Начало плазменных исследова- ний фактически относится к середине XVIII века. В это время появляются пред- шественники электрофорных машин и лейденские банки, развлекающие публику на площадях и во дворцах 0 различными электрическими явлениями и, прежде всего, искровыми разрядами. В это же время A750-1752 гг.) Б. Франклин "приручает" молнию, а в 1769 году великий герцог Тосканы приказывает поставить громоотводы около всех пороховых складов герцогства. Отношение к электричеству становится серьезным. Появление гальванических элементов Вольта приводит к открытию электрической дуги в самом начале XIX века (Петров, Дэви). Во второй половине XIX века 1) В серии портретов воспитанниц Смольного Института, написанных Левицким в 1776 году, есть портрет Е. И. Молчановой рядом с электрической машиной. 3. Об истории плазменных исследований 23 электрическая дуга находит различные принципиально новые применения: источник света (Яблочков, 1870 г), инструмент сварки (Бенардос, Славянов, 1880 гг.). Наряду с развитием технологических приложений дуговых разрядов, с середины XIX века закладываются основы физики плазмы. Это было связано с изучением электрических свойств веществ, сначала в виде законов электролиза Фарадея A830-е годы), а затем путём воздействия на потоки частиц (на катодные и каналовые лучи) магнитных и электрических полей в электроразрядных трубках с низким давлением газов. Впервые такие разряды наблюдал М. Фарадей, а затем во многих вариантах осуществил Гейслер A850-е годы), но обстоятельные исследования обнаруженных "катодных лучей" начинаются в 1870-ых годах. Именно тогда У. Крукс доказывает, что они представляют собой поток частиц. Свой доклад, прочитанный в 1879 году на заседании Королевского Института, он озаглавил так: "О лучистой материи, или четвертом агрегатном состоянии". В нем, приведя убедительные экспериментальные данные, говорящие о корпускулярной природе катодных лучей, Крукс заключает: "При изучении этого четвертого состояния вещества создаётся представление, что мы имеем, наконец, в своем распоряжении "окончательные" частицы, которые мы можем с полным основанием считать лежащими в основе физики Вселенной.. .Мы определённо вошли здесь в область, где материя и энергия кажутся слитыми воеди- но. . .Я беру на себя смелость предположить, что главные проблемы будущего найдут "своё" решение именно в этой области". Вот воистину гениальное предвидение! Но до окончательного признания электронов потребовалось ещё около 16 лет, и это произошло в 1895 году благодаря Дж.Дж. Томсону, который определил отно- шение е/т для катодных частиц. В физике слово "электрон" появляется в 1891 году, а после 1900 года оно приобретает современный смысл. Так зародилась электроника и начала рождаться собственно физика плазмы, точнее, газовых разрядов. Далее события развиваются стремительно: написана формула Планка для излуче- ния A900 г.), поставлены опыты Резерфорда, открывающие атомное ядро 0 A911 г.), создана модель атома Бора A913 г.), квантовая механика Гейзенберга-де Бройля- Шредингера-Дирака (первая половина 1920 годов). В итоге фундамент для физики плазмы был заложен. Но развивается и технология заряженных частиц: масс-спектроскопия (Томсон, 1912 г, Астон, 1920 г), первый осциллограф ("трубка Брауна"), электронные радио- лампы (ля Форрест и др.), электростатические ускорители заряженных частиц (Ван де Грааф, 1931 г) и т.д. В это же время развивается также плазменная технология. С 1908 года засве- тились "неоновые трубки" реклам — гейслеровские разряды. Начинают разрабаты- ваться плазменные коммутаторы: ртутные выпрямители, тиратроны, дугогасительные камеры для размыкателей мощных электрических цепей; разрабатываются лампы большой светимости на основе дугового разряда и т. д. Все это, конечно, нужно и важно, но в целом происходит на периферии прогресса физики. Для этой новой области даже нет адекватного термина, а есть физика газового разряда: дугового, тлеющего, искрового и т.п. До середины 1920-х годов фундаментальными можно считать, пожалуй, только работы Таунсенда A910-е го- ды), посвященные подвижности заряженных частиц в слабоионизованных газах. Для будущего особенно важное значения имело его исследование влияния поперечного магнитного поля на подвижность электронов в электрическом поле. Он показал, 1) Кстати, спинтарископ, с помощью которого производил свои наблюдения Резерфорд, был изобретен всё тем же Круксом. 24 Введение М. Саха Б. И. Давыдов .-^HsRw^f i X, Альфвен . Б. Файнберг В. Л. Гинзбург Я. Б, Зельдович А. Л, Чижевский Основоположники гидро- плазмодинамики 3. Об истории плазменных исследований 25 теоретически, и экспериментально (при слабой ионизации!), что подвижность элек- тронов обратно пропорциональна квадрату напряжённости поперечного магнитного поля , № (В31) Эта зависимость получила название "классической". Однако, реализовать в экспери- ментах эту зависимость в объёме хорошо ионизованной и достаточно плотной плазмы удалось только в 1960-х годах (см. ниже). Отделение физики плазмы от физики разрядов связывают обычно с И. Ленгмю- ром. Его основные работы в этой области приходятся на 1920-е годы и ознаменова- лись тремя фундаментальными достижениями. Во-первых, им была создана совершенно новая вакуумная техника — диффузи- онные насосы, которые позволили эффективно получать высокий и чистый вакуум. Во-вторых, И. Ленгмюром были доведены до большого совершенства теория и тех- ника измерения параметров плазмы с помощью электростатических зондов. Они позволили на совершенно новом уровне определять пространственное распределение электронной температуры (Те), электрического потенциала (ф) и плотности в плаз- менных конфигурациях. Поэтому не удивительно, что электростатические зонды стали называть "ленгмюровскими", хотя первые зондовые измерения были выполнены в 1887 году Лехером. И, в-третьих, Ленгмюру и Тонксу принадлежит ряд теоретических работ, прежде всего, открытие специфических плазменных колебаний с "ленгмюровской" частотой Ленгмюром было введено, наконец, понятие "плазма" и сформулировано то опреде- ление этого состояния вещества, которое было дано ранее.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Об истории плазменных исследований» з дисципліни «Введення в плазмодінаміку»
