Een plasma is een geïoniseerd gas dat bestaat uit een mengsel van ionen, elektronen en neutrale deeltjes. Deze deeltjes staan voortdurend in contact met elkaar, en met fotonen in een constante Interactie, met verschillende energie- of stimuleringstoestanden. Het Plasma, ook wel plasmatoestand genoemd, wordt vaak naast vast, vloeibaar en gasvormig als 4e aggregatietoestand benoemd, omdat het enkele specifieke eigenschappen bezit die stoffen in de drie aggregatietoestanden niet hebben. Plasma kan op verschillende manieren worden geproduceerd en existeert ook in de natuur. Het wordt veel gebruikt en speelt bij gecontroleerde kernfusie onderzoek een belangrijke rol.

Het vakgebied van de natuurkunde dat zich bezighoudt met de productie en de eigenschappen van plasma's wordt plasmanatuurkunde genoemd.

Eigenschappen en classificatie van plasma's

Een plasma bevat weliswaar ionen en elektronen, maar is in zijn totaalplaatje quasi-neutraal. Dit betekent dat het in het midden hetzelfde aantal aan positieve en negatieve ladingen heeft. Het bezit een grote elektrische geleidbaarheid en gedraagt zich vanuit een magnetisch oogpunt diamagnetisch. Op grond van de elektrisch geladen deeltjes wordt het door elektrische- en magnetische velden beïnvloed. De specifieke warmtecapaciteit van een plasma is zeer temperatuurafhankelijk en vertoont een gevolg van maxima die door enkelvoudige, dubbele of drievoudige ionisatie tot stand komen. Plasma's kunnen op verschillende manieren worden geclassificeerd. Na de druk in een plasma, verdeelt men in hogedruk-plasma’s en Lagedrukplasma's, waarbij als referentiedruk de normale luchtdruk wordt genomen. Volgens de elektronenconcentratie wordt onderscheid gemaakt tussen dunne plasma's en dichte plasma's. Dunne plasma's zijn die met minder dan 100 Elektronen per kubieke meter, dichte plasma's die met meer dan 100 Elektronen per kubieke meter. Na de plasmatemperatuur wordt onderscheiden tussen koud plasma en heet plasma.

Belangrijke plasmatische toestanden zijn een stationair plasma, dus een Plasma, dat zich over een langere periode in dezelfde staat bevindt. Een homogeen plasma wordt gekenmerkt door dat in een Volumebereik een bijna constante ladingsdrager concentratie aanwezig is. Een volledig geïoniseerd plasma bestaat alleen uit geladen deeltjes. De neutrale deeltjes zijn grotendeels afwezig.

Optreden respectievelijk productie van plasma's

Plasma komt op verschillende plaatsen in de natuur voor, onder anderen bij bliksem, elektrische vonken of in vlammen. Het is ook te vinden in hogere atmosferische lagen, in de ruimte in de vorm van interstellair gas, in de steratmosfeer en in de binnenkant van sterren te vinden. Ook de positieve kolom die wordt gebruikt in neonbuizen, de bij gloeilampen voorkomende glimontladingen en lichtbogen zijn plasmatische toestanden.

In het laboratorium wordt plasma meestal gegenereerd door sterke gasontladingen in cilinder- of buisvormige buizen. Daarbij treden hoge temperaturen op van enkele miljoenen graden Celsius, waardoor alle stoffen verdampen en uit de neutrale atomen respectievelijk moleculen ontstaan door ionisatie vrije elektronen en ionen. Voor de productie van zeer hete plasma's, zoals men ze b.v. voor onderzoek van kernfusie nodig heeft, kan het opwarmen van plasma door elektriciteitsstroom worden veroorzaakt. Als gevolg van weerstand die het Plasma de elektriciteitsstroom naar voren brengt, leidt het tot een opwarming. Dit proces wordt de ohmse opwarming genoemd. Daarmee bereikt men vandaag de dag temperaturen tot zover mogelijk is ook de opwarming met hoogfrequentie methoden.

Gebruik van plasma's

Plasma's spelen in de verlichtingstechnologie een belangrijke rol. In neonbuizen en fluorescentiebuizen worden plasma's gestimuleerd en het daarbij ontstaande licht wordt voor verlichting gebruikt. Op technisch vlak worden fijne plasmastralen b.v. voor snijden (plasmasnijden), lassen (plasma lassen) en boren (plasma boren) gebruikt. Als speciale raketmotoren met een laagvermogen kunnen Plasma-motoren (magneto hydrodynamische motoren) worden gebruikt. Daarbij wordt door de LORENTZ-kracht een hoog temperatuur plasma versneld. Van bijzonder belang is plasma voor de onderzoeken van gecontroleerde kernfusie. Daarvoor wordt plasma door magnetische velden zo ingesloten, dat het niet met de muren in contact komt. Vervolgens kan het tot zeer hoge temperaturen opgewarmd worden. Afbeelding 2 toont een blik in een dergelijke kamer, waarin experimenten van kernfusie met plasma volgens het tokamak-principe worden uitgevoerd, waarbij er een Plasma-ring ontstaat. Het gaat hier om een van het Europese Atoom Gemeenschap (EUROTOM) uitgevoerde proefontwerp, die men kan vinden in de buurt van Culham bij Oxford (Engeland). Uitvoerige informatie over Kernfusie kunt u onder dit trefwoord in een aparte post vinden.

QUELLE: www.lernhelfer.de