Применение плазмы в современном мире. Плазма: четвертое состояние вещества и его применение в современном мире

Что такое плазма и как она образуется. Какие виды плазмы существуют в природе и технике. Где используется плазма в современном мире. Какие перспективы открывает изучение плазмы для науки и технологий.

Что такое плазма и как она образуется

Плазма — это четвертое агрегатное состояние вещества, представляющее собой ионизированный газ. В отличие от обычного газа, в плазме значительная часть атомов или молекул ионизирована, то есть они потеряли или приобрели электроны. Благодаря наличию свободных заряженных частиц плазма обладает высокой электропроводностью и активно взаимодействует с электромагнитными полями.

Как образуется плазма? Существует несколько основных способов:

• Нагрев газа до очень высоких температур (тысячи и миллионы градусов)
• Воздействие на газ сильным электрическим полем
• Облучение газа мощным электромагнитным излучением
• Быстрое сжатие газа до высоких плотностей

При достаточно сильном воздействии атомы газа теряют часть электронов и превращаются в положительно заряженные ионы. Образовавшиеся свободные электроны и ионы и формируют плазменное состояние вещества.

Виды плазмы в природе и технике

В зависимости от температуры, плотности и степени ионизации различают следующие основные виды плазмы:

• Низкотемпературная плазма (до 100 тыс. К) — газовые разряды, пламя
• Высокотемпературная плазма (миллионы К) — в термоядерных реакторах, звездах
• Плазма твердого тела — электроны проводимости в металлах
• Пылевая плазма — содержит заряженные макрочастицы
• Квантовая плазма — при сверхвысоких плотностях

В природе плазма встречается в виде молний, полярных сияний, солнечного ветра, звездного вещества. В технике плазму создают в газоразрядных приборах, плазмотронах, термоядерных установках.

Уникальные свойства плазмы

Плазма обладает рядом необычных свойств, отличающих ее от других агрегатных состояний:

• Высокая электропроводность, сравнимая с металлами
• Сильное взаимодействие с электромагнитными полями
• Коллективное поведение частиц, образование структур
• Генерация мощного электромагнитного излучения
• Сверхтекучесть и сверхпроводимость в определенных условиях

Эти уникальные свойства делают плазму чрезвычайно интересным объектом для фундаментальных исследований и открывают широкие возможности для практических применений.

Применение плазмы в современных технологиях

Уникальные свойства плазмы позволяют использовать ее во многих областях науки и техники:

• Плазменные дисплеи и осветительные приборы
• Плазменная резка и сварка металлов
• Плазмохимические реакторы для синтеза материалов
• Плазменные ракетные двигатели
• Термоядерные реакторы для получения энергии
• Плазменная стерилизация в медицине

Одно из самых перспективных применений плазмы — управляемый термоядерный синтез для получения практически неисчерпаемого источника энергии. Над решением этой задачи работают ученые во многих странах мира.

Плазма в космосе и астрофизике

В космическом пространстве плазма является преобладающим состоянием видимого вещества. В виде плазмы существуют:

• Звезды, в том числе наше Солнце
• Межзвездная среда
• Солнечный ветер
• Ионосфера Земли и других планет
• Магнитосферы планет

Изучение космической плазмы позволяет лучше понять процессы, происходящие во Вселенной. Например, исследования солнечной плазмы помогают прогнозировать космическую погоду, влияющую на работу спутников и наземных систем.

Методы получения и диагностики плазмы

Для создания и исследования плазмы в лабораторных условиях используются различные методы:

• Газовые разряды (тлеющий, дуговой, высокочастотный)
• Лазерная абляция твердых мишеней
• Инжекция пучков заряженных частиц
• Пинч-эффект при протекании тока
• Ударное сжатие газа

Диагностика параметров плазмы проводится с помощью зондовых измерений, спектроскопии, лазерного рассеяния, регистрации излучения и других методов. Это позволяет определять температуру, плотность, степень ионизации и другие характеристики плазмы.

Перспективы изучения и применения плазмы

Исследования плазмы открывают широкие перспективы для развития науки и технологий:

• Создание термоядерных электростанций
• Разработка новых плазменных двигателей для космических аппаратов
• Синтез новых материалов с уникальными свойствами
• Развитие плазменной электроники
• Изучение экстремальных состояний вещества

Освоение плазменных технологий может привести к настоящей технологической революции в энергетике, космонавтике, материаловедении и других областях. Поэтому изучение плазмы остается одним из приоритетных направлений современной науки.

Использование плазмы | ПлазмаМаш

Наиболее широко плазма применяется в светотехнике — в газоразрядных лампах, освещающих улицы. Гуляя вечером по улицам города, мы любуемся световыми рекламами, не думая о том, что в них светится неоновая или аргоновая плазма. Пользуемся лампами дневного света. Всякий, кто имел «удовольствие» устроить в электрической сети короткое замыкание, встречался с плазмой. Искра,  которая проскакивает между проводами, состоит из плазмы электрического разряда в воздухе. Дуга электрической сварки тоже плазма.

Любое вещество, нагретое до достаточно высокой температуры, переходит в состояние плазмы. Легче всего это происходит с парами щелочных металлов,  таких, как натрий, калий, цезий. Обычное пламя обладает некоторой теплопроводностью; оно, хотя и в слабой степени, ионизировано, то есть является плазмой. Причина этой проводимости — ничтожная  примесь натрия, который можно распознать по желтому свечению. Для полной ионизации газа нужна температура в десятки тысяч градусов.

Кроме того, плазма применяется в самых разных газоразрядных приборах: выпрямителях электрического тока, стабилизаторах напряжения, плазменных усилителях и генераторах сверхвысоких частот (СВЧ), счётчиках космических частиц.

Все так называемые газовые лазеры (гелий-неоновый, криптоновый, на диоксиде углерода и т. п.) на самом деле плазменные: газовые смеси в них ионизованы электрическим разрядом.

Свойствами, характерными для плазмы, обладают электроны проводимости в металле (ионы, жестко закрепленные в кристаллической решётке, нейтрализуют их заряды), совокупность свободных электронов и подвижных «дырок» (вакансий) в полупроводниках. Поэтому такие системы называют плазмой твёрдых тел

Газовую плазму принято разделять на низкотемпературную — до 100 тыс. градусов и высокотемпературную — до 100 млн градусов. Существуют генераторы низкотемпературной плазмы — плазмотроны, в которых используется электрическая дуга. С помощью плазмотрона можно нагреть почти любой газ до 7000-10000 градусов за сотые и тысячные доли секунды. С созданием плазмотрона возникла новая область науки — плазменная химия: многие химические реакции ускоряются или идут только в плазменной струе. Плазмотроны применяются и в горно-рудной промышленности, и для плазменной резки металлов.

Созданы также плазменные двигатели, магнитогидродинамические электростанции. Разрабатываются различные схемы плазменного ускорения заряженных частиц. Центральной задачей физики плазмы является проблема управляемого термоядерного синтеза.

Термоядерными называют реакции синтеза более тяжёлых ядер из ядер лёгких элементов (в первую очередь изотопов водорода — дейтерия D и трития Т), протекающие при очень высоких температурах (» 10⁸ К)

В естественных условиях термоядерные реакции происходят на Солнце: ядра водорода соединяются друг с другом, образуя ядра гелия, при этом выделяется значительное количество энергии. Искусственная реакция термоядерного синтеза была осуществлена в  водородной бомбе.

Исследовательская работа «Удивительное рядом-плазма» | Образовательная социальная сеть

Региональная политехническая олимпиада

Неретин Владимир Константинович

Краснодарский край, Павловский район, ст. Павловская

муниципальное автономное общеобразовательное учреждение

средняя образовательная школа №2

10 «В» класс

УДИВИТЕЛЬНОЕ РЯДОМ — ПЛАЗМА

                                                                           Автор работы:

                                                                      Неретин Владимир Константинович

                                                                     Павловский район, Краснодарский край

                                                                     10 «В» класс,

                                                                     муниципальное автономное

                                                                     общеобразовательное учреждение

                                                                     средняя общеобразовательная школа № 2

                                                                           Научный руководитель:

                                                                      Рыбалкина Светлана Викторовна,

                                                                      учитель физики

                                                                     муниципальное автономное

                                                                     общеобразовательное учреждение

                                                                     средняя общеобразовательная школа № 2

                                                                     ст. Павловской

                                                                     Краснодарского края

Оглавление:

Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
Основная часть
История открытия плазмы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
Понятие плазмы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Возникновение плазмы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Формы плазмы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Достижения ученных в области изучения плазмы . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Практическая часть
Наиболее простые способы получения плазмы . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Получение дугового разряда от трансформатора Теслы, построенного на пентоде ГУ-81 М . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
IV.     Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . 10
V.      Приложения
Приложение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . .  I
Приложение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . .II
Приложение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . III
Приложение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . IV
Приложение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . .V
Приложение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . VI
Приложение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . VII
Приложение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . .VIII
Приложение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . IX

Удивительное рядом — плазма

Неретин Владимир Константинович

Краснодарский край, Павловский район, ст. Павловская

муниципальное автономное общеобразовательное учреждение

средняя образовательная школа №2

10 «В» класс

Введение

         

          Долгий путь вёл человека к познанию плазмы, к её использованию в различных отраслях техники. Когда же наука и техника включили плазму в сферу своего внимания, рост знаний о ней и её практическое применение пошли семимильными шагами. Тут и возникли плазмохимия и плазмохимическая технология.

Ещё крупнейший древнегреческий учёный Аристотель предполагал, что все тела состоят из четырёх низших элементов-стихий: земли, воды, воздуха и огня. Дальнейшее развитие науки наполнило новым содержанием эти термины. Действительно вещество может быть в четырёх состояниях: твёрдом, жидком, газообразном и плазменном.

Плазма представляет собой состояние вещества, наиболее распространённое в космосе и обладающее очень интересными свойствами, которые находят всё более широкое применение в разработках, посвящённых большим проблемам современной техники. Например, Солнце и звёзды являются примерами высокотемпературной плазмы.

Но что представляет собой плазма? Как человечество в будущем распорядится этим удивительным даром? Об этом я поведаю в своей исследовательской работе.    

Основная часть

История открытия плазмы

          Четвертое состояние материи было открыто У. Круксом (рис. 1, Приложение ст. I) в 1879 году и названо «плазмой» И. Ленгмюром (рис. 2, Приложение ст. I) в 1928 году возможно из-за ассоциаций с четвертым состоянием вещества (плазмы) с плазмой крови.

И. Ленгмюр писал: «Исключая пространство около электродов, где обнаруживается небольшое количество электронов, ионизированный газ содержит электроны и ионы практически в одинаковых количествах, в результате чего суммарный заряд системы очень мал. Мы используем термин «плазма», что бы описать эту в целом электрически нейтральную область, состоящую из ионов и электронов». [Арцимович Л.А. «Элементарная физика плазмы»].

Понятие плазмы

Плазма (видео 1, Приложение ст. II) — частично или полностью ионизованный газ, образованный из нейтральных атомов (или молекул) и заряженных частиц (ионов и электронов). Важнейшей особенностью плазмы является ее квазинейтральность, это означает, что объемные плотности положительных и отрицательных заряженных частиц, из которых она образована, оказываются почти одинаковыми.

Газ переходит в состояние плазмы, если некоторые из составляющих его атомов (молекул) по какой-либо причине лишились одного или нескольких электронов, т.е. превратились в положительные ионы. В некоторых случаях в плазме в результате «прилипания» электронов к нейтральным атомам могут возникать и отрицательные ионы.

Если в газе не остается нейтральных частиц, плазма называется полностью ионизованной. Плазма подчиняется газовым законам и во многих отношениях ведет себя как газ. Вместе с тем, поведение плазмы в ряде случаев, особенно при воздействии на нее электрических и магнитных полей, оказывается столь необычным, что о ней часто говорят как о новом четвертом состоянии вещества.

Возникновение плазмы

          Пусть в замкнутом сосуде, сделанном из очень тугоплавкого материала, находиться небольшое количество какого-либо вещества. Начнём подогревать сосуд, постепенно повышая его температуру.

Если первоначально вещество, содержащееся в сосуде, было в твёрдом состоянии, то в некоторый момент оно начнёт плавиться, а при ещё более высокой температуре испарится, и образовавшийся газ равномерно заполнит весь объём. Когда температура достигнет достаточно высокого уровня, все молекулы газа (если это молекулярный газ) диссоциируют, т.е. распадутся на отдельные атомы.

В результате в сосуде будет содержаться газообразная смесь элементов, из которых состоит вещество. Атомы этих элементов будут быстро и беспорядочно двигаться, испытывая время от времени столкновения между собой. Средняя скорость хаотического теплового движения атомов растёт пропорционально квадратному корню из абсолютной температуры газа. Она тем больше, чем легче газ, т.е. чем меньше атомный вес вещества.

Формы плазмы

          Фазовым состоянием большей части вещества во Вселенной является плазма. Все межзвездное пространство и даже звезды заполнены плазмой, хотя и очень разреженной.

В пример можно привести планету Юпитер, сосредоточившую в себе большую часть вещества Солнечной системы, находящегося в «неплазменном» состоянии. При этом масса Юпитера составляет всего около 0,1 % от массы Солнечной системы, а объем еще меньше – всего  10−15 %. Мельчайшие частицы пыли, заполняющие космическое пространство и несущие на себе определенный электрический заряд, в совокупности могут быть рассмотрены как плазма, состоящая из сверхтяжелых заряженных частиц.

В этой таблице представлены наиболее встречающиеся формы плазмы:

Искусственно созданная                                                                                  плазма (Приложение ст. III)	Земная природная плазма (Приложение ст. IV)	Космическая и астрофизическая плазма (Приложение ст. V)
Плазменная панель, включая TV (рис. 2а)	Молния (рис. 3а, 3б)	Солнце и другие звезды  (рис. 4а)
Вещество внутри люминесцентных и неоновых ламп (рис. 2б, 2в)	Огни Святого Эльма      (рис. 3в)	Солнечный ветер
Плазменные ракетные двигатели (рис. 2г, 2д)	Ионосфера	Космическое пространство (пространство между планетами, звездами, галактиками…)
Внутри газоразрядной короны озонового реактора	Языки пламени (низкотемпературная плазма)	Межзвездные туманности (рис. 4б)
В исследованиях, посвященных управляемому термоядерному синтезу
Внутри плазменных шаров
Дуговой разряд от трансформатора Теслы
Плазму создают при помощи воздействия на вещество лазерным излучением

Достижение ученых в области исследования плазмы

          В США в 2010 году ученым удалось получить плазму с рекордно высокой в земных условиях температурой, превышающей 2 млрд. градусов по Цельсию. Открытие сделано в Национальной лаборатории Сандия, расположенной около города Альбукерке (штат Нью-Мексико).

Рекордное значение было достигнуто на специальной лабораторной установке Z machine (рис. 5а, 5б, 5в, Приложение ст. VI), представляющей собой особый ускоритель элементарных частиц и мощнейший генератор рентгеновского излучения, который был создан для моделирования условий ядерного взрыва. Обычно для получения высокотемпературной плазмы в установке пропускали сверхкороткие импульсы электрического тока силой 20 млн. ампер через тончайшие проволочки из вольфрама. В проведенном эксперименте вместо вольфрама использовалась сталь, и именно с этим ученные пытаются увязать результат.

Удивительным также является то, что в ходе эксперимента выделилось больше энергии, чем было к нему подведено. Это позволяет предположить, что здесь начали действовать ранее неизвестные процессы генерации энергии. Авторы эксперимента пока не могут объяснить, как им удалось достичь нынешнего удивительного результата.

          Для сравнения температура внутренних областей Солнца составляет примерно 15 млн. градусов, а температура, которую удавалось достичь при экспериментах по ТС, не превышала 500 млн. градусов. [И.А. Котельников, Г.В. Ступаков  — Лекции по физике плазмы, учебное пособие для студентов третьего курса физического НГУ].

Практическая часть

1. Наиболее простые способы получения плазмы

После некоторых исследований, свойств и характеристик плазмы, я смог провести опыт  получения в домашних условиях низкотемпературной плазмы (видео 2, Приложение ст. VII). Для этого мне понадобилось следующее оборудование: СВЧ печь, лучина, стеклянная банка.                    

Ход проведения опыта:

1.  С начала я вынул из СВЧ печи стеклянное блюдо, на котором вращаются продукты при разогреве.
2.  Затем в центральное отверстие Микроволновой печи я вставил лучинку и зажег ее.
3. После этого я накрыл лучинку стеклянной банкой, потом закрыл СВЧ печь,  включил ее, установив функцию нагрева продуктов.
4.  После некоторого количества времени можно увидеть, как в стеклянной банке с зажженной лучиной образовывается плазма.

Вывод: благодаря этому простому опыту можно увидеть, как ионизируется газ под действием температуры и тем самым получается частично ионизированная плазма.

2. Получение дугового разряда от трансформатора Теслы, построенного на пентоде ГУ-81 М

Как известно низкотемпературную газоразрядную плазму можно получить при искровом, дуговом и тлеющем разрядах. Но я решил остановиться поподробнее на получении низкотемпературной плазмы из дугового разряда (рис. 6а, 6б, 6в, 6г, Приложение ст. VIII-IX). Для этого мне понадобилось следующее оборудование: пентод ГУ-81 М; 2 высокочастотных керамических конденсатора  КВИ-3; МОТ от СВЧ печи; диод; полиэтиленовая труба; медные провода диаметром 1-1.5мм, 0.16мм  и 0.5мм; разрядный терминал в виде металлического штыря; фанера.

Ход выполнения опыта:

  Само устройство представляет собой мощный высокочастотный автогенератор, выполненный на мощном прямонакальном пентоде ГУ-81М, колебательный контур которого индуктивно связан с вторичным контуром, настроенным в резонанс.

Конденсатор С2 задаёт частоту генератора. При данном его значении частота составляет около 400 кГц. Этот конденсатор обязательно должен быть высокочастотным керамическим (КВИ-2, КВИ-3, К15У-1), другие типы не подходят! Рабочее напряжение конденсатора должно быть не менее 10 кВ.

У меня стоят 2 параллельно соединённых конденсатора КВИ-3 на 16 кВ, ёмкостью 470 пФ каждый, при этом они сильно греются при длительной работе.

Питается генератор от МОТа (трансформатор СВЧ печи), к которому подключен удвоитель на конденсаторе С1 и диоде VD1. На выходе получается напряжение около 5 КВ, которое проседает под нагрузкой до 4 КВ.

Вся конструкция собрана на основе из фанеры. Первичная обмотка L1 и обмотка обратной связи L2 намотаны на каркасе из полиэтиленовой трубы диаметром 11 см и высотой 16 см. Первичная обмотка L1 наматывается первой и находится внизу. Она содержит 35 витков медного провода диаметром 1-1,5 мм и наматывается виток к витку. Обмотка обратной L2 связи наматывается выше на расстоянии от первичной обмотки не менее 2 см, во избежание пробоя, и содержит 22 витка 0,5 мм провода, намотка также виток к витку. Вторичная обмотка L3 намотана на трубе диаметром 5,5 см и высотой 40 см проводом 0,16 мм. Наверху вторичной обмотки необходимо установить разрядный терминал в виде металлического штыря.

 Сначала включают накал лампы, и только через 10 секунд подают анодное. Подносят к вторичной обмотке лампу дневного света. Если генератор собран правильно, то с металлического штыря должен бить стример длиной не менее 15 см, а лампа дневного света должна ярко светиться. При отсутствии генерации меняют местами выводы обмотки L2.

Опасности, которых необходимо избегать:

1. Во избежание ожогов не трогайте искры руками!!! И используйте только заземленный металлический предмет!!!
2. Прикосновение к неизолированным частям генератора смертельно!!!
3. Всегда включайте накал лампы до подачи анодного напряжения!!!

Вывод: благодаря проведенному мной опыту, можно проследить, как образуется один из видов электрического тока в газе — дуговой разряд, частного случая существования плазмы, состоящего из ионизированного, электрически квазинейтрального газа.  

Заключение

Плазма – ещё мало изученный объект не только в физике, но и в химии (плазмохимии), астрономии и многих других науках. Поэтому важнейшие технические положения физики плазмы до сих пор не вышли из стадии лабораторной разработки.

В настоящее время плазма активно изучается т.к. имеет огромное значение для науки и техники. Эта тема интересна ещё и тем, что плазма – четвёртое состояние вещества, о существовании которого люди не подозревали до XX века.

В будущем, возможно и очень недалеком, ученые умы смогут создать на основе данных, полученных из современных исследований плазмы, столь мощные плазменные электростанции, которые заменят современные, и смогут снабжать электроэнергией целые города. Трудно даже вообразить что в очень скором будущем ракеты, оснащенные плазменными двигателями, за очень малое время смогут преодолевать просто невообразимые расстояния в космосе, исследуя новые миры.  

Так же изучение плазменных явлений дадут нам возможность познать и углубленно изучить УТС (управляемый термоядерный синтез), и дать основу для создания неиссякаемых источников энергии; а так же одного из самых малоизученных и интересных природных явлений – молний, познать новые виды энергии.

За изучением Плазмы и ее аспектов в современном мире стоит уровень развития нашей планеты.  

   

 

   

Список использованной литературы:

1. Арцимович Л.А. «Элементарная физика плазмы», М. Атомиздат,                    2007.
2. Ораевский Н.В. Плазма на Земле и в космосе, К. Наукова думка,                        2009.
3. Энциклопедический словарь юного физика, 3 изд., М. Педагогика-Пресс,         2008.
4. И.А. Котельников, Г.В. Ступаков  — Лекции по физике плазмы, учебное

пособие для студентов третьего курса физического НГУ,                                     2010.  

Что такое плазма? Функция, использование и пожертвования

Плазма является самым крупным компонентом крови. Он в основном состоит из воды, но также содержит жизненно важные белки и другие вещества, необходимые для правильного функционирования крови.

Ученые могут разделить кровь на четыре основных компонента:

• плазма
• эритроциты
• лейкоциты
• тромбоциты

Примерно 55% крови составляет плазма, остальные три компонента составляют остальные 45% . Поскольку плазма представляет собой жидкую часть крови, она играет жизненно важную роль во многих системах организма, поскольку облегчает транспортировку важных веществ по всему телу.

В этой статье мы обсудим функции плазмы, то, как она поддерживает здоровье организма, и важность донорства плазмы.

Плазма, также известная как плазма крови, представляет собой жидкую часть крови соломенного цвета. Это самый большой отдельный компонент крови, составляющий примерно 55%.

Сама плазма состоит на 92% из воды. Жизненно важные белки, участвующие во многих функциях, таких как свертывание крови, борьба с инфекциями и транспортировка веществ, составляют 7% плазмы. Оставшийся 1% содержит минеральные соли, сахара, жиры, гормоны и витамины.

Поскольку плазма образует жидкую основу крови, она выполняет множество функций в организме. Некоторые из этих функций включают:

• Коагуляция: Многие важные белки, такие как фибриноген, тромбин и фактор X, присутствуют в плазме и играют жизненно важную роль в процессе свертывания крови, чтобы остановить кровотечение.
• Иммунитет: Плазма крови содержит борющиеся с болезнями белки, такие как антитела и иммуноглобулины, которые играют решающую роль в иммунной системе, борясь с патогенами.
• Поддержание артериального давления и объема: Белок плазмы, называемый альбумином, помогает поддерживать онкотическое давление. Это предотвращает утечку жидкости в участки тела и кожи, где обычно собирается меньше жидкости. Это также помогает обеспечить кровоток через кровеносные сосуды.
• pH-баланс: Вещества, присутствующие в плазме крови, действуют как буферы, позволяя плазме поддерживать pH в пределах нормы, что помогает поддерживать функцию клеток.
• Транспорт: Плазма в крови помогает транспортировать питательные вещества, электролиты, гормоны и другие важные вещества по всему телу. Он также помогает удалять продукты жизнедеятельности, транспортируя их в печень, легкие, почки или кожу.
• Температура тела: Плазма помогает поддерживать температуру тела, уравновешивая потерю и приток тепла в организме.

Выполняя вышеуказанные функции, плазма помогает поддерживать здоровье людей. Он гарантирует, что питательные вещества, гормоны, белки и другие вещества попадают в ту часть тела, которая в них нуждается.

Поскольку это жизненно важный компонент крови, он также играет важную роль в лечении многих серьезных заболеваний.

Плазма содержит много важных веществ, а именно антитела, факторы свертывания крови и белки, такие как альбумин и фибриноген. Вот почему существуют кампании по переливанию крови, в которых людей просят сдать плазму. После сбора донорской плазмы медицинские работники замораживают ее, чтобы сохранить ее качество и функциональность. Они называют это свежезамороженной плазмой или СЗП.

Затем они могут выдавать СЗП больницам или фармацевтическим компаниям, которые затем могут обрабатывать, отделять и концентрировать жизненно важные вещества, присутствующие в плазме, в различные продукты, которые врачи могут использовать в качестве спасательного лечения.

Например, из СЗП ученые могут приготовить криопреципитат, который богат факторами свертывания крови и может помочь людям с нарушением свертываемости крови.

Кровь и ее компоненты являются ценным ресурсом в здравоохранении. Имеются данные о том, что системе здравоохранения в Соединенных Штатах ежедневно требуется около 10 000 единиц плазмы. По этой причине некоторые люди называют плазму крови жидким золотом.

Медицинские работники могут использовать плазму по-разному. В частности, плазма может быть частью спасательного лечения людей с травмами и ожогами или с тяжелыми заболеваниями печени и редкими заболеваниями крови.

Донорство крови — это безопасная и простая процедура, при которой человек сдает продукты крови. Люди могут сдавать плазму через донорство цельной крови или плазмы.

При донорстве цельной крови человек сдает все компоненты крови. Медицинские работники могут дать цельную кровь тем, кто может в ней нуждаться, например, тем, кто восстанавливается после операции, или ученые могут разделить кровь на различные компоненты и использовать их по мере необходимости.

Донорство плазмы включает забор крови, извлечение плазмы и возврат остальной части крови донору посредством процесса, называемого плазмаферезом. Этот тип донорства занимает немного больше времени, чем цельная кровь, но, поскольку человек сдает только плазму, он дает больший объем плазмы крови, а это означает, что люди могут сдавать кровь чаще.

Люди с группой крови AB имеют универсальный тип плазмы, что означает, что любой может безопасно получить эту плазму. Люди в чрезвычайных ситуациях могут получить этот тип плазмы немедленно, что может означать разницу между жизнью и смертью.

Американский Красный Крест призывает людей с группой крови AB сдавать плазму. Люди с этой группой крови могут делать это каждые 28 дней или до 13 раз в год.

Нажмите здесь, чтобы узнать больше о донорстве плазмы.

Плазма — это желтый жидкий компонент, составляющий большую часть крови. Это помогает с иммунитетом, свертываемостью крови, поддержанием артериального давления, объема крови и баланса pH в организме. Он также играет ключевую роль в транспортировке клеток крови, питательных веществ, белков, отходов и гормонов по всему телу.

Люди, способные сдавать кровь, могут подумать о сдаче плазмы. Он пользуется большим спросом, так как может быть очень полезен для лечения людей с массивной кровопотерей, печеночной недостаточностью, раком, редкими заболеваниями или другими проблемами со здоровьем.

Если человек хочет сдать кровь или плазму, он может найти ближайший к нему центр с помощью системы поиска мест сдачи крови и плазмы реконвалесцентов AABB. Кроме того, люди могут найти сбор пожертвований через Американский Красный Крест.

Видение будущего термоядерной энергетики и исследований плазмы

Офис Наука

18 февраля 2021 г.

Энергия термоядерного синтеза питает Солнце. При правильном использовании тот же процесс может дать людям чистую энергию.

Работа Дженнифер Хэмсон, LLE/Университет Рочестера, концепция доктора Джеффри Левеска, Колумбийский университет, первоначально использованная в Плане сообщества по термоядерной энергии и исследованиям в области плазмы

Плазма — это удивительное четвертое состояние материи. Хотя плазма не так хорошо известна, как твердые тела, жидкости или газы, она гораздо более распространена в нашей Вселенной. Это газ, состоящий из атомов, у которых оторваны электроны. Он составляет внутренности звезд, вызывает северное сияние и питает солнечные ветры, которые отражаются от магнитного поля Земли. Также важно использовать реакции ядерного синтеза для производства энергии. Исследования, финансируемые Управлением науки Министерства энергетики, добились огромных успехов в понимании плазмы и термоядерного синтеза. В новом отчете Консультативного комитета по наукам о термоядерной энергетике (FESAC) изложен путь вперед для термоядерных технологий и исследований плазмы.

Министерство энергетики уже поддержало огромные достижения в области термоядерной энергетики. Теперь ученые могут использовать исследовательское оборудование для производства и измерения термоядерной плазмы, нагретой более чем до 100 миллионов градусов. Они также могут моделировать эти процессы с помощью суперкомпьютеров, чтобы лучше понять, как функционирует плазма.

Эти достижения подготовили американское сообщество исследователей термоядерного синтеза к следующему шагу: изучению «самонагревающейся» или горящей плазмы. США решительно поддерживают многонациональный эксперимент ИТЭР, строящийся во Франции, который станет первым объектом, достигшим этой цели.

Исследования, проведенные при поддержке Министерства энергетики США, также позволили получить фундаментальные знания, необходимые для работы с плазмой в коммерческих целях. Эта информация, наряду с помощью исследователей из национальной лаборатории Министерства энергетики США, позволила полупроводниковой промышленности использовать плазму для удаления или добавления атомов в свои устройства. Эти новые методы производства привели к появлению многих электронных устройств, которые мы используем каждый день, включая смартфоны. Другие важные достижения включают открытие теплой, плотной плазмы и создание экстремальных состояний материи.

Основываясь на этих достижениях, отчет Powering the Future: Fusion and Plasmas является результатом первого процесса стратегического планирования для сообщества исследователей термоядерной энергии и плазмы в целом. В течение 15 месяцев сотни исследователей собрались вместе, чтобы внести свой вклад в документы, вошедшие в этот отчет. В отчете изложена новая главная цель — построить экономически жизнеспособную пилотную термоядерную электростанцию ​​к 2040-м годам. Для достижения этой цели потребуются достижения как в фундаментальной науке о плазме, так и в технологиях термоядерного синтеза.

Что касается термоядерного синтеза, FESAC отмечает, что исследования должны быть направлены не только на ядро ​​плазмы, питающее термоядерные реакторы, но и на всю термоядерную науку и технологии. В то время как существующие исследования уже изучают материалы и технологии, необходимые для термоядерной электростанции, в отчете подчеркивается необходимость дополнительных инвестиций в эту область. В частности, исследователям необходимо разработать материалы, способные выдерживать экстремальные условия внутри термоядерных реакторов. Кроме того, они должны разработать инструменты для ограничения событий, которые повреждают эти материалы, а также понять, как эти материалы меняются, когда они подвергаются воздействию высоких температур и экстремального излучения.

Исследовательскому сообществу также необходимо разработать технологии для производства термоядерного топлива и использования плазмы для производства электроэнергии. В отчете рекомендуется, чтобы сообщество одновременно разработало технические проекты экспериментальной термоядерной установки.

Что касается науки и технологии плазмы, в отчете описываются три основные области исследований. Понимание астрофизической и лабораторной плазмы с высокой плотностью энергии позволит понять самые загадочные процессы в нашей Вселенной. Открытие новых состояний материи расширило бы наши знания о строительных блоках физики. Поиск новых способов использования плазмы может привести к совершенствованию технологий, включая новую микроэлектронику, биотехнологии, системы очистки воды и медицинские процедуры.

Для удовлетворения этих потребностей потребуются значительные инвестиции. В отчете представлены альтернативные сценарии того, что может быть выполнено с учетом возможных будущих бюджетных условий. В частности, рекомендуется финансировать строящиеся исследовательские центры, а также несколько новых. Эти объекты включают инструменты для изучения материалов реактора и производства топлива.

Укрепление и создание новых партнерских отношений поможет исследователям эффективно использовать эти объекты. В отчете рекомендуется еще больше сотрудничать с другими подразделениями Министерства энергетики, другими федеральными агентствами и частными компаниями. В нем говорится, что США должны укреплять государственно-частное партнерство, чтобы ускорить нашу отечественную промышленность и сохранить наше лидерство. Поскольку объект ИТЭР должен начать работу через пять лет, он также рекомендует создать в США межведомственную исследовательскую группу, сосредоточенную на ИТЭР. Кроме того, улучшение разнообразия, справедливости и вовлечения в исследовательское сообщество позволит приветствовать всех ученых, поддерживать их и иметь возможность делать свою работу наилучшим образом. Эти улучшения помогут создать рабочую силу, способную выполнить долгосрочный план.