Co je to plazma?

Převážná většina hmoty vesmíru je ve stavu plazmatu, někdy se říká, že jde o čtrtý stav hmoty. To znamená, že atomy plynu jsou disociovány na kladné ionty a záporné elektrony; buď v důsledku vysoké teploty plynu nebo díky ionizujícímu záření. Vznik plazmatu je do určité míry analogický známým fázovým přechodům, např. led - voda - pára. Ohřevem - dodáním vnější energie - můžeme rozvolnit krystalové vazby a z ledu vytvořit kapalnou vodu nebo uvolnit vazby vodíkových můstků a z vody vytvořit páru. Stejně tak i dodáním dostatečné energie do plynu dochází k dalšímu uvolnění vazeb - mezi atomovým jádrem a elektronem a ke vzniku plazmatu.

Plazma se nachází například v nitrech hvězd, ve slunečním větru, v ionosféře, v zářivkách či v tokamaku. Tím, že se v plazmatu nacházejí volné náboje, plazma vykazuje vysokou vodivost a reaguje na elektrická a magnetická pole a jeho chování je velmi odlišné od chování normálního plynu. V případě Země jsou například nabité částice slunečního větru (e-, p+, He2+) stíněné zemským magnetickým polem, nemohou se pohybovat kolmo na siločáry, ale pohybují se ve směru siločar od pólu k pólu (opakovaně tam a zpět, dokud nedojde k jejich ztrátě například srážkami při průniku do nižších hustších oblastí atmosféry. Takto vznikají známé polární záře).

Stupeň ionizace určuje poměr mezi počtem ionizovaných částic a celkovým počtem částic. Ve Slunci či slunečním větru je stupeň ionizace blízký jedné (všechny částice jsou ionizované) zatímco stupeň ionizace v ionosféře je často mnohem menší než jedno procento. Podobně se liší i počet odtržených elektronů z elektronového obalu. Ve Slunci existují tak extrémní teploty, že dochází k odtržení všech elektronů, a sluneční plazma (či plazma slunečního větru) je směsí atomových jader a elektronů, zatímco v ionosféře najdeme kromě neutrálních částic převážně atomy a molekuly jen s jedním održeným elektronem.

Důležitá je celková hustota plynu. Ve výškách do cca 60 km je zemská atmosféra tak hustá, že dochází k velmi rychlým srážkám kladně a záporně nabitých částic mezi sebou i s neutrálními částicemi. Ve větších výškách jsou srážky částic méně časté, a proto zde začíná být významný počet nabitých částic. Ne každý ionizovaný plyn však je plazma. Často uváděným příkladem je například plamen svíčky, kde sice můžeme detekovat elektricky nabité částice, ale přesto o plazmatu nemluvíme.

Co tedy slovo plazma přesně znamená?

Definice plazmatu

Plazma je kvazineutrální plyn nabitých a neutrálních částic, který vykazuje kolektivní chování.

  • Kvazineutralita (stav blízký neutralitě - zvenku plyn vypadá jako neutrální, celkový počet kladně a záporně nabitých částic je prakticky stejný) znamená, že vložený potenciál, který by mohl způsobit nahromadění náboje v jednom místě, je poměrně rychle odstíněn prostředím plazmatu, ale zároveň není tak neutrální, aby zmizely všechny zajímavé elektromagnetické síly.
  • Kolektivní chování pak znamená, že nabité částice ovlivňují pohyb dalších nabitých částic na poměrně velkou vzdálenost.
  • Jako třetí kritérium se uvádí, že plazmová frekvence (vlastní frekvence kmitů elektronů) je vyšší než srážková frekvence.

Zpět