Όταν ακούμε τον όρο «καταστάσεις της ύλης», οι περισσότεροι σκεφτόμαστε τα στερεά, τα υγρά και τα αέρια. Υπάρχει όμως και μια τέταρτη, εξίσου σημαντική αλλά λιγότερο οικεία στον καθημερινό άνθρωπο, το πλάσμα. Πρόκειται για την πιο κοινή μορφή ύλης στο σύμπαν, περισσότερο από το 99% της ορατής ύλης στον κόσμο μας βρίσκεται σε αυτή την κατάσταση.
Το πλάσμα είναι μια ιονισμένη κατάσταση ύλης, που αποτελείται από θετικά ιόντα και ελεύθερα ηλεκτρόνια, με μοναδικές ηλεκτρομαγνητικές ιδιότητες και συμπεριφορά που δεν εμφανίζονται στις άλλες τρεις καταστάσεις. Χαρακτηρίζεται από υψηλή ενέργεια και πολύπλοκες δυναμικές, και βρίσκεται από το εσωτερικό των άστρων μέχρι τις τηλεοράσεις plasma και τα βόρεια σέλας.
Πώς δημιουργείται το πλάσμα;
Το πλάσμα δημιουργείται όταν ένα αέριο θερμαίνεται ή εκτίθεται σε ισχυρή ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, σε τέτοιο βαθμό που τα άτομα χάνουν ηλεκτρόνια και μετατρέπονται σε θετικά φορτισμένα ιόντα. Αυτή η διαδικασία λέγεται ιονισμός.
Ορισμένες φυσικές και τεχνητές συνθήκες που προκαλούν πλάσμα. Θερμοκρασίες εκατομμυρίων βαθμών (π.χ. στο εσωτερικό των άστρων). Ηλεκτρικές εκκενώσεις (π.χ. κεραυνοί).Ισχυρά πεδία λέιζερ. Ρεύματα υψηλής τάσης σε σωλήνες αερίου.
Χαρακτηριστικά του πλάσματος. Σε αντίθεση με τα αέρια, τα σωματίδια του πλάσματος επιδρούν έντονα μεταξύ τους μέσω ηλεκτρομαγνητικών δυνάμεων. Τα κύρια χαρακτηριστικά του πλάσματος περιλαμβάνουν:
Συλλογική συμπεριφορά. Τα σωματίδια δεν κινούνται ανεξάρτητα, κάθε αλλαγή σε ένα σημείο επηρεάζει το σύνολο μέσω πεδίων.
Ηλεκτρική αγωγιμότητα. Το πλάσμα ρέει ρεύμα πολύ καλύτερα από τα κοινά αέρια.
Μαγνητικά πεδία. Αλληλοεπιδρά με εξωτερικά και εσωτερικά μαγνητικά πεδία δημιουργώντας ροές, ταλαντώσεις και κυματικές διαταραχές.
Διπλή φύση σωματιδίων. Αποτελείται από αρνητικά (ηλεκτρόνια) και θετικά (ιόντα) φορτία, που μπορεί να κινούνται σε διαφορετικές ταχύτητες και κατευθύνσεις.
Φυσικά παραδείγματα πλάσματος
Ήλιος και αστέρια: Το εσωτερικό και η ατμόσφαιρά τους είναι πλάσμα θερμοκρασίας εκατομμυρίων βαθμών.
Βόρειο Σέλας (Aurora Borealis): Δημιουργείται από την αλληλεπίδραση του ηλιακού πλάσματος με τη μαγνητόσφαιρα της Γης.
Κεραυνοί: Ιονισμένα μονοπάτια αέρα που μετατρέπονται σε πλάσμα λόγω του υψηλού δυναμικού.
Νεφέλωμα: Νέφη ιονισμένου αερίου στο διάστημα, φωτιζόμενα από κοντινά άστρα.
Τεχνολογικές εφαρμογές του πλάσματος
Το πλάσμα έχει πλήθος εφαρμογών σε τεχνολογία και βιομηχανία. Οθόνες πλάσματος. Αξιοποιούν μικρές κυψέλες με ευγενή αέρια, τα οποία ιονίζονται και εκπέμπουν φως.
Πυρηνική σύντηξη. Οι αντιδραστήρες τύπου tokamak επιχειρούν να ελέγξουν πλάσμα εκατομμυρίων βαθμών για να μιμηθούν την ενέργεια των άστρων.
Επεξεργασία επιφανειών. Καθαρισμός και χάραξη μικροεπιφανειών σε ηλεκτρονικά κυκλώματα με χρήση πλάσματος.
Ιατρικές χρήσεις. Πλάσμα χαμηλής θερμοκρασίας χρησιμοποιείται σε αποστείρωση, επούλωση πληγών, ακόμα και αντικαρκινικές θεραπείες.
Το πεδίο της φυσικής του πλάσματος είναι εξαιρετικά πλούσιο και καλύπτει φαινόμενα όπως: Κυματική διάδοση σε πλάσμα (plasma waves). Μαγνητοϋδροδυναμική (magnetohydrodynamics – MHD). Εγκλωβισμός πλάσματος με μαγνητικά πεδία.
Λόγω της πολυπλοκότητας και της δυναμικής φύσης του, το πλάσμα μελετάται με εξειδικευμένες προσομοιώσεις και εργαστηριακά πειράματα. Δεν είναι απλώς μια «εξωτική» κατάσταση της ύλης. Είναι θεμελιώδες για την κατανόηση του σύμπαντος και ταυτόχρονα πηγή καινοτομίας για την τεχνολογία του μέλλοντος. Από τους ήλιους μέχρι τα εργαστήρια, από το διάστημα μέχρι τις οθόνες, το πλάσμα είναι παντού και ακόμα το μαθαίνουμε.
Σχετικά Άρθρα
Ηλιακός άνεμος : Πώς επηρεάζει τη Γη και τους Πλανήτες;
Μπλε Φως : Τι Είναι και Πώς Επηρεάζει την υγεία μας;
