پلاسما‏‎ چيست*؟‏‎

پلاسما‏‎ چيست*؟‏‎
پلاسما ، PLASMA – حالتي از ماده است كه در دماي خيلي بالا بوجود مي آيد و ساختارهاي مولكولي مفهوم خود را در اين وضعيت از دست مي دهند . در حالت پلاسما اتم ها و ذرات زير اتمي مانند مانند الكترون و پروتون و نوترون آزادانه در محيط حركت مي كنند و تغيير موقعيت مي دهند . حالت ماده متشكله تمامي ستارگان ، پلاسما است .
پلاسما در فيزيك،يك محيط رساناي الكتريكي است كه تعداد ذرات باردار مثبت و منفي آن تقريبا با هم برابرند و زماني ايجاد مي شود كه اتم ها در گاز يونيزه شوند.
گاهي به پلاسما‏‎ حالت*‏‎ چهارم ماده اطلاق مي شود كه از حالتهاي سه گانه جامد،مايع،گاز متمايز است.
هر الكترون داراي يك واحد بار منفي است.
بار مثبت توسط اتمها يا مولكولهايي كه اين الكترونها را از دست داده اند حمل ميشود در موارد نادر اما جالب ، الكترونهايي كه از يك نوع اتم يا مولكول جدا شده اند به تركيب ديگري متصل ميشوند و منجر به توليد پلاسما ميشوند كه هر دو يون مثبت و منفي را دارا است.

توضيح كامل تري از پلاسما:

گازهايي كه تا حد زيادي يونيده هستند رساناهاي خوبي براي الكتريسيته هستند. علاوه بر آن حركت ِ ذرات باردار ِ گازها هم مي تواند ميدان الكترومغناطيسي توليد كند. (تابش موج). وقتي گاز يونيده تحت تأثير يك ميدان الكتريكي ِ ساكن قرار بگيرد حاملهاي بار در اين گاز به سرعت طوري مجددا توزيع مي شوند كه قسمت ِ اعظم ِ گاز در مقابل ِ ميدان محافظت مي شود. لانگ موير ( Langmuir ) در سال 1929 در مجله ي فيزيكال ريويو لترز Physical Review letters شماره ي 33 صفحه ي 954 ناحيه اي از گازها را كه نسبتا خالي از ميدان است و محافظت شده است و در آن بارهاي مثبت و منفي در توازن اند پلاسما ناميد و نواحي محافظ روي مرز ِ پلاسما را پوشينه ناميد.
از مهمترين خواص پلاسما اينست كه مي كوشد از لحاظ الكتريكي خنثي بماند.
در ابتدا پلاسما در ارتباط با تخليه ي الكتريكي در گازها و قوسهاي الكتريكي و شعله ها مورد نظر بود اما اينك در اخترفيزيك نظري، مسأله ي گداخت و راكتورهاي هسته اي گرمايي و مهار ِ يونها هم مورد اهميت است. براي تشكيل پلاسما نيازمند ِ دماي بالايي هستيم تا توانايي تفكيك الكترونها را از يونهاي مثبت در گازها داشته باشيم. جايي كه الكترونش يك طرف و يونهاي مثبتش يك طرف ديگر باشد را پلاسما مي گويند. براي ايجاد پلاسما از راكتور گرمايي استفاده مي شد اما جديدا از ليزر و مواد جامد هم استفاده مي شود.
اطلاعات بيشتر iPN:

سه شيوه ي مختلف براي بررسي پلاسما وجود دارد :
نظريه ي جنبشي تعادل
نظريه مدار
نظريه ي هيدرومغناطيسي ماكروسكوپي
نظريه ي تعادل مبني بر آمار بولتزمن است و نشان مي دهد كه اگر بار خارجي q در پلاسما قرار داشته باشد در فاصله اي موسوم به طول دبي توسط پلاسما محافظت مي شود. يعني پتانسيل كولني حفاظت نشده ي q/4pi*epsilon*r با فرمول زير عوض مي شود:

(phi (potential) = ( q / 4*pi*epsilon*r ) * exp (-r/h
(h= sqr ( epsilon*k*T/2N0e2
e = بار الكتريكي
h= طول دبي

نظريه مدار يا حركت ذرات در ميدان مغناطيسي هم بحث آينه هاي مغناطيسي را ايجاد مي كند. براي نگه داشتن پلاسما نياز به ظرف داريم ولي اين ظرف چيزي بجز كاسه اي فرضي كه ديواره هايش ميدان مغناطيسي است نمي باشد. اين ظرف مغناطيسي در واقع باعث پيچ خوردن و دايره اي شدن حركت ذرات در پلاسما مي شود. ظرف مغناطيسي ميداني نايكنواخت و همگرا اطراف پلاسماست كه هرچه از پلاسما دور مي شود مقدارش قوي تر مي شود . اگر ذره ي بارداري در پلاسما را تصور كنيم كه حركت پيچشي حول محور مغناطيسي مذكور داشته باشد شعاع حركتش همان شعاع لارمور است كه از رابطه ي نيروي وارد بر ذره ي متحرك به جرم m و سرعت v و بار q با ميدان مغناطيسي خارجي B ناشي مي شود :

(~F = q(~v*~B
~F=m. ~a -> F=mv2/R
=> Rلارمور = m vعمود / q.B

پس هر چه دورتر از پلاسما مي شويم با افزايش قدرت ميدان مغناطيسي شعاع چرخش دوران كم مي شود و كم كم سرعت ذره كاهش مي يابد. پس مارپيچ تنگ تر و حركت محوري كندتري توسط ذرات طي مي شود تا اينكه مثل اينكه به آينه برخورد كرده باشند بر مي گردند. به اين پديده «آينه ي مغناطيسي» مي گويند.

نظريه هيدرو مغناطيسي يعني قانون نيروي ماكروسكوپي براي حجم واحد يا بازي با شارها (flows). ميدان مغناطيسي كه حكم ظرف را براي پلاسما دارد فشاري معادل با press = B^2/2.mu اعمال مي كند. اين اثر را تنگش مغناطيسي گويند.

اسپري پلاسما :

در روش پلاسما اسپري گازتشكيل دهنده پلاسما كه درمرحله شروع قوس آرگن يا هليم است و پس ازبرقراري قوس پايدار به تركيبي از آرگن يا هليم با هيدروژن يانيتروژن تبديل مي شود از بين كاتد و آند عبوركرده و بر اثر تخليه الكتريكي اين ناحيه يونيزه مي گردد. مقدارانرژي صرف شده براي يونيزه كردن گاز، درناحيه اي درخارج گذرگاه مابين كاتد و آند آزاد شده و به گرما تبديل مي كردد و بدين ترتيب دمايي درحدود 15000 درجه سانتيگراد حاصل خواهد شد و مولكولهاي منبسط شده گاز با سرعتي نزديك به صوت ذرات ماده پوشش بصورت پودر را كه ذوب شده اند، به سمت سطح قطعه خواهند راند و بدين ترتيب پوششي متراكم باچسبندگي بالا حاصل خواهد شد.

پوشش هاي پلاسمااسپري، جهت محافظت سطح قطعات دربرابرعواملي مانند دماي بالا، خوردگي داغ، خوردگي دماي محيط و فرسايش مورد استفاده قرارمي گيرند، اين پوشش ها درصنايع مختلف ازجمله صنايع نفت، نساجي، فولاد، نيروگاهي، شيميايي و … كاربردفراوان دارند. بعنوان نمونه مي توان موارد زير راذكر كرد:

1- كاربيد تنگستن و كاربيد كرم : مقاوم دربرابرسايش
2- اكسيد آلومينيم : مقاوم دربرابر دماي بالا وسايش
3- اكسيد زيركنيم : پوشش سپر حرارتي
4- آلياژهاي پايه نيكل : مقاوم دربرابر خوردگي
5- اكسيدكرم : مقاوم دربرابر سايش
اخباري درباره پلاسما:

پلاسماي سرد باكتري ها را از بين مي برد:
محققين در يو اس با استفاده از پلاسماي سرد روش جديدي براي نابود كردن باكتريها كشف كردند. اين روش توسط مونير لاروس در دانشگاه ويرجينيا و دانشكده هاي كاليفرنيا در ساندياگو كشف شد. پلاسما شامل ذرات باردار -الكترونها و يونها- و ذرات بدون بار مانند اتمهاي برانگيخته و مولكولها مي باشد.
بيشتر پلاسما هها در فشار معمولي داغ هستند - در حدود چندين هزار درجه سانتيگراد- بنابر اين كنترل آنها مشكل است.
لاروس و همكارانش با استفاده از مانع مقاوم بدون بار در دما و فشار اتاق پلاسما ي سرد توليد كردند.آنها براي اين كار گاز مخلوطي شامل 97% هليوم و 3% اكسيژن را بين دو الكترود مسطح وارد كردند،سپس ولتاژي در حدود چندكيلوولت با فركانس 60 هرتز اعمال كردند.
مزيت اين روش در توان ورودي كم - بين 50 تا 300 وات - و توليد مقدار زيادي پلاسما مي باشد.
اين تيم دو نوع باكتري - با غشاي بيروني و بدون غشاي بيروني- را در معرض پلاسما ي سرد قرار دادند و با ميكروسكوب الكتروني تاثيرات پلاسما را روي آنها بررسي كردند.بعد از گذشت ده دقيقه ديدند كه هر دو نوع باكتري بوسيله اشعه فرا بنفش و قسمتهاي آزاد پلاسما، از بين رفتند.
ذرات باردار در حدود چند ميكروثانيه آسيب شديدي به پوسته سلول باكتري وارد مي كنند،زيرا كشش الكتروستاتيكي وارد بر پوسته بيروني سلول باكتري از نيروي كشش پوسته بيشتر مي شود.
لاروس و همكارانش معتقدند كه پلاسماي سرد، باكتريها و ويروسهاي مهلك را از بين مي برد و براي استريليزه كردن سريع و مطمئن تجهيزات دارويي مي تواند بجاي روشهاي سمي بكار برود.
لاروس ميگويد:“اميدواريم اين روش را بتوانيم براي قسمتهاي زيرسلولي نيز بكار ببريم و تاثيرات بيوشيمي آن را نيز بدست آوريم.“