БСЭ БСЭ - Большая Советская Энциклопедия (ПЛ)
Для плавки газонасыщенных материалов, обеспечивающей их дегазацию, применяют ПДП низкого давления (103—0,10 н/м2, или 10-2—10-6 кгс/см2); они используются вместо более дорогих и сложных электроннолучевых печей.
В ПВП (рис. 3) плазма вследствие особенностей устройства плазматрона не содержит частиц вещества электродов и является более чистой; поэтому печи такого типа чаще применяют для выращивания монокристаллов и переработки чистых веществ.
Лит. см. при ст. Плазменная металлургия.
А. Г. Фридман.
Рис. 1. Подовая плазменнодуговая печь: 1— плазматрон; 2 — электрод; 3 — отверстие с крышкой.
Рис. 3. Высокочастотная плазменная печь: 1 — запальный электрод; 2 — подача газопорошковой смеси; 3 — герметичная камера; 4 — плазма; 5 — индуктор; 6 — выращиваемый кристалл.
Рис. 2. Плазменнодуговые печи с кристаллизатором: а — вертикальное расположение заготовок, б — горизонтальное; 1 — плазматрон; 2 — переплавляемый металл.
Плазменное бурение
Пла'зменное буре'ние, способ бурения с применением в качестве рабочего органа плазматрона специальной конструкции (плазмобура). Значительное распространение получили плазмобуры с воздушно-вихревой стабилизацией («закруткой») электрического дугового разряда, служащего источником плазмы. Температура плазменной струи при П. б. достигает 5000 К, что обеспечивает разрушение горных пород на забое скважины. Плазмообразующими веществами в плазмобурах служат воздух, инертные газы, водяной пар и их смеси. Осевое расположение дуги в плазмобуре позволяет при небольшом наружном диаметре получать высокие мощности. Принцип работы простейшего воздушного плазмобура (рис.) состоит в следующем. Сжатый воздух подаётся через пустотелую буровую штангу в плазмобур, где разделяется на два потока; один из них поступает на внутренний электрод через спиральный канал-завихритель, питает разряд и, обдувая дугу, вынуждает её вращаться. Вращение смещает электродные пятна дуги по поверхности внутри электрода и тем самым предотвращает его преждевременное сгорание. Второй поток охлаждает оба электрода, омывая их теплоотдающие ребра. Часть второго потока через тангенциальные отверстия в изолирующей втулке поступает внутрь разрядной камеры; образовавшаяся плазма истекает через сопло или несколько сопел на забой. Большая же часть второго потока после охлаждения электродов выбрасывается наружу через отверстия в крышке плазмобура и выносит продукты разрушения из скважины. Распространены и др. схемы плазмобуров, в частности коаксиально-вихревая с водяным охлаждением электродов. В плазмобурах в качестве рабочего тела может применяться воздушно-водяная смесь или пар. Это снижает (или практически совсем устраняет) токсичность отходящих газов (что особенно важно при П. б. в подземных условиях), а также увеличивает удельный тепловой поток плазмобура.
П. б. наиболее эффективно в крепких горных породах (гранитах, кварцитах, порфиритах и т.п.). Скорость бурения прямо пропорциональна удельной мощности плазмобура. Для плазмобура с воздушно-вихревой стабилизацией дуги и воздушным охлаждением скорость бурения в гранодиоритах достигала 4,5 м/ч при диаметре скважин до 130 мм и мощности до 100 квт, для коаксиально-вихревого плазмобура с введением в плазму углеводородного горючего скорость бурения железистых кварцитов Криворожского бассейна достигала 10—25 м/ч (в пересчёте на шпур диаметром 50 мм) при мощности плазмобура 81—150 квт.
П. б. применяется для проходки шпуров и скважин, их расширения, дробления негабаритов, добычи и обработки штучного камня, резания и обработки бетонов.
Лит.: Физика, техника и применение низкотемпературной плазмы. Тр. IV Всесоюзной конференции по физике и генераторам низкотемпературной плазмы, А.—А., 1970; Бергман Э. Д., Покровский Г. Н., Термическое разрушение горных пород плазмобурами, Новосиб., 1971.
Э. Д. Бергман.
Плазмобур с воздушным охлаждением: 1 — выходной электрод; 2 — внутренний электрод; 3 — завихритель; 4 — шток; 5 — буровая штанга; 6 — корпус; 7 — дуга.
Плазменные двигатели
Пла'зменные дви'гатели, ракетные двигатели, в которых рабочее тело ускоряется, находясь в состоянии плазмы. Скорости истечения рабочего тела, достижимые в П. д., существенно выше скоростей, предельных для обычных газодинамических (химических или тепловых) двигателей. Увеличение скорости истечения позволяет получать данную тягу при меньшем расходе рабочего тела, что облегчает массу ракетной системы (см. Циолковского формула).
В настоящее время (1975) практическое применение на советском и американском космических летательных аппаратах нашли плазменные электрореактивные двигатели. В таких П. д. через рабочее тело пропускается электрический ток от бортового источника энергии, в результате чего образуется плазма с температурой в десятки тыс. градусов. Эта плазма затем ускоряется либо газодинамически, либо за счёт силы Ампера, возникающей при взаимодействии тока с магнитными полями (см. Ампера закон, Лоренца сила, Магнитная гидродинамика).
Исследуются возможности создания П. д. на др. принципах. Так, существуют модели П. д., в которых действующей силой является реактивная сила отдачи, возникающая при разлёте продуктов разложения и испарения поверхностей твёрдых тел, облучаемых мощными импульсами лазерного излучения или импульсными электронными пучками. Обсуждается также схема ядерного ракетного двигателя на основе ядерного реактора с газофазными (точнее, плазменными) тепловыделяющими элементами. В этом реакторе делящееся вещество должно находиться в состоянии плазмы с температурой в несколько десятков тыс. градусов. При контакте с ним рабочее тело (например, водород) будет нагреваться до соответствующих температур, что позволит получить скорости истечения в несколько десятков км/сек.
Лит.: Гильзин К. А., Электрические межпланетные корабли, 2 изд., М., 1970; Плазменные ускорители, под ред. Л. А. Арцимовича [и др.], М., 1973.
А. И. Морозов.
Плазменные источники электрической энергии
Пла'зменные исто'чники электри'ческой эне'ргии, преобразователи тепловой энергии плазмы в электрическую энергию. Существует 2 типа П. и. э. э.— магнитогидродинамический генератор и термоэлектронный преобразователь.
Плазменные ускорители
Пла'зменные ускори'тели, устройства для получения потоков плазмы со скоростями 10—103 км/сек и более, что соответствует кинетической энергии ионов от ~10 эв до 105—106 эв. На нижнем пределе энергии П. у. соседствуют с генераторами низкотемпературной плазмы — плазматронами, на верхнем — с коллективными ускорителями заряженных частиц (см. Ускорения заряженных частиц коллективные методы). Как правило, П. у. являются ускорителями полностью ионизованной плазмы, поэтому процессы возбуждения и ионизации, а также тепловые процессы играют в них, в отличие от плазматронов, вспомогательную роль.
Плазменные потоки с большими скоростями можно получить разными способами, например воздействием лазерного луча на твёрдое тело. Однако к собственно П. у. относят лишь устройства (рис. 1), в которых ускорение и обычно одновременное приготовление плазмы осуществляются за счёт электрической энергии с помощью одного или нескольких специальных электрических разрядов.
В отличие от ускорителей заряженных частиц, в канале П. у. находятся одновременно частицы с зарядами обоих знаков — положительные ионы и электроны, т. е. не происходит нарушения квази-нейтральности. Это снимает ограничения, связанные с объёмным (пространственным) зарядом (см. Ленгмюра формула), и позволяет получать плазменные потоки с эффективным током ионов в несколько млн. а при энергии частиц ~ 100 эв. При ионных токах ~ 1000 а уже достигнута энергия частиц в несколько кэв.
Из П. у. ионы и электроны выходят практически с равными направленными скоростями, так что основная энергия потока приходится на ионы (вследствие их большой массы). Поэтому П. у. — это электрические системы, ускоряющие ионы в присутствии электронов, компенсирующих объёмный заряд ионов.
