Wat is plasma?
Plasma is een toestand van materie, naast vaste stoffen, vloeistoffen en gassen. Het bestaat uit een gedeeltelijk geïoniseerd gas, dat ionen, elektronen en neutrale atomen bevat.
Wat betekent dat?
In een plasma worden sommige elektronen bevrijd van hun atomen, waardoor stroom en elektriciteit kunnen vloeien. Een van de weinige natuurlijke plasma’s op aarde is de bliksem. Kun je nog andere plasma’s bedenken?
- Fluorescentielampen bevatten kwikplasma.
- Stars, zoals de zon, zijn hete bollen plasma.
- Aurora Borealis en Aurora Australis
- Fusiereactoren, zoals NSTX-U, gebruiken plasma om atomen te laten samensmelten en zo energie te maken.
- Plasmaschermen gebruiken kleine cellen plasma om beelden te verlichten.
Wat is fusie?
Lichte atomen zoals waterstof (één proton en één neutron) kunnen zo dicht samensmelten dat er energie vrijkomt. Dit gebeurt alleen als de twee positief geladen kernen dicht genoeg bij elkaar komen om de elektrische kracht te overwinnen die hen uit elkaar duwt. Wanneer de kernen dicht genoeg bij elkaar komen, neemt de kracht die protonen en neutronen bindt, de sterke kracht, het over en trekt de kernen nog dichter naar elkaar toe.
De kern van de zon is een natuurlijke fusiereactor. Voordat de zon werd gevormd, was zij een gaswolk van voornamelijk waterstof en wat helium. Op een gegeven moment werd de wolk zo massief dat hij door de zwaartekracht in elkaar stortte en een ster vormde. Door talrijke botsingen in de kern van de zon werden elektronen van ionen gescheiden, waardoor een plasmatoestand ontstond. De fusie begon in de zon toen de botsingen tussen ionen zo frequent werden dat de ionen dicht genoeg bij elkaar kwamen om samen te smelten.
De zon gebruikt de zwaartekracht om haar kernen dicht genoeg bij elkaar te brengen en heet genoeg om de fusie te starten. Op aarde proberen onderzoekers hun eigen fusiereactoren te bouwen. Zij proberen atomen dicht genoeg bij elkaar te krijgen door het aantal ionen in een klein gebied te maximaliseren en de tijd dat zij dicht bij elkaar blijven. Om dat te bereiken worden de reactoren verhit tot temperaturen die veel heter zijn dan de kern van de zon (>100.000.000 °C), waardoor waterstofgas wordt omgezet in een waterstofplasma. Sterke magnetische velden of lasers met een hoog vermogen sluiten het plasma vervolgens op in een klein controleerbaar gebied waar fusie kan plaatsvinden.
Tokamak-achtige fusiereactoren, zoals de NSTX-U, pompen het grootste deel van de onttrokken energie in snelle neutronen. De energie van deze neutronen kan worden opgevangen in een deken die het plasma omgeeft en kan bestaan uit een gesmolten mengsel van lithium en lood. Overtollige warmte in deze deken kan dan worden gebruikt om stoom te maken om turbines aan te drijven en elektriciteit op te wekken.