जाता है जो नाभिक को एक साथ रखता है।

इसे आइंस्टीन के सुप्रसिद्ध सूत्र E-Ate2 द्वारा व्यक्त किया जाता है। चित्र 4.4 नाभिक की द्रव्यमान संख्या पर बंधन ऊर्जा की निर्भरता को स्पष्ट करता है। यह स्पष्ट है कि ऊर्जा या तो हल्के नाभिकों के भारी नाभिकों में, जो स्थिर नाभिक की अवस्था में होते हैं, संलयन से प्राप्त की जा सकती है, या भारी नाभिकों के स्थिर नाभिकों में विखंडन से भी प्राप्त की जा सकती है। प्रकाश नाभिक के संलयन को थर्मोन्यूक्लियर कहा जाता है

प्रतिक्रिया, या परमाणु संलयन, और तारों के कोर में होता है। सूर्य का द्रव्यमान मुख्य रूप से हाइड्रोजन नाभिक और मुक्त इलेक्ट्रॉनों, हीलियम नाभिक का एक छोटा सा अंश और लिथियम नाभिक के निशान और संभवतः भारी तत्वों से बना है। तालिका में 4.1 सौर कोर में होने वाली कुछ प्रतिक्रियाओं के उदाहरण प्रदान करता है। विभिन्न प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप निकलने वाली ऊर्जा की मात्रा भी दर्शाई गई है।

तालिका 4.1. सौर कोर में परमाणु प्रतिक्रियाओं के उदाहरण

भारी नाभिकों की विखंडन प्रक्रिया परमाणु विखंडन रिएक्टरों में नियंत्रित तरीके से या अनियंत्रित परमाणु विस्फोट प्रतिक्रिया के रूप में हो सकती है। उच्च तापमान वाले प्लाज्मा को कृत्रिम रूप से या तो परमाणु विस्फोट द्वारा या बहुत जटिल उपकरणों में बनाया जा सकता है, जो आमतौर पर पल्स अवधि के साथ माइक्रोसेकंड से लेकर मिलीसेकंड तक स्पंदित मोड में काम करता है।

इन उपकरणों में तथाकथित बंद टोरी (टोकामक्स) और चुंबकीय जाल शामिल हैं। चुंबकीय जाल ऐसे उपकरण हैं जो चुटकी प्रभाव से संचालित होते हैं, लेजर हीटिंग आदि का उपयोग करते हैं। हालांकि, बिजली उत्पादन के लिए उनके तकनीकी सुधार और उपयोग में सुधार के गहन प्रयासों के बावजूद, संलयन प्रतिक्रियाओं का उपयोग करके ऊर्जा उत्पादन के लिए ऐसे उपकरणों का व्यावहारिक महत्व वर्तमान में काफी सीमित है। शांतिपूर्ण उद्देश्यों के लिए परमाणु विस्फोट हमेशा न्यूनतम उपयोगी होता है।

पूरी तरह से "शुद्ध" नाभिक के साथ उच्च तापमान वाला प्लाज्मा तब बनता है जब एकाधिक आयनीकरण के परिणामस्वरूप सभी इलेक्ट्रॉनों को परमाणु नाभिक से हटा दिया जाता है। ऐसा प्लाज्मा एक लाइन स्पेक्ट्रम उत्सर्जित नहीं कर सकता है, क्योंकि इलेक्ट्रॉन पूरी तरह से मुक्त होते हैं और अधिक प्रदर्शित नहीं कर सकते हैं-

परमाणुओं के इलेक्ट्रॉनिक कोशों में ऊर्जा स्तरों के बीच विस्थापन। इसलिए, विद्युत आवेशित कणों के टकराव के परिणामस्वरूप होने वाले शोर की पहचान के साथ केवल फोटॉन उत्सर्जित होते हैं जिनकी गति की दिशा विद्युत चुम्बकीय तरंग (फोटॉन) के उत्सर्जन के साथ अचानक बदल जाती है। ऐसे प्लाज्मा का उत्सर्जन स्पेक्ट्रम बहुत व्यापक और निरंतर होता है। यह उच्च-ऊर्जा पराबैंगनी क्षेत्र से होकर एक्स-रे तक जाता है। यह फोटॉन ऊर्जा उत्सर्जित होती है, अर्थात इसे प्लाज्मा से हटा दिया जाता है। इसकी पुनःपूर्ति के बिना, प्लाज्मा तापमान कम होना शुरू हो जाएगा, और इलेक्ट्रॉनों और आयनों का पुनर्संयोजन शुरू हो जाएगा, यानी, प्लाज्मा बस गायब हो जाएगा। तारों में, बाहर की ओर उत्सर्जित ऊर्जा की भरपाई उनके कोर में होने वाली थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप जारी ऊर्जा से होती है। कृत्रिम प्लाज्मा के मामले में (परमाणु प्रतिक्रियाओं की अनुपस्थिति में), इसे बनाए रखने के लिए, ऊर्जा को किसी तरह लगातार बाहर से आपूर्ति की जानी चाहिए, उदाहरण के लिए बिजली, उच्च आवृत्ति विद्युत क्षेत्र ऊर्जा या लेजर विकिरण के रूप में