Maddenin Plazma Hali

Plazma, kimya ve fizikte "iyonize olmuş gaz" anlamına gelmektedir. İyonize gaz için kullanılan plazma kelimesi 1920'li yıllardan beri fizik literatüründe yer etmeye başlamıştır. Kendine özgü niteliklere sahip olduğundan, plazma hali maddenin katı, sıvı ve gaz halinden ayrı olarak incelenir. Katı bir cisimde cismi oluşturan moleküllerin hareketi çok azdır, moleküllerin ortalama kinetik enerjisi herhangi bir yöntemle (örneğin ısıtarak) arttırıldığında cisim ilk önce sıvıya sonra da gaza dönüşür, ki gaz fazında elektronlar gayet hızlı hareket ederler. Eğer gaz halinden sonra da ısı verilmeye devam edilirse iyonlaşma başlayabilir, bir elektron çekirdek çekiminden kurtulur ve serbest bir elektron uzayı meydana getirerek maddeye yeni bir form kazandırır. Atomun bir elektronu eksik olacak ve net bir pozitif yüke sahip olacaktır. Yeterince ısıtılmış gaz içinde iyonlaşma defalarca tekrarlanır ve serbest elektron ve iyon bulutları oluşmaya başlar. Fakat bazı atomlar nötr kalmaya devam eder. Oluşan bu iyon, elektron ve nötr atom karışımı, plazma olarak adlandırılır.

İyonize olma durumu, en az bir elektronun atom ya da molekülden ayrıldığı anlamına gelir. Serbest elektrik yükü sayesinde plazma yüksek bir elektrik iletkenliğine kavuşur ve elektromanyetik alanlardan kolaylıkla etkilenir. Atmosferin üstünde, manyetosferde, özellikle kutuplara yakın bölgelerde görülen auroralar, güneş rüzgarlarından kaynaklanan yüklü parçacıklarla çarpışan oksijen atomlarının iyonize olması ile oluşurlar ve enfes görüntüler verirler.

Plazmanın Özellikleri

• Plazma dış ortama karşı elektriksel olarak nötrdür. Yani plazma içerisindeki pozitif yüklerin (iyonların yükleri) sayısı, negatif yüklerin (elektronlar) sayısına eşittir.
• Plazma içerisindeki ayrışma, iyonizasyon ve bu olayların tersi olan yeniden yapılanma olayları sürekli meydana gelir. Adı geçen bu olaylar kendi aralarında plazma içerisinde bir dinamik denge halinde bulunurlar.
• Plazma iyi bir elektrik ve ısı iletkenidir. Plazma içerisindeki parçacıklar bir enerji taşıyıcısıdırlar. Dolayısıyla elektrik ve ısı enerjisini de iletirler (taşınırlar). Plazma içerisindeki hızlarının yüksek oluşu nedeniyle özellikle elektronlar elektrik ve ısı iletiminde esas rolü oynarlar.
• Plazma yüksek sıcaklık ve enerji yoğunluğuna sahiptir. Plazmanın sıcaklığı, enerji yoğunluğu, iyonizasyon derecesi (iyonize olmuş atom sayısının toplam atom sayısına oranı) ve plazma çıkış hızı (elektron hızı) plazma ekseni üzerinde maksimumdur.

Plazmaya elektrik ve magnetik alan uygulandığında plazmada bir takım değişikliklere sebep olabilir. Plazma içerisindeki parçacığa Lorentz kuvveti etki eder (F=qE+qVB ).
Plazmanın birçok tanımı yapılır. Bunların hepsi bizi plazmanın yüklü parçacıklar topluluğu olduğu sonucuna götürür.

Peki ama her yüklü parçacıklar topluluğu plazma mıdır?

Tabii ki her yüklü parçacıklar topluluğuna plazma diyemeyiz. Bunu söyleyebilmemiz için incelediğimiz materyalin bazı özelliklerini bilmeli ve ona göre karar vermeliyiz. İşte bu karar verme sürecinde kullandığımız kıstaslar "Plazma Parametreleri"dir. Bu parametreler sayesinde biz, çalıştığımız materyalin bir plazma olup olmadığını bulabileceğimiz gibi, o materyalin neyin plazması olduğunu da bulmamız mümkündür.
Temel parametreler dışında plazma parametrelerini 6 ana başlık altında toplayabiliriz. Bunlar:

• Plazma sıcaklığı veya daha basitçe Elektron sıcaklığı.
• Plazma Yoğunluğu
• İyonizasyon Derecesi
• Debye Uzunluğu
• Plazma Frekansı
• Plazma Beta (β) dır.

Plazmayı Oluşturan Elemanlar

Nötral atom ve nötral molekül: İhtiva ettikleri pozitif yüklerin sayısının, negatif yüklerin sayısına eşit olan atom veya moleküllerdir. Nötral bir moleküle, o elemente özel bir ayrışma enerjisinden daha büyük bir enerji verilirse, bu molekül atomlarına ayrışır.
İyon: İhtiva ettiği (+) yük sayısı, (-) yük sayısından büyük olan atomlardır ya da bunun tersi olabilir. Nötral bir atoma, o elementle özel bir iyonizasyon enerjisinden daha büyük bir enerji verildiği zaman, bu atom en az bir elektronunu (negatif yükünü) kaybeder ve iyon haline geçer, yani iyonize olur.
Elektron: Atomun negatif yükü olup, değeri 1,6x10-19 Coulomb'dur.
Foton: Enerji yüklü ışın parçasıdır. Işın enerjisi taşıyıcısıdır.
Uyarılmış Atom: Üzerine iyonizasyon enerjisinden daha küçük bir enerji almış, elektron kaybetmiş atomdur. Bu atoma o elementin iyonizasyon enerjisinden daha küçük bir enerji verilirse, bu atomun çevresindeki elektronlar atomu terk etmeyip, bunlardan bir veya bir kaçı yörünge değiştirir. Yani bir üst enerji seviyesine geçer. Böylece uyarılmış atom olur.
Uyarma: Enerji alarak bir üst enerji seviyesine geçiş.
Sükunete Gelme: Enerji vererek (foton) bir alt seviyeye geçiş.