Mitä on plasma?
Plasma on aineen olomuoto kiinteiden aineiden, nesteiden ja kaasujen ohella. Se koostuu osittain ionisoituneesta kaasusta, joka sisältää ioneja, elektroneja ja neutraaleja atomeja.
Mitä se sitten tarkoittaa?
Plasmassa osa elektroneista vapautuu atomeistaan, jolloin virtaa ja sähköä voi kulkea. Itse asiassa yksi harvoista täällä maapallolla luonnossa esiintyvistä plasmoista on salama!
Keksitkö muita plasmoja?
- Hehkulamput sisältävät elohopeaplasmaa.
- Tähdet, kuten aurinko, ovat kuumia plasmapalloja.
- Aurora Borealis ja Aurora Australis
- Fuusioreaktorit, kuten NSTX-U, käyttävät plasmaa atomien fuusioimiseen energian tuottamiseksi.
- Plasmanäytöissä käytetään pieniä plasmakennoja kuvien valaisemiseen.
Mitä on fuusio?
Kevyitä atomeja, kuten vetyä (yksi protoni ja yksi neutroni), voidaan fuusioida toisiinsa niin tiukasti, että niistä vapautuu energiaa. Tämä tapahtuu vain, jos kaksi positiivisesti varautunutta ydintä pääsevät niin lähelle toisiaan, että ne voittavat niitä erilleen työntävän sähköisen voiman. Kun ytimet pääsevät tarpeeksi lähelle toisiaan, protonit ja neutronit yhteen sitova voima, vahva voima, ottaa vallan ja vetää ytimet vielä lähemmäksi toisiaan.
Auringon ydin on luonnollinen fuusioreaktori. Ennen auringon muodostumista se oli kaasupilvi, joka koostui enimmäkseen vedystä ja jonkin verran heliumista. Jossain vaiheessa pilvestä tuli niin massiivinen, että painovoima sai sen luhistumaan itseensä ja siitä muodostui tähti. Auringon ytimessä tapahtuneet lukuisat törmäykset vapauttivat ioneista elektroneja ja muodostivat plasmatilan. Fuusio alkoi auringossa, kun ionien väliset törmäykset tulivat niin tiheiksi, että ionit pääsivät tarpeeksi lähelle toisiaan fuusioituakseen.
Aurinko käyttää painovoimaa saadakseen ytimet tarpeeksi lähelle ja tarpeeksi kuumiksi fuusion käynnistämiseksi. Maassa tutkijat yrittävät rakentaa omia fuusioreaktoreita. He yrittävät saada atomit tarpeeksi lähelle maksimoimalla ionien määrän pienellä alueella ja ajan, jonka ne pysyvät lähellä toisiaan. Tätä varten reaktorit kuumennetaan paljon auringon ydintä kuumempiin lämpötiloihin (>100 000 000 °C), jolloin vetykaasu muuttuu vetyplasmaksi. Voimakkaat magneettikentät tai suuritehoiset laserit rajoittavat sitten plasman pienelle hallittavissa olevalle alueelle, jossa fuusio voi tapahtua.
Tokamak-tyyliset fuusioreaktorit, kuten NSTX-U, pumppaavat suurimman osan saadusta energiasta nopeiksi neutroneiksi. Näiden neutronien energia voidaan kerätä plasmaa ympäröivään peitteeseen, joka voi koostua sulasta litiumin ja lyijyn seoksesta. Tämän peitteen ylimääräinen lämpö voidaan sitten käyttää höyryn tuottamiseen turbiinien käyttämiseksi ja sähkön tuottamiseksi.