Plazma Fazı
Plazma (Grekçe πλάσμα, “biçimlendirilebilir madde”), elektromanyetizmaya kolektif tepki veren elektrik yüklü parçacıklar topluluğudur. Daha yalın bir ifadeyle plazma, atomun elektronlarından arındığı ve bu nedenle net bir elektriksel yük taşıyan parçacıklardan oluştuğu bir madde hâlidir. Fizik literatüründe bu terim ilk kez 1923 yılında Irving Langmuir tarafından kullanılmıştır.
Plazmalar, elektromanyetik alanlarla girdiği güçlü etkileşimler nedeniyle; yapıları ve hareketleri bakımından katı, sıvı veya gaz hâlinde bulunan maddelerin davranışlarını büyük ölçüde aşan bir karmaşıklık sergiler. Bu karmaşıklığın fiziksel sonuçları günümüzde hala tam olarak kavranamasa da, plazma fiziği alanındaki çalışmalar bu konudaki bilgi birikimini hızla artırmaktadır. Plazmanın kolektif yapısı ve öngörülemez davranışları nedeniyle, bilim insanleri belirli varsayımlar üzerine kurulu modeller kullanarak bu maddenin sınırlı davranış aralıklarını analiz ederler.
Maddenin fiziksel durumları arasındaki geçiş süreci incelendiğinde; katı bir cisimdeki moleküllerin hareket enerjisi artırıldığında (örneğin ısıtma yoluyla) madde önce sıvıya, ardından gaza dönüşür. Gaz fazında elektronlar oldukça hızlı hareket ederler. Eğer gaz hâlinden sonra enerji girişi devam ederse iyonlaşma süreci başlar. Bu aşamada bir elektron çekirdek çekiminden kurtularak serbest kalır ve maddeye yeni bir yapı kazandırır; atom ise bir elektronu eksilmiş ve net pozitif yüke sahip olmuş olur. Yeterince ısıtılmış bir gaz içerisinde iyonlaşma defalarıca tekrarlanarak serbest elektron ve iyon bulutlarının oluştuğu, içinde bazı nötr atomların da bulunduğu bu karışım plazma olarak adlandırılır.
İyonlaşma durumu, en az bir elektronun atom veya molekülden ayrılması anlamına gelir. Serbest elektrik yükleri sayesinde plazma yüksek bir elektrik iletkenliğine kavuşur ve elektromanyetik alanlardan kolaylıkla etkilenir. Örneğin, atmosferin üst katmanlarında ve manyetosferde gözlemlenen auroralar (kutup ışıkları), güneş rüzgârından kaynaklanan yüklü parçacıkların oksijen atomlarıyla çarpışarak onları iyonize etmesi sonucu oluşur.
Evrendeki madde dört temel hâilde bulunur: katı, sıvı, gaz ve plazma. Mikroskobik açıdan bakıldığında plazma, sürekli hareket eden ve etkileşen yüklü parçacıklar topluluğudur. Plazma içindeki nötr atom veya moleküllerin varlığı bu hâli değiştirmez. Plazmanın en yüksek sıcaklıklarda bulunduğu bir ortam olması nedeniyle kimyasal tepkimeleri oldukça hızlı gerçekleşir; çünkü elektronların çekirdek ile olan bağları bu durumda zayıflar.
Plazmalar, çalışma koşullarına göre soğuk ve sıcak olarak ikiye ayrılabilir. Yıldızlar gibi devasa enerji kaynakları sıcak plazmaya örnek teşkil ederken; floresan lambalar gibi kontrollü ortamlardaki sistemler soğuk plazma kategorisine girer. Bir plazma, gazın ısıtılarak veya lazer, mikrodalga jeneratörü gibi araçlarla güçlü bir elektromanyetik alana maruz bırakılmasıyla oluşturulabilir. Bu süreçte oluşan yük taşıyıcılarının yoğunluğu, maddenin elektriksel iletkenliğini ve manyetik alanlar altında lifler, kirişler veya çift katmanlı yapılar oluşturma kabiliyetini belirler.
Plazma, evrendeki en yaygın madde hâlidir; düşük yoğunluklu bölgelerden yıldızlara kadar geniş bir yelpazede bulunur. Dünya üzerinde ise ışıklı reklam tabelaları gibi uygulamalarda sıklıkla karşımıza çıkar. Plazma fiziği üzerine yapılan çalışmaların temel motivasyonlarından biri de nükleer füzyon süreçlerinin anlaşılmasıdır; zira plazma fiziği, kontrollü nükleer füzyonun ve bu yolla elde edilecek enerji kaynaklarının keşfi için kritik bir temel oluşturur.
Görsel Kaynağı: Wikimedia Commons