PLAZMA – OSNOVNI OBLIK MATERIJE U SVEMIRU


Plazma je najrasprostranjeniji oblik vidljive materije u svemiru koji se sastoji od nezavisno gibajućih, električki nabijenih sastavnica atoma, elektrona i iona. Gibajući se, te nabijene čestice proizvode električna i magnetska polja koja u povratu utječu na ponašanje plazme. Zvuči jednostavno. Tim riječima počinje izvještaj američkog nacionalnog istraživačkog vijeća (NRC) o stanju, dosezima i predviđanjima istraživanja u području fizike i tehnike plazme koji se priprema svakih desetak godina od strane grupe vodećih eksperata. Izvještaj je dostupan u potpunosti on-line , trenutno (studeni 2007.) u obliku neposredno pred štampanje.

Gibanje slobodnih elektrona i iona u plazmi u mnogome je opisano fizikalnim zakonima koje su poznavali fizičari već krajem 19. stoljeća. No usprkos tome ponašanje raznih plazmi često je vrlo zakučasto i ponekad misteriozno. Počevši od dramatičnih sunčevih bljeskova ili čestih svakodnevnih munja, raznolikih atmosferskih izboja, crvenih sprajtova (vatrenjaka) ili rijetkih kuglastih munja pa do hladnih kemijski aktivnih plazmi koje se u tvornicama koriste za izradu kompjuterskih čipova ili solarnih ćelija, istraživači i inženjeri susreću se sa raznoraznim nestabilnostima, turbulencijama, nelinearnim fenomenima, kaosom i redom koji se izmjenjuju. Enorman je napredak u razumijevanju plazme ali isto tako pregršt je otvorenih pitanja kako u temeljnim istraživanjima tako i u raširenim tehnološkim primjenama.
Upravo su tehnološke primjene plazme jedan od osnovnih pokretača istraživanja i opravdanja za nova ulaganja. Proizvodi koje je omogućila tehnologija na bazi plazme preplavili su našu svakodnevnicu. Svi mikroelektronički elementi, izvori svjetlosti, veliki plazma zasloni, solarne ćelije, lopatice turbo motora, biokompatibilni ljudski umetci, razni tekstilni proizvodi, ili se temelje na plazmi ili se ona koristi u njihovoj proizvodnji. Danas ne zaobilazni tehnološki postupci kao što je zavarivanje, eliminacija otpadnih tvari, sterilizacija medicinske opreme i umetaka, pročišćavanje zraka, i još mnogi drugi, koriste neku vrst plazme. Fuzija, jedno od mogućih energetskih rješenja za budućnost čovječanstva, temelji se na tehnološkom dostignuću stvaranja i kontrole guste i vruće plazme kakva postoji samo u zvijezdama.
Plazma je izuzetno širok pojam: ima plazmi koje možemo dotaknuti da nam se ništa ne dogodi (plazmena igla), koje nas mogu spržiti (plamen ili munje), ili u kojima se sve tvari razgrađuju na osnovne elemente (plazmene mlaznice za spaljivanje otpada), ili pak plazmi u kojima se jezgre atoma spajaju (tokamak), plazmi u čijem laganom sjaju možemo uživati (polarna svjetlost), uz čiju pomoć možemo noću čitati (fluorescentne cijevi, štedne žarulje), lakše voziti gradom (visokotlačne natrijeve žarulje) ili koja nas može oslijepiti ako gledamo direktno u nju (Sunce).
Plazme je moguće opisati pomoću tri osnovna parametra: temperature čestica, gustoće čestica, i jačine stacionarnog magnetskog polja. Temperatura se mjeri u elektron voltima (1 eV = 11066 Kelvina), gustoća brojem čestica po metru kubičnom a magnetsko polje u Teslama. Te osnovne parametre nalazimo u ogromnom rasponu veličina. Jedna ilustracija određenih vrsta plazme prikazana je na slici.
Plazma može biti ili blagotvorna ili opasna, ali gotovo uvijek je "lijepa za oko" jer jedno od osnovnih njenih svojstava je da zrači svjetlost. Upravo ta svjetlost nam donosi osnovne informacije o Svemiru, veličini, strukturi, kemijskom sastavu. Vjerojatno najljepše snimljene fotografije su one koje je napravio teleskop Hubble, a sve one predstavljaju plazmu u različitim oblicima.
Plazma je kompleksnan sustav, izrazito nelinearan. Obiluje fenomenima koji su prisutni i u drugim oblicima materije. U fizici plazme susreću se slični problemi kao i u npr. fizici čvrstog stanja: samo-organizirajući fenomeni, kaos, turbulencije, fazni prijelazi, kritične pojave ….


Izvještaj američkog NRC-a daje sažeti pregled najvažnijih dostignuća u području plazme posljednjih desetak godina na preko 200 stranica. Izdvojeno je nekoliko najznačajnih pravaca istraživanja za budućnost: nisko temperaturne plazme - fundamentalna istraživanja i industrijska primjena; i visoko energetska plazma fizika vezana poglavito uz inercijalnu fuziju pomoću jakih lasera; plazma znanost magnetske fuzije (ITER); Prostorne i astrofizičke plazme. Fundamentalna istraživanja u plazmi obrađena su kroz osam istaknutih fokusa istraživanja: neneutralne jednokomponentne plazme, ultrahladne plazme, prašinaste plazme, laserski proizvedene i plazme visoke gustoće energije, mikroplazme, turbulencije i turbulentni transport u plazmi, magnetska polja u plazmama, plazmeni valovi strukture i tokovi. Glavni istaknuti još nerješeni problemi vezani su uz: eksplozivne nestabilnosti u plazmi, multifaznu plazma dinamiku (međudjelovanje plazme sa ne-plazmom), ubrzanje čestica i energetske čestice u plazmama, turbulencije i transport u plazmama, magnetsku samoorganizaciju u plazmama, i korelacije u plazmama.
Možda ovako nabrojeno zvuči nerazumljivo, ali rješavanje i razumjevanje tih problema vezano je uz preživljavanje na Zemlji i uz mogućnosti osvajanja drugih svemirskih prostora. Dodatna pojašnjenja nekih od tema bit će prikazana na ovoj stranici koju ostavljamo stalno "u radu".

vezani sadržaji e-škole:

Inga Lisac ATMOSFERSKI ELEKTRICITET
Inga Lisac POLARNA SVJETLOST
Darije Maričić KINEMATIKA I MORFOLOGIJA KORONINOG IZBAČAJA MASE

Korisni obrazovni linkovi:

MAGNETIZAM
SPEKTROSKOPIJA U ŠKOLI

Vanjski linkovi (hrvatski):

REZANJE PLAZMOM (pdf)
OBRADA OTPADA PLAZMOM (pdf)
KOAGULATOR ARGONSKOM PLAZMOM (doc)

Istraživanja, znanstveni projekti i tehnologija plazme u Hrvatskoj (lista u radu):

Laboratorij za lasersku spektroskopiju hladne plazme , Institut za fiziku Zagreb
Laboratorij za optičku spektroskopiju, PMF, Zagreb
Fizika Sunca, Observatorij Hvar

Solarne ćelije d.o.o., Split
Amorfni tanki filmovi silicija IRB, Zagreb
Zavodi za zavarivanje pri Strojarskim fakultetima






Povijest imena
plazma





Kako nastaje
plazma?



Plazma u
školi





Laserska
plazma



RF
plasma



























































Pripremio: Dr. Slobodan Milošević, Institut za fiziku, Zagreb, studeni 2007.