Физика плазмы: роль гелия в её изучении

Когда дело доходит до научных исследований, легко заблудиться в море технических терминов и жаргона. Но не бойся, дорогой читатель, ибо сегодня мы будем исследовать увлекательный мир физики плазм и роль гелия в ней простыми словами.

Физика плазмы изучает ионизированные газы или плазму, которую можно найти в естественных и искусственных условиях, от разрядов молнии до люминесцентных ламп. Плазма необходима для широкого спектра приложений, от ядерного синтеза до освоения космоса. И гелий сыграл решающую роль в расширении наших знаний о физике плазмы.

Первое, что вам нужно знать о гелии, это то, что он является благородным газом, а это значит, что он крайне неактивен. Это свойство делает его идеальным кандидатом для создания стабильной плазменной среды. На самом деле, многие исследователи плазмы используют гелий в качестве исходного газа при постановке своих экспериментов.

Одним из главных преимуществ использования гелия является то, что это газ низкой плотности, а значит, его легко ионизировать. Это важно, потому что ионизация — это то, что в первую очередь создает плазму.

«Бомбардируя» газ энергией либо с помощью электрических полей, либо частиц высокой энергии, электроны в атомах гелия активизируются и переходят на более высокие энергетические уровни. Когда они, в конце концов, возвращаются к своему первоначальному энергетическому уровню, они выделяют энергию в виде света или тепла, создавая плазму.

Итак, каковы конкретные примеры того, как гелий использовался в физике плазмы? Давайте начнем с токамаков — экспериментальных устройств, которые используют магнитные поля для удержания плазмы и создания условий, подобных тем, которые находятся в ядре Солнца.

Токамаки являются ключевым компонентом в стремлении к ядерному синтезу, который потенциально может стать почти безграничным источником чистой энергии.

В токамаках гелий часто используется в качестве «пыхтящего» газа, то есть он впрыскивается в плазму для управления ее поведением. Добавляя небольшое количество гелия в плазму, исследователи могут увеличить ее плотность и уменьшить турбулентность, которая может нарушить термоядерные реакции.

Гелий также может быть использован для охлаждения стенок токамака, которые могут сильно нагреваться из-за интенсивного тепла, выделяемого плазмой.

Еще одна область, в которую гелий внес значительный вклад — это изучение солнца и других звезд. Миссия NASA Solar Probe Plus, которая стартовала в 2018 году, была предназначена для изучения внешней атмосферы Солнца и солнечного ветра. Миссия использует множество приборов, включая плазменный датчик, который обнаруживает ионизированные газы в солнечном ветре.

И какой газ используется для калибровки плазменного датчика? Вы уже догадались — гелий. Измеряя свойства ионов гелия в датчике, ученые могут убедиться, что прибор работает должным образом и точно измеряет свойства солнечного ветра.

Наконец, давайте не будем забывать о скромном гелий-неоновом лазере, который на протяжении десятилетий был основным инструментом для исследования плазмы.

Эти лазеры излучают ярко-красный свет, который идеально подходит для визуализации плазмы и измерения ее свойств. Гелий используется в качестве исходного газа для этих лазеров, которые находятся в лабораториях по всему миру.

Гелий играет важную роль в физике плазмы. Он используется в различных экспериментах и исследованиях, которые помогают нам понимать физические явления в плазме, а также разрабатывать новые технологии и методы её применения в различных областях нашей жизни.