مي دانيم که براي ماده سه حالت جامد ، مايع و گاز در نظر گرفته ميشود. اما در مباحث علمي معمولا يک حالت چهارم نيز براي ماده فرض ميشود. حدوث طبيعي پلاسما در دماهاي بالا ، سبب تخصيص عنوان چهارمين حالت ماده به آن شده است. يک نمونه بسيار طبيعي از پلاسما آتش است بنابراين خورشيد نمونهاي از پلاسماي داغ بزرگ است.
تعريف پلاسما
پلاسما گاز شبه خنثايي از ذرات باردار و خنثي است که رفتار جمعي از خود ارايه ميدهد. به عبارت ديگر ميتوان گفت که واژه پلاسما به گاز يونيزه شدهاي اطلاق ميشود که همه يا بخش قابل توجهي از اتمهاي آن يک يا چند الکترون از دست داده و به يونهاي مثبت تبديل شده باشند. يا به گاز به شدت يونيزه شدهاي که تعداد الکترونهاي آزاد آن تقريبا برابر با تعداد يونهاي مثبت آن باشد، پلاسما گفته ميشود.
حدود پلاسما
اغلب گفته ميشود که 99% ماده موجود در طبيعت در حالت پلاسماست، يعني به شکل گاز الکتريسته داري که اتمهايش به يونهاي مثبت و الکترون منفي تجزيه شده باشد. اين تخمين هر چند ممکن است خيلي دقيق نباشد ولي تخمين معقولي است از اين واقعيت که درون ستارگان و جو آنها، ابرهاي گازي و اغلب هيدروژن فضاي بين ستارگان بصورت پلاسماست. در نزديکي خود ما ، وقتيکه جو زمين را ترک ميکنيم بلافاصله با پلاسمايي مواجه مي شويم که شامل کمربندهاي تشعشعي وان آلن و بادهاي خورشيدي است.
در زندگي روزمره نيز با چند نمونه محدود از پلاسما مواجه ميشويم. جرقه رعد و برق ، تابش ملايم شفق قطبي ، گازهاي داخل يک لامپ فلورسان يا لامپ نيون و يونيزاسيون. مختصري که در گازهاي خروجي يک موشک ديده ميشود. بنابراين مي توان گفت که ما در يک درصدي از عالم زندگي ميکنيم که در آن پلاسما بطور طبيعي يافت نميشود.
آيا کلمه پلاسما يک کلمه بامسما است؟
کلمه پلاسما ظاهرا بيمسما به نظر ميرسد. اين کلمه از يک لغت يوناني آمده است که هر چيز به قالب ريخته شده يا ساخته شده را گويند. پلاسما به علت رفتار جمعي که از خودشان نشان ميدهد، گرايشي به متاثر شدن در اثر عوامل خارجي ندارد، و اغلب طوري عمل ميکند که گويا داراي رفتار مخصوص به خودش است.
حفاظ دباي
يکي از مشخصات اساسي رفتار پلاسما ، توانايي آن براي ايجاد حفاظ در مقابل پتانيسيلهاي الکتريکي است که به آن اعمال ميشوند. فرض کنيد بخواهيم با وارد کردن دو گلوله بارداري که به يک باتري وصل شدهاند يک ميدان الکتريکي در داخل پلاسما بوجود آوريم. اين گلوله ها ، ذرات يا بارهاي مخالف خود را جذب ميکنند و تقريبا بلافاصله ، ابري از يونهاي اطراف گلوله منفي و ابري اطراف گلوله مثبت را فرا ميگيرند.
اگر پلاسما سرد باشد و هيچگونه حرکت حرارتي وجود نداشته باشد، تعداد بار ابر برابر بار گلوله ميگردد، در اين صورت عمل حفاظ کامل ميشود و هيچ ميدان الکتريکي در حجم پلاسما در خارج از ناحيه ابرها وجود نخواهد داشت. اين حفاظ را اصطلاحا حفاظ دباي مي گويند.
معيارهاي پلاسما
طول موج دباي (لانداي دي) بايد خيلي کوچکتر از ابعاد پلاسما ( L ) باشد.
تعداد ذرات موجود در يک کره دباي (ND ) بايد خيلي بزرگتر باشد.
حاصلضرب فرکانس نوسانات نوعي پلاسما ( W ) در زمان متوسط بين برخوردهاي انجام شده با اتمهاي خنثي ( t ) بايد بزرگتر از يک باشد.
کاربردهاي فيزيک پلاسما
- تخليه هاي گازي
قديميترين کار با پلاسما ، مربوط به لانگمير ، تانکس و همکاران آنها در سال 1920 ميشود. تحقيقات در اين مورد ، از نيازي سرچشمه ميگرفت که براي توسعه لوله هاي خلايي که بتوانند جريانهاي قوي را حمل کنند، و در نتيجه ميبايست از گازهاي يونيزه پر شوند احساس ميشد.
- همجوشي گرما هستهاي کنترل شده
فيزيک پلاسماي جديد ( از حدود 1952 که در آن ساختن راکتوري بر اساس کنترل همجوشي بمب هيدروژني پيشنهاد گرديد، آغاز ميشود.
- فيزيک فضا
کاربرد مهم ديگر فيزيک پلاسما ، مطالعه فضاي اطراف زمين است. جريان پيوستهاي از ذرات باردار که باد خورشيدي خوانده ميشود، به مگنتوسفر زمين برخورد ميکند. درون و جو ستارگان آن قدر داغ هستند که ميتوانند در حالت پلاسما باشند.
- تبديل انرژي مگنتو هيدرو ديناميک ( MHD ) و پيشرانش يوني
دو کاربرد عملي فيزيک پلاسما در تبديل انرژي مگنتو هيدرو ديناميک ، از يک فواره غليظ پلاسما که به داخل يک ميدان مغناطيسي پيشرانده ميشود، ميباشد.
- پلاسماي حالت جامد
الکترونهاي آزاد و حفرهها در نيمه رساناها ، پلاسمايي را تشکيل ميدهند که همان نوع نوسانات و ناپايداريهاي يک پلاسماي گازي را عرضه مي دارد.
- ليزرهاي گازي
عاديترين پمپاژ ( تلمبه کردن ) يک ليزر گازي ، يعني وارونه کردن جمعيت حالاتي که منجر به تقويت نور ميشود، استفاده از تخليه گازي است.
- شايان ذکر است که کاربردهاي ديگري مانند چاقوي پلاسما ، تلويزيون پلاسما ، تفنگ الکتروني ، لامپ پلاسما و غيره نيز وجود دارد که در اينجا فقط کاربردهاي پلاسما در حالت کلي بيان شده است.
منبع:http://www.academist.ir/خ