تقریبا همه در پاسخ به این پرسش که ماده چند حالت دارد، می گویند سه حالت:جامد،مایع،گاز.
ولی چنین نیست گازها در درجه حرارت های بسیار بالا، حالت چهارم ماده را پدید می آورند که پلاسما نامیده می شود.
پلاسما چنانکه شایسته آن است شناخته نشده است، با این حال همه جا می توان آن را یافت. در جهان از ماده ستارگان گرفته تا پرتوهای کیهانی و در اطراف کره خاکی، درون حوزه مغناطیسی زمین و در نگاهی عامیانه تر حتی در آتش حالت پلاسما وجود دارد.
پلاسما چیست؟
پلاسما گازی است که از ذرات باردار تشکیل شده است. در واقع گازها در
درجه حرارت های بالا، حالت چهارم ماده را که پلاسما نامیده می شود به وجود می آورند.
پلاسما بر حسب شدت یونیزاسیون گاز مورد نظر به دو گروه تقسیم می شوند:
دسته اول پلاسماهایی که در آنها درصد بالایی از اتم ها یونیزاسیون شده
اند و برای همجوشی هسته ای به کار می روند که دمای آنها بسیار بالا و در حدود
چندین میلیون درجه سانتیگراد است.
دسته دوم پلاسماهایی هستند که در آنها جزئی از اتم ها یونیزه شده اند
و یونیزاسیون ، به ندرت به 5 % می رسد که دمای آن بین 2000 تا 20000 درجه
سانتیگراد است و این نوع پلاسما کاربرد صنعتی دارد. در ذوب آهن ، تهیه آلیاژهای
فولاد و در پرتاب موشک به فضا و همچنین در حفاری مورد استفاده قرار می گیرد.
پلاسما از نظر تولید انرژی قابل ملاحظه است به شرط آنکه کنترل حرارتی
همجوشی هسته ای میسر شود. استفاده از پلاسما برای پوشش دهی فلزات به منظور حفاظت
در برابر حرارت زیاد برای اولین بار در صنایع هواپیما سازی مورد استفاده قرار گرفت.
رسانایی پلاسما:
پلاسما رسانای بسیار خوبی برای برق است و در مواردی حتی بهتر از
بهترین رساناهای فلزی عمل می کند. اگر مقداری گاز معمولی را یونیزه کنیم، یعنی
درون آن تخلیه الکتریکی انجام دهیم، گاز به پلاسما تبدیل می شود زیرا تخلیه
الکتریکی سبب می شود ذرات گاز باردار شوند. هر اتم معمولی از یک هسته با بار مثبت
و ابری از الکترون ها با بار منفی در اطراف آن تشکیل شده است. بار الکتریکی اتم در
حالت عادی صفر است.
اگر میدان الکتریکی نیرومندی بر گازی معمولی اعمال کنیم ممکن است
تعدادی از الکترون ها اتم های خود را بدرود گویند.
هر اتم که به این ترتیب تحت تاثیر قرار بگیرد به طور مثبت باردار می
شود و در این حالت می گوییم اتم به یون تبدیل شده است- خیلی ساده و مفید و مختصر
یون رو توضیح دادم-.
الکترون های جدا شده که بار منفی دارند آزادانه در دستگاه حرکت می
کنند. این الکترون های آزاد از میدان الکتریکی انرژی می گیرند و سرعتشان زیاد و
زیادتر می شود و در این روند به اتمهای دیگر برخورد می کنند و سبب آزاد شدن
الکترون های بیشتر می شوند-البته من به نظر خودم این استدلال علمی و خوبی نیست-
این کار به طور پی در پی صورت می گیرد و تعداد الکترون های آزاد شده
رفته رفته زیادتر می شوند. این فرآیند به فرآیند آبشاری معروف است. در این میان
تخلیه الکتریکی گسترش می یابد و جریان الکتریکی برقرار می شود . گاز قبل از تخلیه
الکتریکی در آن نارسانا بود در مواقعی که تخلیه الکتریکی بسیار قدرتمندی انجام می
گیرد ، ممکن است تمام اتم های گاز به سبب فرآیند آبشاری یونیزه شوند و گاز به
پلاسما تبدیل شود.
تولید پلاسما در درجه حرارت های بالا:
با رساندن دمای گاز به درجه حرارت های بالا نیز می توان پلاسما بوجود
آورد. دمای لازم برای تولید این نوع پلاسما به روش یونیزاسیون حرارتی بسیار زیاد و
از مرتبه ده ها هزار درجه است و واقعیت این است که دانشمندان در مواقع بسیار نادر
و ویژه از این روش برای تولید پلاسما استفاده می کنند.
ولی از طرف دیگر ، فیزیک دانان متخصص پلاسما علاقه بسیار زیادی دارند
تا رفتار های پلاسمای کاملا یونیزه شده را بررسی کنند . در این میان اختر شناسان
می توانند در مورد رفتار پلاسما به فیزیک دان ها کمک کنند زیرا 99 % جهان هستی
پلاسما است.
در اعماق ستاره ها، دما بسیار بالا بوده و تمام ماده به شکل پلاسما
است . در این دما چهار هسته هیدروژن با هم ترکیب می شوند و یک هسته ی هلیوم بوجود
می آورند. در این فرآیند که همجوشی هسته ای نام دارد ، انرژی ای به دست می آید که
از خورشید یا دیگر ستاره ها آزاد می شود و در مورد فرآیند همجوشی هسته ای باید
گفته شود که این فرآیند در بمب های هیدروژنی در کسری از ثانیه رخ می دهد.
دانشمندان تلاش می کنند که با کنترل و ابقای همجوشی هسته ای هیدروژنی
به منابع ارزان و پر توان دست یابند.از دیگر کاربردهای پلاسما می توان به موارد
متالوژی، تهیه آلیاژها، پرتاب موشک ها به فضا، حفاری، برش قطعات فولادی، تهیه
استیل، تهیه اکسید تیتانیم،بازیابی اکسید فلزات در آهن، سرب قلع و پوشش دهی فلزات
به منظور حفاظت آنها در برابر حرارت زیاد و برای محافظت قطعات توربین گاز در
هواپیما نام برد.
انواع پلاسما:
پلاسمای جو
نزدیکترین پلاسما به ما (کره زمین) ، یونوسفر
(Ionosphere) میباشد که از صد و پنجاه کیلومتری سطح زمین شروع و به طرف بالا ادامه
می‌یابد. لایه‌های بالاتر یونسفر ، فیزیک سیستم‌ها به فرم پلاسما می‌باشند که توسط
تابش موج کوتاه در حوزه وسیعی ، از طیف اشعه فرابنفش گرفته تا پرتوهای ایکس و
همچنین به‌وسیله پرتوهای کیهانی و الکترونهایی که به گلنونسفر اصابت می‌کنند
یونیزه می‌شوند.
شفق قطبی
پدیده شفق نیز نوعی پلاسما است که تحت اثر یونیزاسیون ایجاد می‌شود.
یونسفر پلاسمایی با جذب پرتوهای ایکس ، فرابنفش ، تابش خورشیدی ، انعکاس امواج
کوتاه و رادیویی اهمیت اساسی در ارتباط رادیویی در سرتاسر جهان دارد. با همه این
احوال نه تنها زمین بلکه زهره و مریخ نیز فضایی یونسفری دارند.
سیاره‌ها
ملاحظات نظری نشان می‌دهد که در سایر سیاره‌های منظومه شمسی نظیر
مشتری ، زحل ، سیاره اورانوس ، نپتون نیز باید یونسفرهای قابل مشاهده وجود داشته
باشد. فضای بین سیاره‌ای نیز از پلاسمای بین سیاره‌ای در حال انبساط پر شده که محتوای
یک میدان مغناطیسی) ضعیف (حدود -۵۱۰ تسلا) است.
هسته‌های ستارگان دنباله دار
هسته‌های ستارگان دنباله دار نیز به فضای بین پلاسمایی پرتاب می‌کند.
از طرف دیگر ، خورشید منظومه شمسی مانند یک کره پلاسمایی است. درخشندگی شدید
خورشید ، معمولاً عین یک درخشندگی پلاسمایی میباشد. خورشید به سه قشر گازی فتوسفر
ـ کروموسفر و کورونا (که کرونای آن بیش از یک میلیون درجه ، حرارت دارد) احاطه شده‌است
و انتظار می‌رود که هزاران سال به درخشندگی خود ادامه بدهد.
جرقه رعد و برق، نمونه‌ای از پلاسما در زندگی روزمره
کاربردهای فیزیک پلاسما
قدیمیترین کار با پلاسما ، مربوط به لانگمیر ، تانکس و همکاران آنها
در سال ۱۹۲۰ می‌شود. تحقیقات در این مورد ، از نیازی سرچشمه میگرفت که برای توسعه
لوله‌های خلائی که بتوانند جریانهای قوی را حمل کنند، و در نتیجه میبایست از
گازهای یونیزه پر شوند احساس میشد.
فیزیک فضا
کاربرد مهم دیگر فیزیک پلاسما ، مطالعه فضای اطراف زمین است. جریان
پیوستهای از ذرات باردار که باد خورشیدی خوانده می‌شود، به مگنتوسفر زمین برخورد
می‌کند. درون و جو ستارگان آن قدر داغ هستند که میتوانند در حالت پلاسما باشند.
تبدیل انرژی مگنتو هیدرو دینامیک (MHD) و
پیشرانش یونی
دو کاربرد عملی فیزیک پلاسما در تبدیل انرژی مگنتو هیدرو دینامیک ، از
یک فواره غلیظ پلاسما که به داخل یک میدان مغناطیسی پیشرانده می‌شود، میباشد.
پلاسمای حالت جامد
الکترونهای آزاد و حفرهها در نیمه رساناها ، پلاسمایی را تشکیل میدهند
که همان نوع نوسانات و ناپایداریهای یک پلاسمای گازی را عرضه می‌دارد.
لیزرهای گازی
عادیترین پمپاژ (تلمبه کردن) یک لیزر گازی ، یعنی وارونه کردن جمعیت
حالاتی که منجر به تقویت نور می‌شود، استفاده از تخلیه گازی است.
دیگر کاربرد ها
شایان ذکر است که کاربردهای دیگری مانند چاقوی پلاسما ، تلویزیون
پلاسما ، تفنگ الکترونی ، لامپ پلاسما و غیره نیز وجود دارد که در اینجا فقط
کاربردهای پلاسما در حالت کلی بیان شده‌است
منبع : دانشنامه رشد
