Muistan lukeneeni kokeesta, jossa hienoja volframisauvoja kuumennettiin miljoonilla ampeereilla sähköä, sulatettiin ne ionisoituun kaasuun ja puristettiin sitten ( magneettikentillä?) plasmaan.
Plasma lämpenee lämpötilaan, jota ei ole koskaan saavutettu. En muista tarkalleen, mutta uskon, että lämpötila oli muutama miljardi fahrenheitastetta.
Se oli useita vuosia sitten – enkä löydä raporttia hakukoneen kautta.
Onko plasman lämpötilalle rajaa? Mikä on plasman nykyinen korkein kirjattu lämpötila? Onko se kuumempaa kuin ydinreaktiot?
Kommentit
- IINM, väitetään, että kvarkki-gluoniplasma on saavuttanut muutaman biljoonan asteen.
- ALICE väittää osuvansa 9,9 biljoonaa astetta F. wired.com/2012/08/hottest-temperature-record
- Kuka mittaa tällaisia lämpötiloja Fahrenheit-asteina? Se ' on kuin galaksin mittaaminen jaloissa.
- @BlackbodyBlacklight Todellakin. Tällaiset yksiköt saavat avaruusoperaatiot epäonnistumaan. fi.wikipedia.org/wiki/Mars_Climate_Orbiter
Vastaa
Plasman korkein tallennettu lämpötila ei kuumempi kuin ydinreaktiot. Korkeissa lämpötiloissa esiintyviä ilmiöitä on jatkuva, joka sisältää ja ulottuu yli ydinreaktiot.
Kun lämpötilat nousevat hyvin korkeiksi, on järkevää alkaa ajatella energioiden suhteen mieluummin kuin pysyä kelvin-asteikossa (tai Fahrenheit, ugh). Termodynaamisessa tasapainossa " vapausasteen " keskimääräinen energia lämpötilan kanssa $ T $ on $ U = \ frac12 kT $ . Esimerkiksi monoatomisen ihanteellisen kaasun keskimääräinen energia hiukkasia kohden $ \ frac32 kT $ , kolmiulotteisille käännöksille. Jos sinulla on järjestelmä, jossa sallitut energiat tulevat paloina, kuten molekyylien pyörimis- ja värähtelytilat, keskimääräinen energia tilaa kohti on nolla kun lämpötila $ kT $ on paljon pienempi kuin ensimmäisen viritetyn tilan energia $ E $ . Tämä tarkoittaa, että useimmilla järjestelmillä on suurempi lämpökapasiteetti kuumina kuin kylminä, mikä tekee korkeiden lämpötilojen saavuttamisesta haastavaa.
-
Huonelämpötilaan $ kT \ noin 25 $ milli-eV; tämä on tyypillinen energia kiinteän äänen foneille.
-
$ kT \ noin 1 $ eV, tyypillisessä atomin ja atomin törmäyksessä voi olla tarpeeksi energiaa elektronin vapauttamiseksi. Tämä on vähimmäislämpötila, jota tarvitaan tiheän, ionisoidun plasman ylläpitämiseen (Auringon fotosfäärissä on $ kT = 0,5 $ eV, joka on " täsmälleen sama " tarkkuustasolla, johon tavoittelen tätä.)
-
$ kT \ noin 10 ^ 4 $ eV, jopa raskaimmat atomit ionisoituvat keskimäärin kokonaan. (Viimeisen kävelevän elektronin sitoutumisenergia on 13,6 dollaria \, \ mathrm {eV} \ cdot Z ^ 2 $ , missä $ Z \ lesssim 100 $ on protoninumero.)
-
$ kT \ noin 0,1 $ MeV, sinulla alkaa olla tarpeeksi energiaa ytimien sisäiseen virittämiseen. Kevyet ytimet, joissa ei ole vakaita viritettyjä tiloja, kuten deuterium ja helium-3, voivat hajota. Stabiilit ja kevyet ytimet voivat voittaa sähköisen työnnönsä ja sulautua. Tämä on lämpötilan asteikko tähden sydämessä; fuusiokeskeisten tokamakkien on oltava hieman kuumempia, koska tähtien etuna on koko. Elektronit tässä lämpötilassa ovat alkaneet olla relativistisia $ (m_ec ^ 2 = 0,5 \ rm \, MeV) $ . Kun lämpötila kulkee elektronimassan läpi, positronien maallinen populaatio kehittyy.
-
Jossain yli $ kT \ noin 10 $ MeV, heliumin dissosiaatio tulee tasapainoon heliumin muodostumisen kanssa fuusion avulla. Suurimmalla osalla raskaiden ytimien törmäyksiä on tarpeeksi energiaa protonin tai neutronin vapauttamiseksi. Tämä on todennäköisesti lämpötilajärjestelmä raskaissa tähdissä, missä kaikki ytimet pyrkivät kehittymään kohti rauta-56: ta ja nikkeli-58: ta.
-
$ kT \ noin 100 $ MeV, useimmilla törmäyksillä on riittävästi energiaa pionien tuottamiseen ( $ m_ \ pi c ^ 2 = 140 $ MeV) ja monilla on tarpeeksi energiaa tuottamaan kaoneja ( $ m_K c ^ 2 = 500 $ MeV). Nämä epävakaat hiukkaset tuottavat neutriinoja, kun ne hajoavat.Neutriinot kuljettavat lämpöä erittäin tehokkaasti pois vuorovaikutusalueelta, joten pitkän aikavälin astrofyysiset lämpötilat voivat nousta tämän asteikon ympärille. Täällä energisimmät törmäykset voivat tuottaa antiprotoneja ( $ m_ \ bar pc ^ 2 = 1 $ GeV).
-
Energiakerroin on noin tuhat, jolloin intuitiosi ei ole kovin hyvä.
-
Kuten RHIC: ssä ja LHC: ssä on esitetty, jonnekin $ kT \ noin 200 $ GeV aloitat hajottamisen nukleoneista kvarkeiksi ja gluoneiksi samalla tavoin kuin noin 1 eV: n aikana aloitit atomien hajottamisen ytimiksi ja elektroneiksi. Huomaa, että tämä on " vain " noin kaksikymmentä miljardia kelviiniä. LHC: n tavoite on tällä hetkellä 8–14 TeV, melkein sata energiakerrointa.
En ole perehtynyt volframihöyrystyskokeeseesi. Luulisin villisti, että juuri höyrystetyn volframin lämpötila voi olla 1–10 eV ja että rajoittamalla ja puristamalla plasmaa voit lisätä sen energiatiheyttä kertoimella 1000. Se laittaisi sen jonnekin energia-alue plasmalle, jolla on ydinvuorovaikutuksia.
Kommentit
- Avaruusplasmoissa on alueita, joilla on mielestäni erittäin kuumia plasmoja. Esimerkiksi galaksin sisäisissä klusterivälineissä he havaitsevat usein todisteita ~ GeV-elektronilämpöenergioista. Kuvittelen, että lähellä pulsareita, magneetteja ja mustia aukkoja paikalliset plasmat voivat tulla vielä äärimmäisemmiksi, mutta minun on tarkistettava se.
- Galaksien välisten GeV-elektronien on oltava lämpötasapainossa. Magneettisen uudelleenkytkennän turbulenssi pitää kuitenkin auringon ' koronan kuumempana kuin sen fotosfääri, ja voin kuvitella jotain vastaavaa galaktisessa mittakaavassa. ' Haluan nähdä viitteen.
- Joten olen iloinen, että kysyit asiasta, koska olin väärässä. Lämpöenergiat ICM: ssä ovat ~ 10 keV ja synkrotroniemissiolla havaittu supraterminen pyrstö on alueella ~ GeV. Muuten, olen katsonut avaruusplasmat nyt ~ 10 vuotta, enkä ole vielä nähnyt sellaista lämpö tasapainossa …
Vastaus
Se riippuu plasman tyypistä, josta puhut. Jätän syrjään kvarkki-gluoniplasmat, jotka eroavat muista plasmoista siinä mielessä, että nukleonit ovat ”hajotettu palasiksi”.
Muussa tapauksessa maan kuumimmat plasmat ovat yleensä niitä, joihin on tähdätty tuottaa ydinfuusioreaktioita huomattavassa määrin (esimerkiksi energiantuotanto tai tähtien, planeettojen jne. tutkiminen). Laboratoriossa muutama suuri instrumentti on asettanut vaikuttavat ennätykset, kuumemmat kuin tähdet:
- tokamakit : 100 miljoonaa kelviiniä
- Z-kone : 2 miljardia kelviin
- laserlaitteet, kuten NIF : 100 miljoonaa kelviin
Näyttää siltä, että Z-koneella on kuumin, mutta en ole varma, kuinka paljon tätä plasmaa tuotetaan kussakin nämä tilat. Yleensä tokamakit voivat pitää lämpötilan korkealla pitkään (minuutteina), koska se on erittäin laimea. Kaksi muuta tekniikkaa voivat ylläpitää plasmaa vain nanosekunnin ajan, koska se on hyvin tiheä.
Kommentit
- Luulen, että hän halusi vain tietää kuumin plasma. Rajakysymys on mielenkiintoisempi. Olisiko raja käytettävissä olevan energian jälkeen 100 miljardin kelvinin suuresta räjähdyksestä aiheutuvasta inflaatiosta?
- @Pete kysyi volframisauvojen kokeilusta, oli mielestäni Z-kone.