Это так называемый безэлектродный кольцевой разряд.
Если к острию-электроду подвести электромагнитные колебания очень высокой частоты, то на конце острия появится столбик плазмы в виде пламени свечи или факела. Этот разряд назван факельным. Стоит уменьшить частоту питающего тока, факельный разряд превратится в коронный, представляющий собой «букет» плазмы с многочисленными трепещущими языками.
Плазма высокочастотных разрядов живет по иным законам, чем плазма, полученная пропусканием постоянного тока, а на молекулы газа она действует иначе. Это заставляет ученых усиленно изучать высокочастотные разряды, чтобы получить их новые применения.
Вы уже немало узнали о строении плазмы, о поведении невидимых заряженных частиц, из которых она состоит. Когда вы читали об искре, дуге, тлеющем, коронном и других разрядах, у вас, наверно, возникал вопрос, а как ученые разгадали, открыли все тонкости взаимодействия миллиардов ионов и электронов, находящихся в каждом кубическом сантиметре плазмы? Как удалось им заглянуть в невидимое?
Вопрос этот интересный, и я остановлюсь на нем, правда, мне будет нелегко на нескольких страницах рассказать хотя бы об основных видах «оружия», которым осуществляется штурм плазмы.
Но вначале о том, как получить плазму.
— Очень просто! — скажете вы. — Откачать из трубки побольше воздуха, включить высокое напряжение — и плазма готова.
Но ученые так поступают редко. Действительно, разряд, полученный в остатках воздуха, — вещь неопределенная. В каком газе он получен? В азоте? В кислороде? В углекислом газе, который тоже есть в воздухе? Такая неопределенность ученых не устраивает. Ведь от состава газа, служащего «материалом» для плазмы, зависят ее поведение и свойства.
Поэтому чаще приходится вначале откачивать из трубки весь воздух, а потом впускать вместо него тот газ, плазма которого подвергается исследованию.
Обычно для этой цели используются инертные газы: гелий, неон, аргон, криптон и ксенон. Но часто плазму получают в парах ртути, натрия и других металлов. Без удаления воздуха из трубки в этом случае никак не обойтись.
В том опыте, которым мы проверяли закон Ома для плазмы, разрежение в трубке осуществлялось механическим насосом.
Вы знаете, что давление воздуха у поверхности земли составляет 760 миллиметров ртутного столба. Механический насос, поработав изрядное время, уменьшает давление внутри разрядной трубки до тысячной доли миллиметра. В три четверти миллиона раз!
Но ученых это не устраивает. После механического насоса они заставляют работать еще один насос — ртутный. В этом насосе нет вращающихся частей. В нем горелка, или спираль, подогревает сосуд с ртутью, и пары ртути врываются в специальную камеру, сообщающуюся с разрядной трубкой. Молекулы воздуха, оставшиеся в трубке после работы механического насоса, выходят в эту камеру и прилипают к капелькам ртути, увлекаются ими.
Ртутный насос понижает давление в разрядной трубке еще в тысячу раз. Таким образом достигается давление в одну миллионную долю миллиметра!
Но давление в миллионную долю миллиметра — это не пустота. В каждом кубическом сантиметре объема разрядной трубки еще имеются миллиарды молекул воздуха. Ученые применяют новые хитрости, чтобы выманить эти молекулы из трубки. Они помещают трубку в магнитное поле, превращают остатки газа в ионы и извлекают их из трубки мощным электрическим полем.
Приходится бороться еще с одним врагом — газом, выделяющимся из стекла и из электродов трубки. Оказывается, все твердые тела в обычном состоянии пропитаны воздухом и этот воздух может выходить в безвоздушное пространство разрядной трубки и портить все дело.
Поэтому, чтобы не допустить такого «испарения» воздуха, разрядную трубку при откачке прогревают вначале в электрической печи, а потом в электромагнитном поле высокой частоты.
Видите, сколько хлопот доставляет, казалось бы, простая операция — удаление газа из трубки!
Когда в разрядной трубке воздуха не останется почти совсем, ее наполняют тем газом, разряд в котором интересует ученого. В лаборатории имеются небольшие баллоны с различными газами, полученными с химических заводов. Завод отвечает за то, чтобы в неоне или аргоне не было других газов — примесей. Но иногда все же в лаборатории приходится делать «доочистку» газов.
Но вот трубка заполнена нужным газом до необходимого давления, подключен источник высокого напряжения, газ в трубке превратился в плазму. Теперь слово за приборами. Они тесной толпой окружают маленькую разрядную трубку и на языке, понятном исследователю, докладывают о поведении заряженных частиц, из которых состоит плазма. Одни из них сообщают о плотности, или давлении газа внутри трубки, другие — об изменении напряжения между электродами и величине тока через трубку, третьи — о поведении электродов во время разряда.