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/чпри диаметре скважин до 130 мми 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, ,в которых рабочее тело ускоряется, находясь в состоянии .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. ).
В настоящее время (1975) практическое применение на советском и американском нашли плазменные .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. , , ) .
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 или импульсными электронными пучками. Обсуждается также схема на основе с газофазными (точнее, плазменными) .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 в электрическую энергию. Существует 2 типа П. и. э. э.- и .
Плазменные ускорители
Пла'зменные ускори'тели,устройства для получения потоков со скоростями 10-10 3 км/секи более, что соответствует кинетической энергии ионов от ~10 эвдо 10 5-10 6 эв.На нижнем пределе энергии П. у. соседствуют с генераторами низкотемпературной плазмы - ,на верхнем - с коллективными ускорителями заряженных частиц (см. ) .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. ), и позволяет получать плазменные потоки с эффективным током ионов в несколько млн. апри энергии частиц ~ 100 эв.При ионных токах ~ 1000 ауже 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.
Механизм ускорения.При анализе рабочего процесса в П. у. плазму можно рассматривать и как сплошную среду, и как совокупность частиц (ионов и электронов). В рамках первого подхода ускорение плазмы обусловлено перепадом полного (ионного и электронного) давления p = p i+ p eи действием силы Ампера F A мп(см. ), возникающей при взаимодействии токов, текущих в плазме, с магнитным полем, F Aмп~ [ jB], где j -плотность тока в плазме, В- индукция магнитного поля.
В рамках второго подхода ускорение ионов может происходить в результате: 1) действия электрического поля Е,существующего в плазменном объёме; 2) столкновений направленного потока электронов с ионами («электронного ветра»); 3) столкновений ионов с ионами, благодаря которым энергия хаотического движения ионов переходит в направленную (тепловое или газодинамическое ускорение ионов). Наибольшее значение для П. у. имеет электрическое ускорение ионов, меньшее - два последних механизма.
Классификация плазменных ускорителей.П. у. делятся на тепловые и электромагнитные в зависимости от того, преобладает ли в процессе ускорения перепад полного давления рили сила Ампера.
Среди тепловых П. у. основной интерес представляют неизотермические ускорители, в которых p e>> p i. Это объясняется тем, что обычно трудно создать плазму с высокой температурой ионов T i, и сравнительно просто - с «горячими »электронами ( T e>> T i). Такая плазма является неизотермической. Конструктивно неизотермический ускоритель представляет собой «магнитное сопло» ( рис. 2 ), в котором либо путём инжекции быстрых электронов, либо путём электронного создают плазму с «горячими» электронами, T e~10 7 -10 9К, или в энергетических единицах: kT e~ 10 3 -10 5 эв(где k- ).
Электроны, стремясь покинуть камеру, создают электрическое поле объёмных зарядов, которое «вытягивает» (ускоряет) ионы, сообщая им энергию порядка kT e.
Электромагнитные П. у. подразделяются по характеру подвода энергии к плазме. Различают три класса:
а) радиационные ускорители, в которых ускорение плазменного потока происходит за счёт давления электромагнитной волны, падающей на плазменный сгусток ( рис. 3 , а); б) индукционные ускорители - импульсные системы, в которых внешнее нарастающее магнитное поле В индуцирует ток jв плазменном кольце ( рис. 3 , б) ,созданном тем пли иным способом. Взаимодействие этого тока с радиальной составляющей внешнего магнитного поля создаёт силу Ампера, которая и ускоряет плазменное кольцо; в) электродные плазменные ускорители, в которых существует непосредственный контакт ускоряемой плазмы с электродами, подключенными к источнику напряжения. При амперовом взаимодействии этого тока с внешним (т. е. созданным автономными магнитными системами) или собственным (созданным током, протекающим через плазму) магнитным полем происходит ускорение плазмы. Наиболее изученными и многочисленными являются электродные П. у., которые ниже будут рассмотрены подробнее.
А. Плазменные ускорители с собственным магнитным полем
Импульсные электродные ускорители (пушки). Первым П. у. был «рельсотрон» ( рис. 4 , а), питаемый конденсаторной батареей. Плазменный сгусток создаётся при пропускании большого тока через тонкую проволоку, натянутую между рельсами, которая при этом испаряется и ионизуется, или за счёт ионизации газа, впрыскиваемого в межэлектродный промежуток через специальный клапан. При разряде на ток в плазменной перемычке (достигающий десятков и сотен ка) действует собственное магнитное поле электрического контура, в результате чего за время порядка 1 мксеки происходит ускорение сгустка. Позднее импульсным ускорителям был придан вид коаксиальной системы ( рис. 4 , б) .В этом случае ускорение сгустка плазмы происходит под действием силы Ампера F aмп, возникающей при взаимодействии радиальной составляющей тока j rс азимутальным собственным магнитным полем H f .Такие П. у. уже нашли широкое применение и позволяют получать сгустки со скоростями до 10 8 см/секи общим числом частиц до 10 18.
Стационарные сильноточные торцевые ускорители. В принципе коаксиальный ускоритель можно сделать стационарным (работающим в непрерывном режиме), если непрерывно подавать в зазор между электродами рабочее вещество (ионизуемый газ). Однако вследствие при стационарном разряде в ускорителе электрический ток имеет значительную продольную составляющую. Благодаря этому происходит «отжатие» плазмы к катоду, образование прианодных скачков потенциала и т.п., что ведёт к резкому уменьшению кпд. В связи с этим более эффективной оказывается «торцевая» схема ( рис. 5 , а) с коротким катодом, через который одновременно подаётся рабочее вещество. Ускорение плазмы в торцевом П. у. происходит также в основном за счёт силы Ампера, возникающей при взаимодействии радиальной составляющей j r, тока jс азимутальным магнитным полем H f. Если при постоянной подаче рабочего вещества непрерывно увеличивать разрядный ток I p,то сначала скорость истечения плазмы и кпд ускорителя будут расти. Однако при некотором значении I pпроисходит вынос большой части разрядного тока за срез ускорителя, резко возрастает напряжение и падает кпд, в ускорителе возникают колебания. Наступает так называемый критический режим. Его физической причиной является, по-видимому, ,в результате которого плазменный шнур отрывается от анода.
На нормально работающих торцевых ускорителях с собственным магнитным полем при разрядных токах около 10 4 аудаётся получать стационарные потоки плазмы со скоростями ~ 100 км/секи характерными расходами рабочего вещества ~0,01-0,1 г/сек.При этом напряжение на разряде составляет около 50 в.
Описанный торцевой ускоритель становится неработоспособным не только при больших, но и при малых разрядных токах I p,поскольку сила Ампера пропорциональна I p 2. Поэтому при / р< 1000 ароль силы Ампера в реальных условиях становится меньше, чем газокинетическое давление, и торцевой П. у. превращается в обычный плазматрон. Чтобы увеличить эффективность торцевого ускорителя при малых мощностях, в рабочем канале создают внешнее магнитное поле ( рис. 5 , б) .Получающийся ускоритель называется торцевым холловским ускорителем, или магнито-плазменным ускорителем. Он позволяет получать потоки плазмы со скоростями в десятки км/секпри мощности ³ 10 квт.Замечательная особенность торцевых ускорителей - способность создавать потоки частиц с энергией, в несколько раз превосходящей приложенную разность потенциалов. На языке динамики частиц это объясняется увлечением ионов за счёт столкновений с электронным потоком, идущим из катода («электронным ветром»).
Б. Плазменные ускорители с внешним магнитным полем
Если требуется получать стационарные потоки малой мощности (Ј 10 квт) или потоки частиц с большими скоростями (³ 10 8 см/сек) ,особенно удобными оказываются так называемые «П. у. с замкнутым дрейфом», один из видов которых схематически изображен на рис. 6 . Это осесимметричная система с радиальным магнитным полем в кольцевом ускорительном канале, в котором находится плазма. Работу данного П. у. проще понять, рассматривая динамику электронов и ионов.
Если между анодом и катодом приложить разность потенциалов, то электроны начнут дрейфовать (т. е. двигаться в среднем с постоянной скоростью) перпендикулярно электрическому Еи магнитному Нполям, описывая кривые, близкие к циклоиде. Длина ускорительного канала Lвыбирается так, чтобы высота электронной циклоиды h eбыла много меньше L( L >> h e) .В этом случае говорят, что электроны «замагничены». Высота ионной циклоиды h iв силу большой массы ( M i) иона в M i/m eраз превосходит h e( m e-масса электрона). Поэтому, если сделать длину канала Lмного меньше h i,то ионы будут слабо отклоняться магнитным полем и под действием электрического поля будут ускоряться практически по прямой линии. Энергия, набираемая ионами в таком ускорителе, близка к разности потенциалов, приложенной между анодом и катодом, умноженной на заряд иона, а разрядный ток близок к току ускоренных ионов. В целом рабочий процесс в описываемом П. у. происходит следующим образом. Рабочее вещество в виде газа или пара поступает через анод в кольцевой ускорительный канал УК ( рис. 6 ). Здесь, попав в облако дрейфующих по азимуту электронов (под действием взаимно перпендикулярных магнитного Hи электрического Еполей), нейтральный атом ионизуется. Возникший в процессе ионизации электрон за счёт столкновений с ионами, атомами, стенкой диэлектрической камеры ДК и под влиянием колебаний диффундирует на анод, а ион, ускоренный электрическим полем, покидает канал. Поскольку объёмный заряд ионов, находящихся в канале, всё время компенсирован зарядом дрейфующих электронов, здесь (в отличие от ) нет ограничений на величину «вытягиваемого» ионного тока. После выхода из канала ион (чтобы не возникло нарушение квазинейтральности) получает электрон от катода-компенсатора КК. Существует ряд модификаций П. у. с замкнутым дрейфом (с анодным слоем, однолинзовые, многолинзовые и т.п.). Эти ускорители позволяют получать плазменные потоки с эффективным током ионов от единиц до многих сотен ас энергией от 100 эвдо 10 кэви более.
Применения плазменных ускорителей.Первые П. у. появились в середине 1950-х гг. и уже нашли применение как ,в технологии для чистки поверхностей (методом ) ,нанесения металлических плёнок на различные поверхности, в исследованиях по ионосферной аэродинамике и экспериментальной астрофизике (моделирование космических явлений), в термоядерных исследованиях (в качестве инжекторов плазмы), плазмохимии и т.д. По мере совершенствования конструкции и достижения новых параметров область применения П. у. будет непрерывно расширяться.
Лит.:Плазменные ускорители, под ред. Л. А. Арцимовича [и др.], М., 1973.
А. И. Морозов.
Рис. 5. а - схема торцевого плазменного ускорителя: ДВ - диэлектрическая вставка; б - схема торцевого магнито-плазменного ускорителя: ДВ - диэлектрическая вставка; КМП - катушка магнитного поля; РВ - рабочее вещество.
Рис. 1. Принципиальная схема плазменного ускорителя.
Рис. 2. Схема неизотермического плазменного ускорителя. Электронный пучок, выходящий из электронной пушки ЭП, нагревает электроны в газоразрядной камере ГК и ионизует рабочее вещество РВ, подаваемое в камеру. Образующаяся ускоренная плазма УП под действием перепада электронного давления вытекает, вдоль магнитных силовых линий, создаваемых катушками магнитного поля КМП.
Рис. 3. а - схема радиационного плазменного ускорителя: КМП - катушки магнитного поля; В - волновод; П - плазменный сгусток; ЭВ - электромагнитная волна; б - схема индукционного плазменного ускорителя: В - магнитное поле; ПК - плазменное кольцо; ИК - индукционная катушка; j - ток в плазменном кольце.
Рис. 6. Схема плазменного ускорителя с замкнутым дрейфом. Магнитное поле Hсоздаётся магнитопроводом МПр и катушками КМП.
Рис. 4. а - схема «рельсотрона»: Р - рельсы; П - плазменная перемычка; С - ёмкость; К - ключ; б - схема коаксиального импульсного плазменного ускорителя. Быстродействующий клапан БК подаёт газ в зазор между внутренним ВЭ и наружным НЭ электродами (ДВ - диэлектрическая вставка между электродами). После замыкания ключа К в цепи возникает ток, который ионизует газ.
Плазменный генератор
Пла'зменный генера'тор,то же, что .
Плазменный реактор
Пла'зменный реа'ктор,узел плазмохимического или плазменного металлургического агрегата, в котором осуществляются процессы тепло- и массообмена и химические реакции с участием низкотемпературной (см. , ) .П. р. называют не только отдельные узлы, но и плазменные агрегаты в целом. Основные требования к П. р.: получение достаточно полного смешения реагентов; обеспечение требуемой протяжённости зоны взаимодействия; создание условий эффективного тепло- и массообмена при минимальных теплопотерях. Если для генерации плазмы применяются высокочастотные индукционные ,то возможно совмещение реакционной зоны с объёмом разряда (П. р. так называемого открытого типа). Струйные П. р., в которых плазму получают в виде сформированной струи, подразделяются на прямоточные и со встречными струями ( рис. ). Увеличение времени контакта реагирующих веществ и интенсификация тепло- и массообмена по сравнению с простейшими струйными прямоточными П. р. достигается в П. р., работающих по схеме встречных струй, в П. р. открытого типа, в П. р. так называемого циклонного типа, а также при наложении на объёмный высокочастотный разряд постоянных электрического и (или) магнитного поля.
Для создания равномерного температурного поля плазменного потока, повышения его мощности, улучшения смешения реагентов и интенсификации тепло- и массообмена перспективны многодуговые П. р.
Лит.:Моссэ А. Л., Печковский В. В., Применение низкотемпературной плазмы в технологии неорганических веществ, Минск, 1973.
Ю. В. Цветков.
Схемы плазмохимических агрегатов со струйным реактором: а - прямоточного типа; б - со встречными струями; 1 - плазматрон; 2 - узел подачи сырья; 3 - плазменный реактор; 4 - закалочный агент; 5 - узел улавливания и обработки продуктов.
Плазмиды
Плазми'ды,факторы наследственности, расположенные в клетках вне .К П. относят генетические факторы клеточных органелл ( , и др.) и генетические факторы, не являющиеся обязательными компонентами клеток. Из последних более изучены так называемый каппа-фактор у парамеций, продуцирующих антибиотическое вещество парамеции, фактор чувствительности к CO 2и агент, обусловливающий бессамцовость у дрозофил, а также ряд бактериальных П. У бактерий П. могут контролировать устойчивость к лекарственным веществам, синтез бактерицинов, энтеротоксина, гемолизина и некоторых антигенов. П., называющиеся ,определяют половую дифференциацию у бактерий. Показано, что многие П. состоят из кольцевых молекул двухнитевой ДНК с молекулярной массой 10 6-10 8дальтон. См. также , .
В. Г. Лиходед.
Плазмодесмы
Плазмоде'смы(от греч. plбsma - вылепленное, оформленное и desmуs - связь), цитоплазматической нити, соединяющие соседние растительные клетки. Посредством П. осуществляется связь между .Поперечник П. от 180 до 680 Е (чаще 300-400 Е); число П. в разных клетках варьирует. Располагаются П. в канальцах, проходящих через первичную клеточную оболочку по первичным поровым полям; в клетках с вторичной оболочкой они находятся лишь в замыкающих плёнках пор. Полость канальцев выстлана наружной мембраной П.- плазмалеммой. П. обеспечивают передачу раздражений и передвижение веществ от клетки к клетке. См. .
Плазмодии
Плазмо'дии(Plasmodium), род паразитических простейших отряда .Свыше 60 видов, паразитирующих у позвоночных животных и человека и вызывающих у них .Переносчиками П. служат насекомые, главным образом малярийные комары из семейства Culicidae. В организм позвоночного со слюной комара попадают особи П. в виде веретеновидных телец - спорозоитов, внедряющихся в эндотелий кровеносных сосудов или в клетки печени; там они размножаются бесполым путём (см. ) ,давая множество мерозоитов - мелких одноядерных клеток. Мерозоиты либо повторяют цикл бесполого размножения в ткани, либо выходят в кровь и проникают в эритроциты, где претерпевают серию шизогоний, в результате чего резко увеличивается количество паразитов в крови. Выход мерозоитов из разрушающихся эритроцитов сопровождается попаданием в плазму крови вредных продуктов жизнедеятельности паразита. На определённом этапе жизненного цикла часть образовавшихся в эритроцитах мерозоитов, внедрившись в новые эритроциты, превращается в женские (макро-) и мужские (микро-) гаметоциты. Макрогаметоциты в организме позвоночного превращаются в макрогаметы, развитие же микрогаметоцитов возможно лишь в организме комара. После попадания П. вместе с кровью позвоночного животного в желудок комара каждый микрогаметоцит даёт начало нескольким жгутовидным микрогаметам, которые сливаются (копулируют) попарно с макрогаметами, образуя подвижные зиготы - оокинеты. Проникнув активно через эпителий желудка комара, оокинеты под его мышечным слоем окружаются плотными оболочками, превращаясь в ооцисты (зигоцисты). После многократного деления ядра ооцисты её содержимое распадается на множество (до 10 тыс.) мелких одноядерных спорозоитов; оболочка ооцисты разрывается, и спорозоиты выходят в полость тела насекомого. Активно перемещаясь в гемолимфе, спорозоиты попадают в слюнные железы комара, откуда при кровососании снова попадают в организм хозяина. У человека паразитируют 4 вида П.- Plasmodium vivax (возбудитель трёхдневной малярии), P. malariae (четырёхдневной), P. falciparum (тропической) и P. ovale; переносчиками этих видов П. служат комары рода Anopheles. У приматов паразитируют P. reichenowi, P. knowlesi и др., у грызунов - P. berghei, у птиц - P. relictum, P. gallinaceum, P. durum, P. lophurum, P. catemerium и др., у пресмыкающихся - P. agamae, P. lacertiliae и др., у земноводных - P. bufonis и P. catesbiana.
О. И. Чибисова.
Цикл развития Plasmodium vivax: 1 - спорозоиты; 2-4 - шизогония в клетках печени; 5-10 - шизогония в эритроцитах; 11 - макрогаметоцит; 11a - молодой микрогаметоцит; 12, 13 - макрогамета; 12а, 14 - зрелый микрогаметоцит; 15 - образование микрогаметы; 16 - слияние макро- и микрогаметы; 17, 18 - оокинета; 19 - проникновение оокинеты через стенку кишечника комара; 20 - ооциста; 21-24 - образование в ооцисте спорозоитов; 25 - спорозоиты в слюнной железе комара.
Плазмодий
Плазмо'дий(от греч. plбsma - вылепленное, оформленное), бесцветное или яркоокрашенное вегетативное тело грибов ,состоящее из многоядерной протоплазмы, лишённой оболочки. Величина П. колеблется от нескольких мм 2до 1, а иногда и 1,5 м 2. Различают протоплазмодий - в виде микроскопической недифференцированной протоплазмы (Echinostelium minutum), афаноплазмодий - сеть недифференцированных тяжей незернистой протоплазмы (виды Stemonites) и фанероплазмодий - хорошо дифференцированную протоплазму, состоящую из тяжей и лопастей с ярко выраженным зернистым содержимым (виды Physarum). Для П. характерно внутреннее движение токов протоплазмы, способных менять направление движения. П. питается сапрофитно, поглощая питательные вещества всей поверхностью; передвигается с помощью выростов протоплазмы -