PLAZMA

Plazma je vysoko ionizovaný plyn, zložený z iónov, elektrónov (a prípadne neutrálnych atómov a molekúl), ktorá vzniká odtrhnutím elektrónov z elektrónového obalu atómov plynu, alebo roztrhnutím molekúl (ionizáciou). Plazma sa zvyčajne považuje za ďalšie skupenstvo hmoty. Pretože obsahuje veľké množstvo ionizovaných častíc, je elektricky vodivá. 

Plazma existuje vo vesmíre často v odlišných formách. V prírode sa s ňou môžeme stretnúť v podobe blesku, polárnej žiary, alebo hviezd. V skutočnosti plazma tvorí až 99% pozorovanej hmoty vesmíru.

Základné charakteristiky plazmy

Plazma existuje vo vesmíre v rôznych, často veľmi odlišných formách. S plazmou sa môžeme stretnúť napríklad vo forme blesku, polárnej žiare, vo vnútri žiaroviek a tzv. neónov, plazma tvorí taktiež konvenčné hviezdy, slnečný vietor, alebo hmloviny. Parametre plazmy v týchto formách sa líšia o mnoho stupňov.   

Vlastnosti 

Stupeň ionizácie

Stupeň ionizácie plazmy (pomer počtu ionizovaných častíc voči celkovému počtu častíc) je jedným z najdôležitejších parametrov, ktorý určuje správanie sa plazmy. Závisí predovšetkým od teploty a dá sa odhadnúť zo Sahovej rovnice.

Podľa stupňa ionizácie rozlišujeme slabo ionizovanú plazmu a silne ionizovanú plazmu. V slabo ionizovanej plazme je koncentrácia nabitých častíc zanedbateľne malá v porovnaní s koncentráciou neutrálnych molekúl. Naproti tomu v silne ionizovanej plazme prevláda koncentrácia nabitých častíc.

Teplota

Podľa teploty sa plazma rozlišuje na 2 druhy. Je to vysokoteplotná a nízkoteplotná plazma. Vysokoteplotná plazma má strednú energiu nabitých častíc väčšiu než 100 eV, čo zodpovedá rádovo 10⁶K. Vyskytuje sa vo hviezdach a pri experimentoch s riadenou termonukleárnou syntézou. Nízkoteplotná plazma sa vyskytuje napr. v žiarivkách a výbojkách, taktiež v elektrickom oblúku.

V plazme môže byť teplota elektrónov o niekoľko stupňov vyššia než teplota kladných iónov a neutrálnych molekúl.

Ďalšie významné fyzikálne vlastnosti plazmy

Plazma obsahuje voľné elektrické náboje, preto je elektricky vodivá. Vďaka elektrickej vodivosti pôsobí na plazmu aj silné magnetické pole, jej silové účinky pochádzajú z Lorenzovej sily. S rastúcou koncentráciou nabitých častíc sa menia aj koeficienty tepelnej vodivosti a dynamickej viskozity plynu.

 

Stredová elektróda plazmovej lampy ukazujúca žiariacu modrú plazmu plynúcu smerom nahor. Farby sú výsledok relaxácie elektrónov z vybudených stavov do nižších energetických stavov po ich rekombinovaní s iónmi. Tieto procesy vyžarujú svetlo v spektre charakteristickom pre daný vybudený plyn.

Kvazineutralita a Debyeove tienenie

Jednou zo základných vlastností plazmy je tzv.kvazineutralita. Jedná sa o približnú rovnosť koncentrácií kladne nabitých a záporne nabitých elektrónov v oblastiach plazmy, kde všetky tri lineárne rozmery sú podstatne väčšie než Debyeova dĺžka. Vďaka prítomnosti voľných nabitých častíc sa v objeme plazmy vytvára priestorový náboj a elektrostatické pole, ktoré spätne silovo pôsobí na nabité častice. Výsledkom je kompenzácia fluktuačnej hustoty náboja a plazma sa vo väčšej miere javí ako elektricky neutrálna.

S kvazineutralitou úzko súvisia pojmy Debyeove tienenie. Tento jav je pozorovaný napr. v prítomnosti pevnej látky v plazme. Pevná látka nesie náboj, ale ten je vďaka kvazineutralite plazmy tienený. Vo vzdialenosti označovanej ako Debyeova tieniaca dĺžka je už plazma opäť kvazineutrálna.

Uchovanie plazmy

Jedným z typov zariadení pre uchovávanie plazmy sú magnetické nádoby. Magnetické nádoby sú založené na princípe snahy iónov "namotávať" sa na siločiary magnetického poľa a odrážať sa od miest kde intenzita poľa rastie.