Plasma (aggregatietoestand)

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Een plasmalamp

In de natuurkunde wordt onder plasma een fase verstaan waarin de deeltjes van een gasvormige stof in meer of mindere mate geïoniseerd zijn. Vaak wordt plasma de vierde aggregatietoestand genoemd, naast vast, vloeibaar en gas. (Als vijfde aggregatietoestand wordt wel het Bose-Einsteincondensaat genoemd). Daarop is echter wel iets aan te merken: traditioneel werden fasen van elkaar onderscheiden als er een scheidingsvlak (meniscus) tussen hen te herkennen was. De overgang van gas naar plasma is echter geheel continu.

Definitie van plasma[bewerken]

In de normale gasfase bevat elk atoom een gelijk aantal positief en negatief geladen deeltjes. De positieve lading bevindt zich in de kern en de negatief geladen elektronen eromheen maken het geheel neutraal. Bij plasma zijn sommige atomen door temperatuursverhoging of andere toegevoegde energievormen een of meer elektronen kwijtgeraakt. De losgeslagen elektronen bewegen zich vrij door de ruimte en de achtergebleven kern (met de overgebleven elektronen) heet dan geïoniseerd. Wanneer voldoende atomen geïoniseerd zijn om het elektrische karakter van het gas merkbaar te veranderen, spreekt men van plasma. Deze aggregatietoestand wordt ook wel gasontlading genoemd en komt zeer veel voor in de natuur: afgezien van de mysterieuze donkere materie bestaat 99% van de ons bekende massa in het heelal uit plasma. De niet standaard kosmologie die met de elektrische en magnetische effecten daarvan rekening houdt heet: plasmakosmologie.

Afhankelijk van het soort atomen, de verhouding tussen de aantallen geïoniseerde en neutrale atomen en de energie van de deeltjes, zijn er veel soorten plasma te onderscheiden, met elk hun eigen karakteristieken. Doordat plasma elektriciteit geleidt, op veranderingen in elektrische en magnetische velden reageert en chemische reacties kan versnellen, zijn er veel toepassingsmogelijkheden. De tak van de natuurkunde waarin het dynamische gedrag van plasma's wordt bestudeerd, heet plasmafysica.

Voor het ideale plasma geldt een beperktere definitie, zie Debyelengte.

Toepassing van plasma[bewerken]

De centrale elektrode van een plasmalamp, waarin blauwe plasma omhoog stroomt. De kleuren zijn het resultaat van de radiale herordening van de elektronen en ionen en de relaxatie van elektronen in aangeslagen toestanden, die terugvallen in lagere energieniveaus.
Een plasma, via twee kanalen van links in een vacuümkamer geblazen. Bovenste plaatje zonder magnetisch veld. Onderste plaatje met horizontaal magnetisch veld, waardoor de geladen deeltjes gedwongen worden zich via de richting van het veld te verplaatsen.

In de analytische scheikunde wordt bij atoomspectroscopie plasma gebruikt in de vorm van inductief gekoppeld plasma (ICP). Met deze techniek kunnen zeer lage concentraties van veel elementen worden bepaald. In een tokamak bevindt plasma zich in een torusvormig vat waarin kernfusie kan plaatsvinden. Met behulp van sterke magnetische velden wordt het plasma op zijn plaats gehouden. Sterren bestaan uit plasma en vermoed wordt dat bolbliksems uit plasma bestaan. Bij het terugkeren van ruimtevaartuigen in de aardatmosfeer wordt aan de voorkant van het hitteschild ook een plasma gegenereerd. Het noorderlicht of poollicht bestaat uit een plasma dat wordt opgewekt door invallende kosmische straling. Daarnaast vinden plasma's een brede toepassing in de industrie, onder andere voor het bewerken van dunne films, voor de halfgeleiderindustrie en fabricage van dunne-film zonnecellen maar bijvoorbeeld ook voor het aanbrengen van de metaallaag in de binnenkant van chipszakken en de antireflectielaag op autoruiten. Verder worden ze ingezet voor het genereren van licht, zowel zichtbaar licht (o.a. tl-fluorescentielampen) als ook uv- en EUV-licht voor de lithografie. Ook worden plasma's gebruikt voor de behandeling van textiel, het steriliseren van gereedschappen en het reinigen van gassen. Daarnaast zijn er plasmasnijmachines voor het snijden van plaatstaal. Plasmavergassing is een techniek die sinds 2000 bestaat om afval om te zetten naar synthesegas met behulp van een plasmatoorts.

In de deeltjesfysica doet men volop onderzoek om plasma's te gebruiken bij het versnellen van de elementaire deeltjes. Door de bijzondere eigenschappen van plasma's en hun interacties met elektrische velden hoopt men ze ooit effectief te kunnen aanwenden om deeltjesversnellers te bouwen evenwaardig en zelfs beter aan deze in het CERN. Het voordeel van deze plasmaversnellers is dat ze veel kleiner zijn en fundamentele deeltjes tot een grotere snelheid kunnen brengen dan de huidige generatie versnellers, zoals de Large Hadron Collider.

Zie ook[bewerken]