Co to jest plazma?
Plazma jest stanem materii obok ciał stałych, cieczy i gazów. Składa się z częściowo zjonizowanego gazu, zawierającego jony, elektrony i neutralne atomy.
Co to oznacza?
W plazmie niektóre elektrony są uwalniane z atomów, co pozwala na przepływ prądu i elektryczności. W rzeczywistości, jedną z niewielu naturalnie występujących plazm spotykanych tu na Ziemi są pioruny!
Czy możesz wymienić inne plazmy?
- Żarówki fluorescencyjne zawierają plazmę rtęciową.
- Gwiazdy, takie jak Słońce, są gorącymi kulami plazmy.
- Aurora Borealis i Aurora Australis
- Reaktory fuzyjne, takie jak NSTX-U, wykorzystują plazmę do łączenia atomów w celu wytworzenia energii.
- Wyświetlacze plazmowe wykorzystują małe komórki plazmy do oświetlania obrazów.
Co to jest fuzja?
Lekkie atomy, takie jak wodór (jeden proton i jeden neutron) mogą połączyć się ze sobą tak ściśle, że uwolnią energię. Stanie się to tylko wtedy, gdy dwa dodatnio naładowane jądra zbliżą się do siebie na tyle, że pokonają siłę elektryczną, która je od siebie oddala. Kiedy jądra znajdą się wystarczająco blisko siebie, siła wiążąca protony i neutrony razem, siła silna, przejmuje kontrolę i przyciąga jądra jeszcze bliżej siebie.
Jądro Słońca jest naturalnym reaktorem fuzji. Zanim Słońce powstało, było chmurą gazu składającą się głównie z wodoru i trochę helu. W pewnym momencie obłok stał się tak masywny, że grawitacja spowodowała jego zapadnięcie się i uformowała gwiazdę. Liczne zderzenia w jądrze Słońca uwolniły elektrony od jonów, tworząc stan plazmy. Fuzja zaczęła się w słońcu, gdy kolizje między jonami stały się tak częste, że jony zbliżyły się na tyle, by stopić się razem.
Słońce używa grawitacji, by jego jądra zbliżyły się na tyle i były wystarczająco gorące, by rozpocząć fuzję. Na Ziemi naukowcy próbują zbudować własne reaktory termojądrowe. Próbują zbliżyć atomy na tyle, by zmaksymalizować liczbę jonów w małym obszarze i czas, przez jaki pozostają blisko siebie. Aby tego dokonać, reaktory są podgrzewane do temperatury znacznie wyższej niż jądro Słońca (>100, 000, 000 °C), co powoduje przekształcenie wodoru w plazmę wodorową. Silne pola magnetyczne lub lasery o dużej mocy ograniczają plazmę do niewielkiego, kontrolowanego obszaru, w którym może dojść do fuzji jądrowej.
Reaktory termojądrowe typu Tokamak, takie jak NSTX-U, pompują większość uzyskanej energii w neutrony prędkie. Energia z tych neutronów może być gromadzona w powłoce otaczającej plazmę, która może składać się ze stopionej mieszaniny litu i ołowiu. Nadmiar ciepła w tym kocu może być następnie wykorzystany do wytwarzania pary napędzającej turbiny i generującej energię elektryczną.