Plazma
Afizikábanés akémiábanaplazma(azógörögπλάσμα(plázma) jelentése: „formázható anyag” ) a negyedikhalmazállapota szilárd, a folyékony és a légnemű mellett. Jelentős részét töltött részecskék: ionok vagy elektronok alkotják. A plazma ionizált állapotú, ami azt jelenti, hogy az anyagot alkotó atomokról egy vagy többelektronleszakad, és így a plazma ionok és szabad elektronok keveréke lesz. Mivel az elektronok már nincsenek az atomokhoz kötve, hanem szabadon mozoghatnak a plazmában, a plazma elektromosan vezetővé válik és az elektromágneses mezőkkel kölcsönhatásba lép. A plazmát ezek a – részben – szabadon mozgó ionozált részecskék különböztetik meg a többi halmazállapottól.
A halmazállapot e negyedik formáját először SirWilliam Crookesírta le1879-ben, az elnevezés pedigIrving Langmuirnevéhez fűződik1928-ban (a vérplazmára emlékeztette).
A láthatóvilágegyetemanyagának 99%-a ebben a halmazállapotban van. A plazmaállapot csak igen magas hőmérsékleten, tízezerkelvinkörül kezd kialakulni, mert csak itt áll rendelkezésre az elektronok leszakításához szükséges energia.
A plazma kinetikus hőmérséklete és sűrűsége széles tartományban változhat (104– 109K; 105– 1033részecske/m³). Elektromos és mágneses térrel a plazma tulajdonságai térben és időben szabályozhatók. Mivel a plazma minden esetben jóval forróbb a szilárd anyagok által kezelhető kb. 3000 foknál, ezért kezelése mágneses és ritkábban elektromos térrel történik. A plazma, magas hőmérséklete miatt, intenzív elektromágneses sugárzó is, magyarul rendkívül sok fényt bocsát ki. Ennekspektrumaazonban némileg eltér afeketetest-sugárzástól.Ezzel a sugárzással gyorsan energiát veszít, ezáltal a plazmaállapot rövidesen megszűnik. A sugárzási veszteséget jelentősen csökkenteni lehet, ha azt a plazmát tartalmazó tartály belső falát alkotó tükrös felületek visszasugározzák.
A plazmát alkotó elektronok és ionok nincsenek egymáshoz kötve, és különböző töltésük és tömegük miatt elektromos és mágneses tér hatására máshogy viselkednek, ami további elektromos és mágneses tér forrása. Emiatt a plazma viselkedése igen bonyolult, fizikai tulajdonságait amagnetohidrodinamikaírja le. Napjainkban széles körű plazmakutatás folyik az univerzum mélyebb megismerésére, új gyártási eljárások és műszaki termékek (fényforrások, plazmakijelzők) kialakítására és az emberiség számára oly fontos kontrolláltmagfúziósenergiatermelés megvalósítására.
Definíciója
[szerkesztés]A negyedik halmazállapot
[szerkesztés]A plazmát a negyedik halmazállapotnak nevezik a szilárd, a folyékony és a gáz után. Ez egy olyan halmazállapot, amelyben az ionizált anyag olyan mértékben válik elektromosan vezetővé, hogy a nagy hatótávolságú elektromos és mágneses mezők dominálnak a viselkedésében.
A plazma jellemzően elektromosan kvázineutrális közeg, amely nem kötött pozitív és negatív részecskékből áll (azaz a plazma teljes töltése nagyjából nulla). Bár ezek a részecskék nem kötöttek, nem "szabadok" abban az értelemben, hogy nem hat rájuk erőhatás. A mozgó töltött részecskék elektromos áramingadásokat generálnak, és egy töltött plazmarészecske bármilyen mozgása hatással van a többi töltés által létrehozott mezőkre, és azok is befolyásolják ezeket. Mindez pedig sokféle variációs fokozattal szabályozza a kollektív viselkedést[21][22].
A plazma különbözik az anyag többi állapotától. Az alacsony sűrűségű plazmát pusztán „ionizált gázként” leírni téves és félrevezető, még akkor is, ha hasonlít a gázfázishoz abban, hogy egyik sem vesz fel határozott alakot vagy térfogatot. Az alábbi táblázat néhány fő különbséget foglal össze:
Állapot Jellemző |
Gáz | Plazma |
|---|---|---|
| Kölcsönhatások | Rövid táv:A meghatározó kölcsönhatás a két részecske közötti ütközés. | Nagy távolság:A részecskék tömegének mozgása általános, mely hullámokat és más tömeges mozgásokat eredményez. |
| Elektromos vezetőképesség | Nagyon alacsony:A gázok kiváló szigetelők akár több tíz kilovolt centiméterenként erősségű elektromos mezők esetében is[1] | Nagyon magas:A legtöbb gyakorlati esetben a plazma vezetőképessége végtelennek tekinthető. |
| Függetlenül viselkedő részek | Egy:Az összes gázrészecske hasonlóan viselkedik (egyféleképpen), főképp az egymással való ütközés és a rájuk ható erők (gravitáció) hatására. | Kettő vagy több:Azelektronokés azionokmáselektromos töltésselés nagyon eltérőtömeggelrendelkeznek, ezért a legtöbb esetben egymástól eltérően viselkednek, mely eredményeképp plazma-hullámok és instabilitás alakul ki. |
Ideális plazma
[szerkesztés]Nem-semleges plazma
[szerkesztés]Az elektromos erő erőssége és hatótávolsága, valamint a plazmák jó vezetőképessége általában biztosítja, hogy a pozitív és negatív töltések sűrűsége bármely nagyobb területen egyenlő legyen ( "kvázineutralitás" ). Az olyan plazmát, amelyben a töltéssűrűség jelentős többletet mutat, vagy szélsőséges esetben egyetlen anyagfajtából áll, nem semleges plazmának nevezzük. Az ilyen plazmában az elektromos mezők domináns szerepet játszanak. Ilyen például a töltött részecskesugár, az elektronfelhőPenning-csapdábanés apozitronplazma.
Természetes plazmák
[szerkesztés]Lásd még:intergalaktikus tér,napszél
Plazma a leggyakoribbanyagavilágegyetemben,messzire elnyúló szakaszokban van jelen avilágűrben.Acsillagokanyaga plazma, és acsillagközi térbenis sok plazma található, de mivel a csillagközi tér nagyon tág, a plazmák pedig próbálják kitölteni a rendelkezésre álló helyet - akárcsak agázok-, ígysűrűségüknagyon kicsi lehet, ezért az ilyen fajta plazmát "híg plazmának" is szokták nevezni. Mivel a csillagok is plazmaállapotban vannak, lövellhetnek ki magukból plazmaadagokat. Ezt neveziknapszélnek.
A miNaprendszerünkbenaNapfolyamatosan napszélt lövell magából. A napszél elsodródik a világűrben és természetesen hozzánk is elér. Mivel Földünk körülmágneses mezővan, a plazmát pedig amágneses térbefolyásolja, a napszélt az északi és a déli pólus magához vonzza. Ezeken a részeken alakul ki a napszélionizálóhatására asarki fény.
Bővebben:sarki fény
Plazmajelenség a Földön természetes módon keletkezhetgyors égéskoris, amitlángnakvagytűznekmondunk, devillámláskoris plazma keletkezik.
A plazma gyakorlati alkalmazása
[szerkesztés]- Élelmiszerfertőtlenítés
Szobahőmérsékleten és atmoszferikus nyomáson is elő lehet állítani egyszerű plazmát, a hideg plazmát, ha két elektróda közéhéliumésoxigénkeverékét juttatjuk.
Mivel a plazmában az elektronok nincsenek az atomokhoz kötve, szabadon és nagy sebességgel mozoghatnak, ahol atomokkal vagy molekulákkal ütközve hatékonyan pusztítják az emberi szervezetre veszélyesmikroorganizmusokatis. Alkalmazható az élelmiszeriparban használt víz, csomagolóanyagok és felületek (pl. szállítószalag) fertőtlenítésére is.
- Világítás
Napjainkban vonják be azEU-ban a fémszálasizzólámpákatés helyettükkompakt fénycsöveketlehet vásárolni. Ezekben gáz található. Működési elvük agázkisülésjelenségen alapul. A gázkisülésekben a gáz ionizálódik, tehát plazma keletkezik. A fénycsövek előnye azenergiatakarékosság,hátránya, hogy az általa kibocsátottfényvibrál, ami az emberiszemneknem jó.
Bővebben:Kompakt fénycső
- energiatermelés
Ennek eszköze az intenzív kutatási fázisban lévőfúziós erőmű.A magfúziós kutatások csak néhány évtizede kerültek előtérbe.
Egy ilyenfúziós reaktortípusaTokamak,aminél egytoroid-csőbe zártdeutérium-tríciumgázkeverékben magas hőmérsékletű plazmát hoznak létre, nagy elektromos áramot indukálva, mely fűti a plazmát és ugyanakkor össze is nyomja azt aPinch-effektushatására.
- hegesztés
- vágás
- felületek védőréteggel való bevonása
- fémek előállítása
Irodalom
[szerkesztés]- Budó Á.-Pócza J. (1981): Kísérleti fizika I. II. Tankönyvkiadó, Budapest
Kapcsolódó szócikkek
[szerkesztés]Fordítás
[szerkesztés]- Ez a szócikk részben vagy egészben aPlasma_(physics)című angol Wikipédia-szócikk fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.
Jegyzetek
[szerkesztés]- ↑Hong, Alice:Dielectric Strength of Air(angol nyelven).The Physics Factbook,2000. (Hozzáférés: 2018. július 6.)
További információk
[szerkesztés]
