پلاسما چهارمین حالت بنیادی ماده است که علاوه بر جامد، مایع و گاز، به عنوان یک حالت مستقل در نظر گرفته می‌شود. این حالت در دماهای بالا و فشارهای مختلف می‌تواند به وجود آید و ویژگی‌های منحصر به فردی دارد که آن را از سایر حالات ماده متمایز می‌کند.
۱. تعریف پلاسما
پلاسما یک گاز یونیزه‌شده است که در آن الکترون‌ها از اتم‌ها جدا شده‌اند و یون‌های مثبت (یعنی اتم‌های یونیزه‌شده) و الکترون‌های آزاد در آن حضور دارند. به عبارت دیگر، در پلاسما تعداد زیادی یون‌ها و الکترون‌های آزاد وجود دارد که در نتیجه رفتار ماده به شکلی متفاوت از گازهای معمولی است. پلاسما به عنوان یک سیستم برقی، دارای ویژگی‌های خاصی مانند رسانایی الکتریکی، تولید میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی و پاسخ به نیروهای الکترومغناطیسی است.
۲. ویژگی‌های پلاسما
یونیزه‌شدگی: یکی از ویژگی‌های اصلی پلاسما این است که در آن بخش زیادی از اتم‌ها یا مولکول‌ها به یون‌ها و الکترون‌ها تجزیه شده‌اند. این یونیزه‌شدگی به پلاسما خاصیت هدایت الکتریکی می‌دهد.
واکنش به میدان‌های الکترومغناطیسی: پلاسما در میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی واکنش نشان می‌دهد. به همین دلیل است که پلاسما در فضاهای مختلف به راحتی می‌تواند حرکت کند یا تحت تاثیر میدان‌های مغناطیسی قرار گیرد.
خودپشتیبانی: پلاسما معمولاً یک سیستم خودپشتیبانی است که به طور طبیعی تمایل دارد در یک وضعیت تعادلی قرار گیرد. به این معنی که می‌تواند خود را تنظیم کرده و ویژگی‌های خود را حفظ کند.
تابش: پلاسما معمولاً تابش الکترومغناطیسی زیادی تولید می‌کند. این تابش‌ها می‌توانند به صورت نور مرئی، اشعه‌های ماورا بنفش، یا اشعه‌های ایکس باشند.
۳. چگونگی تشکیل پلاسما
پلاسما معمولاً زمانی شکل می‌گیرد که انرژی کافی به یک گاز وارد شود تا الکترون‌ها از اتم‌ها یا مولکول‌ها جدا شوند. این انرژی می‌تواند به صورت گرما، تابش الکترومغناطیسی یا میدان‌های الکتریکی اعمال شود. برای مثال، در دمای بالا، اتم‌ها به اندازه کافی انرژی دریافت می‌کنند تا الکترون‌های خود را از دست بدهند و به یون‌های مثبت تبدیل شوند.
۴. انواع پلاسما
پلاسما می‌تواند در انواع مختلفی وجود داشته باشد، از جمله:
پلاسماهای فشرده: این پلاسماها به شدت متراکم هستند و در محیط‌های مختلف می‌توانند به سرعت تولید شوند. نمونه‌ای از پلاسماهای فشرده، پلاسماهای صنعتی هستند که در فرآیندهای برش یا جوشکاری استفاده می‌شوند.
پلاسماهای داغ: این پلاسماها در دماهای بسیار بالا و در مقیاس‌های کیهانی وجود دارند. خورشید، ستارگان و سایر اجرام آسمانی عمدتاً از پلاسما تشکیل شده‌اند.
پلاسماهای سرد: پلاسماهایی که در دمای پایین‌تری نسبت به پلاسماهای داغ وجود دارند و می‌توانند در محیط‌های آزمایشگاهی یا صنعتی مورد استفاده قرار گیرند.
۵. کاربردهای پلاسما
پلاسما در بسیاری از فناوری‌های روزمره و صنایع مختلف کاربرد دارد. برخی از این کاربردها عبارتند از:
برق و انرژی: پلاسما در لامپ‌های فلورسنت، تلویزیون‌های پلاسما، و همچنین در صنعت انرژی هسته‌ای به عنوان یک عنصر حیاتی در واکنش‌های همجوشی هسته‌ای استفاده می‌شود.
پلاسما در پزشکی: پلاسما در پزشکی برای درمان بیماری‌ها، استریل کردن ابزارها و جراحی‌های بدون تماس به کار می‌رود. در درمان‌های خاصی مانند بهبود زخم‌ها و همچنین در برخی دستگاه‌های درمانی از پلاسما استفاده می‌شود.
پلاسما در صنعت: پلاسما در فرآیندهای برش، جوشکاری، لایه‌گذاری و تمیزکاری سطح استفاده می‌شود. در این کاربردها، پلاسما به دلیل ویژگی‌های خاص خود نظیر دما و فشار بالا، برای انجام عملیات صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
پلاسما در فضا: پلاسما در جو زمین و همچنین در فضا به مقدار زیادی وجود دارد. جو زمین شامل لایه‌ای از پلاسما به نام ایونوسفر است که برای ارتباطات رادیویی و دیگر کاربردهای علمی مهم است. در فضا، پلاسما بخش بزرگی از محیط اطراف سیارات و ستارگان را تشکیل می‌دهد.
۶. پلاسما در کیهان
در واقع، بیشتر ماده موجود در جهان به صورت پلاسما است. ستارگان، از جمله خورشید، به طور عمده از پلاسما تشکیل شده‌اند. در این ستارگان، دما و فشار به قدری بالا است که گازها به پلاسما تبدیل می‌شوند و واکنش‌های هسته‌ای درون آن‌ها رخ می‌دهند. در این فرآیندها، انرژی عظیمی آزاد می‌شود که منبع انرژی خورشید و سایر ستارگان است.
۷. پلاسما و میدان‌های الکترومغناطیسی
یکی از ویژگی‌های مهم پلاسما این است که می‌تواند تحت تاثیر میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی قرار گیرد. این ویژگی باعث می‌شود که پلاسما به صورت منظم یا غیرمنظم در میدان‌های مغناطیسی حرکت کند و ساختارهای پیچیده‌ای نظیر جریان‌های پلاسما، طوفان‌های خورشیدی و دیگر پدیده‌های کیهانی شکل گیرد.
۸. جمع‌بندی
پلاسما به عنوان یکی از حالات بنیادی ماده، ویژگی‌ها و کاربردهای منحصر به فردی دارد. این حالت به دلیل توانایی ایجاد میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی، تابش نور و تعاملات پیچیده با محیط اطراف، در بسیاری از شاخه‌های علمی و فناوری‌های صنعتی کاربرد دارد. با توجه به اینکه بیشتر ماده موجود در کیهان به صورت پلاسما است، مطالعه این حالت ماده می‌تواند در درک بهتری از فرآیندهای کیهانی و پدیده‌های طبیعی مؤثر باشد.