شناخت بیشتر پلاسما (1)

می دانیم كه برای ماده سه حالت جامد ، مایع و گاز در نظر گرفته می‌شود. اما در مباحث علمی معمولا یك حالت چهارم نیز برای ماده فرض می‌شود. حدوث طبیعی پلاسما در دماهای بالا ، سبب تخصیص عنوان چهارمین حالت ماده به آن شده است. یك نمونه بسیار طبیعی از پلاسما آتش است بنابراین خورشید نمونهای از پلاسمای داغ بزرگ است.

درواقع واژه پلاسما به گاز یونیزه شده ای اطلاق میشود كه همه یا بخش قابل توجهی از اتم‌های آن یك یا چند الكترون از دست داده و به یون‌های مثبت تبدیل شده باشند.

پلاسما در فیزیک، یک محیط رسانای الکتریکی است که تعداد ذرات باردار مثبت و منفی آن تقریبا با هم برابرند و زمانی ایجاد می شود که اتم ها در گاز یونیزه شوند. هر الکترون دارای یک واحد بار منفی است. بار مثبت توسط اتم‌ها یا مولکول‌هایی که این الکترونها را از دست داده اند حمل می‌شود. در موارد نادر اما جالب، الکترون‌هایی که از یک نوع اتم یا مولکول جدا شده اند به ترکیب دیگری متصل می‌شوند و منجر به تولید پلاسما می‌شوند که هر دو یون مثبت و منفی را دارا است.

تاریخچه  پلاسما

گازهایی که تا حد زیادی یونیده هستند رساناهای خوبی برای الکتریسیته هستند. علاوه بر آن حرکت ذرات باردار گازها هم می تواند میدان الکترومغناطیسی تولید کند. (تابش موج). وقتی گاز یونیده تحت تأثیر یک میدان الکتریکی ساکن قرار بگیرد حامل‌های بار در این گاز به سرعت طوری مجددا توزیع می شوند که قسمت اعظم گاز در مقابل میدان محافظت می شود. لانگ مویر ( Langmuir )  در سال 1929 در مجله ی فیزیکال ریویو لترز Physical Review letters شماره ی 33 صفحه ی 954 ناحیه ای از گازها را که نسبتا خالی از میدان است و محافظت شده است و در آن بارهای مثبت و منفی در توازن اند پلاسما نامید و نواحی محافظ روی مرز پلاسما را پوشینه نامید. از مهم‌ترین خواص پلاسما این است که می کوشد از لحاظ الکتریکی خنثی بماند.

در ابتدا پلاسما در ارتباط با تخلیه ی الکتریکی در گازها و قوسهای الکتریکی و شعله ها مورد نظر بود اما اینک در اخترفیزیک نظری، مسأله ی گداخت و راکتورهای هسته ای گرمایی و مهار یونها هم مورد اهمیت است. برای تشکیل پلاسما نیازمند دمای بالایی هستیم تا توانایی تفکیک الکترون‌ها را از یون‌های مثبت در گازها داشته باشیم. جایی که الکترونش یک طرف و یونهای مثبتش یک طرف دیگر باشد را پلاسما می گویند. برای ایجاد پلاسما از راکتور گرمایی استفاده می شد اما جدیدا از لیزر و مواد جامد هم استفاده می شود.

حدود پلاسما

اغلب گفته می‌شود كه 99% ماده موجود در طبیعت در حالت پلاسماست، یعنی به شكل گاز الكتریسته داری كه اتم‌هایش به یون‌های مثبت و الكترون منفی تجزیه شده باشد. این تخمین هر چند ممكن است خیلی دقیق نباشد ولی تخمین معقولی است از این واقعیت كه درون ستارگان و جو آنها، ابرهای گازی و اغلب هیدروژن فضای بین ستارگان بصورت پلاسماست. در نزدیكی خود ما ، وقتی‌كه جو زمین را ترك می‌كنیم بلافاصله با پلاسمایی مواجه می شویم كه شامل كمربندهای تشعشعی وان آلن و بادهای خورشیدی است.

در زندگی روزمره نیز با چند نمونه محدود از پلاسما مواجه می‌شویم. جرقه رعد و برق، تابش ملایم شفق قطبی، گازهای داخل یك لامپ فلورسان یا لامپ نئون و یونیزاسیون. مختصری كه در گازهای خروجی یك موشك دیده می‌شود. بنابراین می توان گفت كه ما در یك درصدی از عالم زندگی می‌كنیم كه در آن پلاسما بطور طبیعی یافت نمی‌شود.

PDP اختصار یافته عبارت Plasma Display Panel یا صفحه نمایش پلاسما است. دوصفحه شیشه ای که در برابر هوا نفوذ ناپذیر هستند، و فاصله بین آنها توسط لایه هایی از هم مجزا شده است و بین آنها گازهایی مانند هلیوم، نئون و گزنون تزریق شده است. با اعمال ولتاژ به قطب های هر سلول، گاز دشارژ شده و تولید نور UV یا همان ماوراء بنفش نموده و با برخورد نور UV به مواد فلوئورسان موجود در سلول (سبز ، آبی ، قرمز) یا همان RGB نور مرئی و قابل روئیت از سلول خارج می گردد.

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.

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.

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.

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 بوسیله 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.

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 -510 تسلا) است.

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، معمولا 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 شده است و انتظار می‌رود که هزاران سال به درخشندگی خود ادامه بدهد.

    ادامه دارد...

منبع: konjkav- goldiran- daneshju- مقالات علمی ایران