Plazma

Plazma, maddenin önemli bir kısmı iyonlaşmış, yani atomlarından elektron koparılmış hâlidir. Serbest elektronlar ve pozitif iyonlardan oluşur; bu yüzden elektriği çok iyi iletir ve manyetik alanlara güçlü tepki verir. Katı, sıvı ve gazdan sonra maddenin "dördüncü hâli" olarak anılır. Dünya'da günlük hayatta seyrek karşılaşırız, ama evrendeki sıradan maddenin yüzde 99,9 kadarının plazma olduğu tahmin edilir.

Nasıl işler?

Bir gaz yeterince ısıtıldığında ya da güçlü bir elektromanyetik alana maruz kaldığında, atomlar arasındaki çarpışmalar ve ışınım elektronları koparır. Gazdan plazmaya geçiş, buzun erimesi gibi keskin bir eşikte olmaz; ne kadar iyonlaşmanın "plazma" sayılacağı bağlama göre değişir. İçinde hâlâ çok sayıda nötr atom bulunan plazmaya kısmen iyonlaşmış plazma denir.

Plazmanın içindeki pozitif ve negatif yükler genellikle birbirini dengeler, yani bütün olarak yüksüzdür. Ama parçacıklar hareket ettikçe elektrik akımları ve manyetik alanlar doğar, bu alanlar da parçacıkların hareketini yönlendirir. Sonuçta plazma, sıradan bir gazdan farklı olarak ortak davranışlar sergiler: ilmekler, iplikler ve dalgalar oluşturur. Bu nedenle onu yalnızca "iyonlaşmış gaz" diye tanımlamak eksik kalır. Gazla tek benzerliği, ikisinin de belirli bir biçimi ve hacmi olmamasıdır.

Örnekler

Yıldızlar neredeyse tamamen plazmadan oluşur. Güneş'in görünen yüzeyi olan fotosfer de, üzerindeki dev ilmekler ve püskürmeler de plazmadır. Güneş'ten sürekli akan güneş rüzgârı gezegenler arası uzayı heliosferin sınırına kadar seyrek bir plazmayla doldurur; koronal kütle atımları ise büyük plazma bulutlarını bir anda uzaya fırlatır. Dünya'nın üst atmosferindeki iyonosfer ve manyetosfer de plazma içerir.

Daha uzakta, yıldızlararası ve galaksilerarası uzay çok düşük yoğunlukta plazmayla doludur. Beyaz cüce, nötron yıldızı ya da kara delik çevresindeki toplanma diskleri ve galaksi çekirdeklerinden çıkan jetler de plazmadır; M87 galaksisinin jeti 5.000 ışık yılına kadar uzanıyor olabilir. Dünya'da ise yıldırımlar ve neon tabelalar kısmen iyonlaşmış plazma örnekleridir.

Plazmada sık görülen iplik ya da şerit biçimli yapılar kutup ışıklarında, yıldırımlarda, Güneş patlamalarında ve süpernova kalıntılarında da ortaya çıkar. Güneş'in kenarından kopan plazma kütleleri, manyetik alan çizgileri boyunca bükülüp burkulur; Güneş Dinamikleri Gözlemevi bu yapıları, örneğin yaklaşık 60.000 °C'deki iyonlaşmış helyumun yaydığı aşırı morötesi ışıkta görüntüler.

Neden önemli?

Gözlediğimiz evrenin büyük kısmı plazma olduğu için, yıldızların ve gökadaların davranışını anlamak plazma fiziğini bilmeyi gerektirir. Uzay havasının Dünya'ya etkileri de plazma ile manyetik alanların etkileşiminden doğar. Teknolojide ise plazma, yarı iletken üretiminde yüzey aşındırmadan füzyon enerjisi araştırmalarına kadar geniş bir alanda kullanılır.

Terimin tarihi de ilginçtir. William Crookes 1879'da gaz boşalmaları üzerine çalışırken maddenin dördüncü bir hâli fikrini ortaya attı. "Plazma" adını ise 1928'de Irving Langmuir kullandı; iyonlarla elektronları taşıyan ortamı, kan hücrelerini taşıyan kan plazmasına benzetmişti. Bu çalışmaların kökleri daha eskiye uzanır: elektrik arkı 1803'te Vasili Petrov ve Humphry Davy tarafından birbirinden bağımsız olarak bulunmuş, Michael Faraday da 1831'de seyrek gazlardaki ışıklı boşalmaları sistemli biçimde incelemişti.

İlgili terimler

• İyon
• Güneş rüzgârı
• Manyetosfer
• Koronal kütle atımı
• Füzyon