Emlékszem arra, hogy olvastam egy kísérletet, ahol a finom volfrám rudakat több millió amper villamos energiával hevítették át, ionizált gázzá olvasztották, majd összenyomták ( mágneses mezők által?) a plazmába.

A plazma olyan hőmérsékletre melegszik fel, amelyet soha nem értek el. Nem emlékszem pontosan, de úgy gondolom, hogy néhány milliárd fahrenheit fok volt.

Évekkel ezelőtt történt – és a jelentést nem találom keresőmotoron keresztül.

Van-e korlát a plazma hőmérsékletére? Melyik a plazma jelenlegi legmagasabb hőmérséklete? Melegebb, mint a magreakciók?

Megjegyzések

Válasz

A plazma legmagasabb hőmérséklete nem melegebb, mint a magreakciók. Magas hőmérsékleten történnek olyan folytonosságok, amelyek magukban foglalják és túlmutatnak rajta magreakciók.

Ha a hőmérséklet nagyon magas lesz, van értelme az energiákban gondolkodni nem a kelvin skálán (vagy Fahrenheit, ugh) való ragaszkodás mellett. Termodinamikai egyensúly esetén a " szabadságfok " átlagos energiája $ T hőmérséklet mellett A $ $ U = \ frac12 kT $ . Például egy egyatomos ideális gáz átlagos energiája részecskénként $ \ frac32 kT $ , három dimenzióban történő fordításhoz. Ha van olyan rendszere, ahol a megengedett energiák csomókba kerülnek, például a molekulák forgási és rezgési állapota, az átlagos üzemmódonkénti energia nulla , míg a hőmérséklet $ kT $ sokkal kevesebb, mint az első gerjesztett állapot energia $ E $ . Ez azt jelenti, hogy a legtöbb rendszer melegebb, mint hideg állapotban, nagyobb hőteljesítménnyel, ami a magas hőmérséklet elérését is kihívást jelent.

  • Helyiség hőmérséklet esetén $ kT \ kb 25 $ milli-eV; ez egy szilárd fonon tipikus energiája.

  • $ kT \ kb. 1 $ eV esetén tipikus atom-atom ütközés elegendő energiával bírhat az elektron felszabadításához. Ez a minimális hőmérséklet, amely szükséges a sűrű, ionizált plazma fenntartásához (A Nap fotoszférája $ kT = 0,5 $ eV, ami " pontosan ugyanaz " az itteni pontosság szintjén. “

  • $ kT \ kb 10 ^ 4 $ eV, még a legnehezebb atomok is átlagosan teljesen ionizálódnak. (Az utolsó útra lépő elektron megkötési energiája 13,6 $ \, \ mathrm {eV} \ cdot Z ^ 2 $ , ahol $ Z \ lesssim 100 $ a protonszám.)

  • A $ kT \ kb 0,1 $ értéknél MeV, elegendő energiád van a magok belső gerjesztésére. A stabil gerjesztett állapot nélküli könnyű magok, mint például a deutérium és a hélium-3, disszociálódhatnak. A stabil, könnyű magok leküzdhetik elektromos taszításukat és összeolvadhatnak. Ez a hőmérsékleti skála a csillag magjában; a fúzióorientált tokamakoknak kissé melegebben kell futniuk, mivel a csillagok előnye a méret. Az ilyen hőmérsékleten lévő elektronok relativisztikusak $ (m_ec ^ 2 = 0,5 \ rm \, MeV) $ . Amint a hőmérséklet elhalad az elektrontömegen, a positronok szekuláris populációja kialakul.

  • Valahol $ kT \ kb 10 $ MeV, a hélium disszociációja egyensúlyba kerül a fúziós hélium képződésével. A nehéz magok közötti ütközések többségének elegendő energiája lesz egy proton vagy egy neutron felszabadításához. Ez valószínűleg a nehéz csillagok hőmérsékleti rendszere, ahol az összes mag hajlamos a vas-56 és a nikkel-58 felé fejlődni.

  • $ kT \ kb. 100 $ MeV, a legtöbb ütközésnek elegendő energiája van a pionok előállításához ( $ m_ \ pi c ^ 2 = 140 $ MeV), és sokaknak elegendő energiájuk van a kaonok előállításához ( $ m_K c ^ 2 = 500 $ MeV). Ezek az instabil részecskék pusztulásukkor neutrínókat termelnek.A neutrínók nagyon hatékonyan viszik el a hőt az interakciós régiótól, így a hosszú távú asztrofizikai hőmérsékletek meghaladhatják ezt a skálát. A legenergiásabb ütközések itt antiprotonokat okozhatnak ( $ m_ \ bar pc ^ 2 = 1 $ GeV).

  • Körülbelül ezer tényező van az energiában, ahol az intuícióm nem túl jó.

  • Amint azt az RHIC és az LHC is mutatja, valahol $ kT \ kb 200 $ GeV elkezdi disszociálni a nukleonokat kvarkokká és gluonokká, ugyanúgy, mint 1 eV körül elkezdte az atomokat disszociálni magokká és elektronokká. Figyelje meg, hogy ez " csak " körülbelül húszmilliárd kelvin. Az LHC jelenleg 8–14 TeV-ra törekszik, ami majdnem százszor magasabb energiájú.

Nem ismerem a volfrám-párolgási kísérletét. Vadul sejtem, hogy a frissen elpárologtatott volfrám hőmérséklete 1–10 eV lehet, és hogy a plazma bezárásával és tömörítésével 1000-szeresére növelheti annak energiasűrűségét. Ez valahol a energia intervallum egy nukleáris kölcsönhatásokkal rendelkező plazma esetében.

Megjegyzések

  • Az űrplazmákban vannak olyan régiók, amelyek szerintem nagyon forró plazmák. Például a galaxison belüli klaszter közegekben gyakran megfigyelnek bizonyítékokat a ~ GeV elektron hőenergiákra. Úgy képzelem, hogy a pulzárok, a mágnesek és a fekete lyukak közelében a helyi plazmák még szélsőségesebbé válhatnak, de ezt ellenőriznem kellene.
  • A galaxisok közötti GeV elektronoknak nem lehetnek termikus egyensúlyi állapotban. A mágneses újrakapcsolódási turbulencia azonban a nap ' koronáját melegebben tartja, mint a fotoszférája, és valami hasonlót el tudok képzelni galaktikus skálán. ' érdekelne egy referencia.
  • Ezért örülök, hogy erről kérdeztél, mert tévedtem. A termikus energiák az ICM-ben ~ 10 keV, a szuprotermális farok pedig, amely a szinkrotron-emisszió révén figyelhető meg, a ~ GeV tartományban van. Egyébként ~ 10 éve nézem az űrplazmákat, és még nem láttam ilyet a hőegyensúlyban …

Válasz

Ez attól függ, hogy milyen plazmáról beszél. Félreteszem a kvark-gluon plazmákat, amelyek abban különböznek a többi plazmától, hogy a nukleonok valójában “darabokra törnek”.

A föld legforróbb plazmái egyébként általában azok, amelyekre jelentős mennyiségű magfúziós reakció generálása (például energiatermelés, vagy csillagok, bolygók tanulmányozása stb.). A laboratóriumban néhány nagy hangszer lenyűgöző rekordokat döntött, forróbbak, mint a csillagok:

  • tokamaks : 100 millió kelvin
  • a Z-gép : 2 milliárd kelvin
  • lézerberendezés, például a NIF : 100 millió kelvin

Úgy tűnik, hogy a Z-gép a legforróbb, de nem vagyok biztos benne, hogy ebből a plazmából mennyi termelődik mindegyikben ezeket a létesítményeket. Általában a tokamak sokáig (percig) képes magas hőmérsékletet tartani, mivel nagyon híg. A másik két technika csak nanoszekundumokra képes fenntartani a plazmát, mivel nagyon sűrű.

Megjegyzések

  • Azt hiszem, ő csak tudni akart a legforróbb plazma. A limitkérdés érdekesebb. A határ 100 milliárd kelvin körüli ősrobbanásból származó infláció után lenne elérhető?
  • A @Pete által megkérdezett volfrámrudakkal végzett kísérlet valójában a Z-gép volt.

Vélemény, hozzászólás?

Az email címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöltük