Mi a plazma?
A plazma a szilárd, folyékony és gáz halmazállapotok mellett az anyag egyik állapota. Részben ionizált gázból áll, amely ionokat, elektronokat és semleges atomokat tartalmaz.
Mit jelent ez?
A plazmában egyes elektronok kiszabadulnak az atomjaikból, lehetővé téve az áram és az elektromosság áramlását. Valójában a kevés itt a Földön természetesen előforduló plazma egyike a villámlás!
El tudsz képzelni más plazmákat?
- A fénycsövek higanyplazmát tartalmaznak.
- A csillagok, mint például a Nap, forró plazmagömbök.
- Aurora Borealis és Aurora Australis
- A fúziós reaktorok, mint az NSTX-U, plazmát használnak az atomok összeolvasztására, hogy energiát nyerjenek.
- A plazmakijelzők kis plazmacellákat használnak a képek megvilágítására.
Mi a fúzió?
A könnyű atomok, mint a hidrogén (egy proton és egy neutron) olyan szorosan összeolvadhatnak, hogy energiát szabadítanak fel. Ez csak akkor történik meg, ha a két pozitív töltésű atommag elég közel kerül egymáshoz ahhoz, hogy legyőzzék az őket szétfeszítő elektromos erőt. Amikor az atommagok elég közel kerülnek egymáshoz, a protonokat és neutronokat összekötő erő, az erős erő átveszi az irányítást, és még közelebb húzza egymáshoz az atommagokat.
A Nap magja egy természetes fúziós reaktor. A Nap kialakulása előtt egy gázfelhő volt, amely főként hidrogénből és némi héliumból állt. Egy bizonyos ponton a felhő olyan masszívvá vált, hogy a gravitáció hatására magába omlott, és csillagot alkotott. A Nap magjában számos ütközés során elektronok szabadultak fel az ionoktól, és plazmaállapot alakult ki. A fúzió akkor kezdődött a Napban, amikor az ionok közötti ütközések olyan gyakoriak lettek, hogy az ionok elég közel kerültek egymáshoz ahhoz, hogy összeolvadjanak.
A Nap a gravitációt használja arra, hogy az atommagok elég közel és elég forróak legyenek a fúzió beindításához. A Földön a kutatók megpróbálnak saját fúziós reaktorokat építeni. Úgy próbálják az atomokat elég közel hozni egymáshoz, hogy maximalizálják az ionok számát egy kis területen, és azt az időt, amíg közel maradnak egymáshoz. Ennek érdekében a reaktorokat a Nap magjánál sokkal forróbb hőmérsékletre (>100 000 000 °C) melegítik fel, ami a hidrogéngázt hidrogénplazmává alakítja. Erős mágneses mezők vagy nagy teljesítményű lézerek ezután a plazmát egy kis szabályozható régióba zárják, ahol a fúzió megtörténhet.
A Tokamak-típusú fúziós reaktorok, mint az NSTX-U, a kinyert energia nagy részét gyors neutronokba pumpálják. Az ezekből a neutronokból származó energiát a plazmát körülvevő takaróba lehet gyűjteni, amely lítium és ólom olvadt keverékéből állhat. Az ebben a takaróban lévő felesleges hőt gőz előállítására lehet felhasználni turbinák meghajtására és villamosenergia-termelésre.