Boldogan élünk a Föld gáznemű alsó légkörében, amely gázok – elsősorban nitrogén és oxigén – keverékéből áll. Ha azonban a Föld felszínétől felfelé haladunk, a környezet megváltozik, és már nem felel meg ennek a leírásnak. A Föld felszíne felett körülbelül 80 km magasságban a légkör már nem gázokból áll. Ehelyett ionizált gázból áll, amely elektronok, pozitív ionok és semleges részecskék kiegyensúlyozott keverékéből áll. Ezt az állapotot nevezzük plazmának. Általában az anyag “negyedik állapotaként” ismert, sok asztrofizikus véleménye szerint ez a legelső “első” állapot, mivel ez alakult ki elsőként közvetlenül az ősrobbanás után.

A plazma létrejöttéhez energiára van szükség ahhoz, hogy az atomokból elektronokat szedjünk le. Az energia különböző formájú lehet – hő, elektromos vagy fény (ultraibolya fény vagy lézerből származó intenzív látható fény). Ha nincs elegendő fenntartó energia, a plazmák semleges gázzá rekombinálódnak.

Távolabb az űrben minden gáz ionizálódik, és az ionizációs folyamatért a Nap nagy energiájú elektromágneses sugárzása felelős, amely maga is plazmából áll. Az űrt tehát a plazma uralja. Valójában az ismert világegyetem anyagának 99%-a plazma.

Plazmaformák

A plazmák a természetben is előfordulnak, de mesterségesen is előállíthatók. A természetesen előforduló plazmák lehetnek földi (földi) vagy űrbeli (asztrofizikai) eredetűek. A mesterséges plazmákat a gyártás, a feldolgozóipar és a speciális bevonatokat gyártó iparágak széles körének igényeinek kiszolgálására fejlesztették ki.

Példák a plazma három formájára

Asztrofizikai plazma

Földi plazma

 .

Mesterségesen előállított

Minden csillag

Napszél

Csillagközi ködök

Bolygók közötti tér, csillagrendszerek és galaxisok

Villámok

Aurorák

Ionoszféra

Extrémen forró lángok

Plazmatévék

Fluoreszkáló világítás

Plazmafáklya vágáshoz és hegesztéshez

Plazma-segített bevonatok

Plazma tulajdonságai

A plazma az anyag legmagasabb energiájú állapota. Szabadon mozgó elektronok, pozitív ionok és semleges részecskék halmazából áll. Bár szoros kapcsolatban áll a gázfázissal, mivel nincs meghatározott alakja vagy térfogata, számos tekintetben különbözik:

  • A plazma nagyon nagy elektromos vezetőképességgel rendelkezik.
  • A plazmára könnyebben hatnak az elektromos és mágneses terek, mint a gravitáció
  • A plazmában az elektronok és ionok mozgása saját elektromos és mágneses tereket hoz létre.
  • A plazma alkotórészecskéinek teljesen kaotikus és nagy energiájú állapota miatt saját elektromágneses sugárzást termel.

A plazmában lévő nagy energiájú állapot előállításához és fenntartásához folyamatos energiaellátásra van szükség.

Mesterséges plazma – forró és hideg

A forró vagy termikus plazma a légköri ívekben, szikrákban és lángokban keletkezik. Az erősen ionizált plazma nagyszámú elektronból és pozitív ionból áll, mindkettő hőmérséklete rendkívül magas. A plazmavágó lángok teljesítményüktől függően nagyon magas, 5000 és 10 000°C közötti hőmérsékleten működnek.

A hideg vagy nem termikus plazma kevésbé ionizált, és bár az elektronok magas hőmérsékletűek, a pozitív ionok és a semleges részecskék alacsonyabb hőmérsékletűek. Amikor egy fénycsövet bekapcsolunk, hideg plazma (szobahőmérsékleten) keletkezik a csőben.

Mesterséges plazma felhasználása

A termikus plazma felhasználása számos iparágra terjed ki, beleértve a világítást, a bevonatokat, a fémgyártást és -tisztítást. Ilyen például:

  • a reflektorvilágításban használt fémhalogenid ívlámpák
  • plazma bevonási eljárások, amelyek lehetővé teszik kopás- és hőálló bevonatok lerakását kiválasztott felületekre
  • a villamos ívek használata fémek vágására és hegesztésére.

Mivel a tudósok egyre többet tudtak meg a plazma szerkezetéről és tulajdonságairól, új technológiák alakultak ki, amelyek a hideg vagy nem termikus plazma felhasználásának gyors terjedését eredményezték. Például a számítógépes hardverkomponensek gyártásában olyan eljárásokat alkalmaznak integrált áramkörök előállítására, mint a plazmával támogatott kémiai gőzfázisú leválasztás és maratás. Az ilyen típusú plazmafeldolgozás jelentős szerepet játszott a ma használatos nagy teljesítményű, kompakt számítógépek és mobiltelefonok tervezésében és gyártásában.

A hidegplazma felhasználásának további példái:

  • fénycsöves világítás
  • plazma TV-k
  • környezetvédelem – szennyező gázok kibocsátásának csökkentése
  • plazma golyós játékok.

plazma TV működése

A lapos képernyő két átlátszó üveglapból áll, amelyek között egy vékony pixelréteg van elhelyezve. Minden egyes pixel három gázzal töltött cellából áll. A gáz neon és xenon keveréke. Minden egyes cella belseje foszforral van festve, amely stimulálás hatására vörös, zöld vagy kék látható fényt bocsát ki. Egy apró elektródákból álló rács lehetővé teszi, hogy a pixel minden egyes cellája elektromos áramot kapjon. Amikor áram folyik, a cellában lévő gáz plazmaállapotba ionizálódik, és ennek eredményeképpen UV-fényt bocsát ki. A cella falát borító foszfor elnyeli ezt az UV-fényt, és látható fény – vörös, zöld vagy kék – kibocsátására serkenti.

Az, hogy hány képponttal rendelkezik egy plazmakijelző, a kijelző felbontásától függ. Egy 1280 x 720 felbontású plazmakijelző 1280 x 720 = 921 600 képponttal rendelkezik. Minden egyes pixel három cellából áll, így az 1280 x 720 felbontású plazma 3 x 921 600 = 2 764 800 egyedi cellával rendelkezik.

A különböző cellákon átfolyó áramimpulzusok változtatásával a vezérlőrendszer növelni vagy csökkenteni tudja az egyes cellák színének intenzitását, így a vörös, zöld és kék szín több száz különböző kombinációját hozhatja létre. Ily módon a vezérlőrendszer a teljes spektrumot átfogó színeket képes előállítani.