プラズマの説明

私たちは、主に窒素と酸素の混合ガスからなる地球の気体下層大気中に幸福にも暮らしています。 しかし、地表から上空に向かうと、その環境は一変し、この言葉にはそぐわなくなります。 地表から約80km上空では、大気は気体ではなくなっています。 電子、正イオン、中性粒子がバランスよく混ざった電離したガスでできているのです。 この状態をプラズマと呼びます。

プラズマを作るには、原子から電子を剥ぎ取るためのエネルギーが必要である。 エネルギーには、熱、電気、光（紫外線やレーザーによる強い可視光）など、さまざまな形態がある。

さらに宇宙へ出ると、すべての気体は電離し、太陽からの高エネルギーの電磁波は、それ自体がプラズマでできているため、この電離の過程を担っているのです。 そのため、宇宙空間はプラズマで占められている。

プラズマの形

プラズマは自然に発生するが、人工的に作ることもできる。 自然に発生するプラズマは、地球にあるもの（テレストリアル）と宇宙にあるもの（アストロフィジカル）がある。 人工プラズマは、広範な加工、製造、特殊コーティング産業のニーズに応えるために開発されてきた。

3種類のプラズマの例

プラズマの性質

プラズマは物質の中で最もエネルギーの高い状態です。 それは自由に動く電子、正イオン、中性粒子の集合体からなる。

• プラズマは非常に高い電気伝導性を持っています。
• プラズマは重力よりも電場や磁場の影響を受けやすく、
• プラズマ中の電子やイオンの動きはそれ自身の電場や磁場を作り出します。
• プラズマの構成粒子の完全に混沌とした高エネルギー状態のため、それ自身の電磁放射を生成する。

プラズマ内に存在する高エネルギー状態を生成し維持するには、継続的なエネルギーの供給がなければならない。

人工プラズマ-高温と低温

高温または熱プラズマは大気圏アーク、火花および炎で生成される。 高度にイオン化されたプラズマは、大量の電子と正イオンからなり、両者の温度は極めて高い。 そのパワーにもよりますが、プラズマ切断トーチは5000～10000℃の非常に高い温度で作動します。

低温または非熱プラズマは電離度が低く、電子は高温ですが、正イオンと中性粒子は低い温度です。

人工プラズマの用途

熱プラズマの用途は、照明、コーティング、金属加工、精製など多くの産業にわたっている。 その例として、

• 投光照明に使用されるハロゲン化金属アーク灯
• 耐摩耗性および耐熱性コーティングを特定の表面に蒸着させるプラズマコーティング工程
• 金属の切断および溶接に使用する電気アーク

科学者がプラズマの構造と特性についてより理解するに伴い、新しい技術が発展し、低温または非熱プラズマの使用法が急速に拡張されてきました。 たとえば、コンピュータのハードウェア部品の製造では、プラズマ強化化学気相成長法およびエッチングなどのプロセスが、集積回路の製造に使用されています。 この種のプラズマ処理は、一般に使用されている強力でコンパクトなコンピュータや携帯電話の設計および製造に役立っている。

冷プラズマの他の使用例としては、

• 蛍光管照明
• プラズマテレビ
• 環境制御-汚染ガス排出の緩和
• プラズマボールおもちゃ

プラズマテレビ操作

フラット画面は2枚の透明ガラスパネルが薄い画素層をサンドイッチして構成されています。 各画素はガスを封入した3つのセルで構成されています。 ガスはネオンとキセノンの混合ガスである。 各セルの内側には蛍光体が塗られており、刺激を与えると赤、緑、青の可視光線が放出される。 画素内の各セルには、グリッド状の小さな電極があり、電流を流すことができる。 電流が流れると、セル内の気体がイオン化してプラズマ状態になり、その結果、紫外線が放射される。 セルの壁をコーティングしている蛍光体がこの紫外線を吸収し、刺激を受けて赤、緑、青のいずれかの可視光を放出する。

プラズマディスプレイの画素数は、ディスプレイの解像度によって決まる。 解像度1280×720のプラズマディスプレイは、1280×720＝921,600画素である。

異なるセルを流れる電流のパルスを変えることにより、制御システムは各セルの色の強度を上げたり下げたりして、赤、緑、青の何百通りもの組み合わせを作り出すことができる。 このようにして、制御システムは、スペクトル全体にわたって色を作り出すことができます。