| dc.description.abstract | Plazma jest przewodzącym gazem składającym się z neutralnych i naładowanych cząstek, które decydują o jej fizycznych
własnościach makroskopowych. W jej skład wchodzą fotony, molekuły, atomy, swobodne elektrony i różnego rodzaju jony
dodatnie (oraz ujemne), przy czym wypadkowy ładunek elektryczny plazmy wynosi zero. Plazma może występować w bardzo
szerokim zakresie energii kinetycznych cząstek: od ułamka eV do kilku MeV, a jej gęstość zawiera się w przedziale od
10(^26) cząstek/m3 do 10(^10) cząstek/m3. W wysokich temperaturach, rzędu kilku milionów kelwinów, plazma ulega całkowitej
jonizacji i jest nazywana plazmą gorącą (wysokotemperaturową). W przypadku, gdy temperatura plazmy jest rzędu 10(^4) K,
w jej składzie mogą występować atomy niezjonizowane - taką plazmę nazywamy niskotemperaturową. Plazma o
temperaturze rzędu 10(^4) K i ciśnieniu bliskim atmosferycznemu jest nazywana plazmą termiczną.
Plazma, często określana czwartym stanem materii, występuje powszechnie we Wszechświecie. Z plazmy gorącej zbudowane
są wnętrza gwiazd, plazma o bardzo małej gęstości występuje w przestrzeni międzygwiazdowej. W Układzie Słonecznym
plazma znajduje się nie tylko w Słońcu, ale występuje także jako tzw. wiatr słoneczny, wypełniając przestrzeń
międzyplanetarną. Na Ziemi, w warunkach naturalnych, plazmę można obserwować ponad górnymi warstwami atmosfery,
gdzie część wiatru słonecznego jest przechwytywana przez ziemskie pole magnetyczne tworząc tzw. pasy van Allena.
Plazmę spotykamy także w zorzach polarnych. Przykładem naturalnej plazmy impulsowej są wyładowania atmosferyczne
powstające w trakcie burz.
W warunkach laboratoryjnych plazmę można wytworzyć, między innymi, w lampach fluorescencyjnych, łukach
elektrycznych, rurach udarowych itd. Plazmę wysokotemperaturową (zwaną czasem plazmą termojądrową) wytwarza się
m.in. w posiadających ogromne rozmiary instalacjach Tokomak.
Plazma znajduje duże zastosowanie praktyczne, szczególnie wtedy, gdy wytwarzana jest przez elektryczne wyładowanie
łukowe w gazie. Wówczas bowiem uzyskuje się wysoką efektywność zamiany energii elektrycznej na strumień ciepła i
światła.
Łuk elektryczny ma szerokie zastosowanie w technice, m.in. w piecach plazmowych, wyłącznikach prądowych, reaktorach
plazmochemicznych, przy cięciu i spawaniu metali, przy napylaniu i obróbce metali trudnotopliwych, w lampach
oświetleniowych. W ostatnich latach wyładowanie łukowe zastosowano w technice kosmicznej przy konstrukcji silników
jonowych.
W fizyce, wyładowanie łukowe bardzo często jest wykorzystywane jako źródło wzbudzenia pierwiastków, umożliwiające
obserwacje widm spektralnych. W trakcie tych eksperymentów wyładowanie następuje zwykle w gazie szlachetnym, będącym
głównym składnikiem plazmy, a badany pierwiastek jest wprowadzany jako domieszka do plazmy.
Mimo szerokiego zastosowania łuku elektrycznego w technice i naukach podstawowych, wiedza na jego temat daleka jest
od pełnego i dogłębnego zrozumienia. W szczególności, obszar styku plazmy z elektrodami jest opisywany jedynie w
sposób przybliżony, gdyż jego własności zależą od wielu złożonych i wzajemnie sprzężonych efektów. Obszar ten ma
podstawowe znaczenie dla globalnych własności całego łuku elektrycznego i stąd każdy postęp w tym względzie jest
szczególnie cenny.
Niniejsza monografia stanowi podsumowanie aktualnej wiedzy dotyczącej własności plazmy w pobliżu katody, ze
szczególnym uwzględnieniem prac autora. Zawarto w niej zarówno już opublikowane rezultaty badań własnych, jak też
najnowsze wyniki dotąd niepublikowane.
Praca składa się z dwóch głównych części. W części pierwszej - teoretycznej (rozdziały: 1.-4.), dokonano przeglądu
zagadnień bezpośrednio związanych z własnościami plazmy w łuku w pobliżu katody. W wielu przypadkach autor
ograniczył się do omówienia tylko stacjonarnej, termicznej plazmy argonowej uznając, że pełny obraz zagadnień
teoretycznych znacznie wykracza poza przyjęte ramy niniejszego opracowania.
W części drugiej, eksperymentalnej, w rozdziale 5. opisano stosowaną aparaturę, metody opracowania danych i
zaprezentowano uzyskane wyniki. W rozdziale 6. zaprezentowano wyniki modelowania numerycznego łuku. W kolejnym, 7.
rozdziale, przedstawiono stan badań równowagi plazmy metodami nieliniowej spektroskopii laserowej. W zakończeniu, w
zwięzłej formie, podsumowano najważniejsze wyniki doświadczalne i teoretyczne prezentowane w niniejszej pracy oraz
wskazano niektóre z kwestii pozostających do rozstrzygnięcia w przyszłości. | pl_PL |
