Skocz do zawartości
  • Czym właściwie jest plazma?


    `Lu'Ganthu

    Czym właściwie jest plazma?

    Kryje w sobie moc wszechświata: Wielkiego Wybuchu, Słońca, Księżyca i gwiazd. Od niej zależy także los Ziemi. Plazma to koncentrat potężnej energii - czy będziemy kiedyś w stanie ją ujarzmić?

    Gwiezdna moc

    Sposób powstawania błyskawic nie został do końca wyjaśniony. Według niektórych naukowców niezbędny potencjał w chmurach burzowych zapewniają strumienie cząstek pochodzących z kosmosu - tych samych, które są przyspieszane podczas wybuchów gwiazd.

    Gazowe eksperymenty

    Naukowcy opanowali już sztukę silnego podgrzewania gazu, a następnie utrzymywania go pod kontrolą - np. w celu generowania piorunów kulistych.

    Narodziny kuli ognia

    Naukowcy zaobserwowali, że wygenerowane przez mikrofale błyski plazmy przenikają przez ściany. Za pomocą prądu elektrycznego można stworzyć piorun kulisty z jednej kropli wody.

    image.png.3410e3eef956ea6939e393f1acd7119e.png

    Miotacz plazmy

    Około tysiąca razy w roku Słońce wyrzuca plazmę o temperaturze sięgającej 100 000 stopni Celsjusza. Silne pole magnetyczne nadaje erupcjom typową formę łuku.

    Z turbonapędem w kosmos

    Amerykańskie przedsiębiorstwo Ad Astra Rocket Company zamierza w tym roku przetestować specjalny plazmowy system napędowy dla statków kosmicznych, wykorzystujący podgrzany do 3 mln stopni Celsjusza argon. Silnik ma przez 100 godzin generować moc 100 kW.

    Innowacja

    Napęd plazmowy stanowi udoskonalenie standardowego napędu jonowego.

    Ratownik

    Coraz więcej ludzi umiera z powodu bakterii, które są odporne na wszystkie antybiotyki. Sterylizacja plazmowa ran i instrumentów medycznych jest dla nich ostatnią deską ratunku.

     

    Pierwszego lutego 2003 roku na wysokości 63 kilometrów na niebie nad Teksasem rozegrała się jedna z największych tragedii w dziejach podróży kosmicznych. W trakcie podejścia do lądowania wahadłowiec Columbia eksplodował w powietrzu. Ponad 12 000 fragmentów promu kosmicznego rozsianych zostało na powierzchni kilku stanów. Załoga nie miała żadnej szansy na przeżycie. Co wywołało katastrofę? Według oficjalnej dokumentacji wypadku był to uszkodzony fragment poszycia termicznego lewego skrzydła statku o długości zaledwie 25 centymetrów. Zniszczenia spowodowała jednak... plazma, czyli zjonizowane powietrze, które zaczęło wdzierać się do wnętrza Columbii, gdy weszła ona w atmosferę z prędkością ok. 20 tys. km/h. Ten strumień rozpalonego gazu zniszczył czujniki, przepalił instalację, doprowadził do oderwania się fragmentu skrzydła i w efekcie - rozpadnięcia się całego promu. Czym jest ów zagadkowy "czwarty stan skupienia materii"? W jakich warunkach powstaje? I czy możliwe jest, aby stworzył się przy zetknięciu krawędzi skrzydeł wahadłowca z rozrzedzonym w górnych warstwach atmosfery powietrzem?

     

    image.png.3a269b96d1f489572338553669f0359e.png

    Czy zamiast wielkiego wybuchu była plazma?

    Na pytanie o to, jakie formy może przyjmować materia, jeszcze do niedawna odpowiedź znał każdy uczeń: "stałą, płynną i gazową". Gdybyśmy jednak zapytali o to astrofizyków, odpowiedzieliby najprawdopodobniej: "Materia jest plazmą - a wszystko inne jest nieistotne." Faktycznie: 99% całej znanej nam materii wszechświata to plazma. To, co nas otacza na Ziemi, w skali kosmosu, jest swego rodzaju egzotyką. Na początku była plazma. To prowokacyjne przekonanie amerykańskiego eksperta w dziedzinie plazmy Erica Lernera: - Nie było Wielkiego Wybuchu. Wszechświat nie powstał z niczego, lecz istniał zawsze - w postaci plazmy. Czym ona właściwie jest? Tworzy się, gdy bardzo mocno podgrzeje się gaz. W wyniku tego następuje jego jonizacja: staje się on przewodnikiem elektrycznym i zaczyna świecić. Tak pojawia się sprawiające wrażenie pozaziemskiego światło plazmowe. Wspaniałe zdjęcia mgławic gwiezdnych wykonane przez teleskop Hubble'a przedstawiają w rzeczywistości burze plazmowe, które towarzyszą narodzinom oraz śmierci gwiazd i są generowane przez potężne strumienie energii. Plazma ma w kosmosie fundamentalne znaczenie - organizuje galaktyki, zaopatruje gwiazdy w energię, rodzi planety i wpływa na pogodę oraz organizmy na Ziemi.

     

    Kosmos w telewizorze

    A jak zamknąć ten ogień w telewizorze? Przecież nic we wszechświecie nie może być gorętsze od plazmy. Aby można ją było wykorzystywać w codziennym życiu, należy ją wyprodukować pod niskim ciśnieniem. Wtedy jonizowana jest tylko pewna część atomów gazu. Uwalniają one wówczas stosunkowo mało energii w postaci ciepła. Pozostała część gazu pozostaje zimna. Ostatecznie maksymalne temperatury w tym wypadku wynoszą 50 stopni Celsjusza. Ekrany plazmowe składają się z setek tysięcy małych komórek. Każda z nich zawiera mieszaninę gazów szlachetnych: argonu i ksenonu. Jeśli zostanie ona poddana działaniu prądu, gaz zaczyna wysyłać światło ultrafioletowe. Fizyka plazmy jest rewolucyjnym obszarem nauki. W firmie badawczej Lawrenceville Plasma Physics, założonej przez już wspomnianego wcześniej fizyka Erica Lernera, w eksperymentalnym reaktorze fuzji jądrowej (Dense Plasma Focus) poprzez elektromagnetyczne zagęszczanie plazmy generowano prąd z wodoru i boru. Procedura otrzymała już amerykański patent. Ponieważ w przypadku fuzji tych dwóch pierwiastków praktycznie nie występuje promieniowanie radioaktywne, a jako produkt końcowy powstaje hel, Larner uważa, że elektrownie plazmowe są nowym i niemal niewyczerpalnym źródłem energii - a można je zainstalować nawet w garażu. To prawdziwa energetyczna rewolucja, zważywszy, że naukowcu imitują w ten sposób procesy zachodzące we wnętrzu Słońca!

     

    7 razy gorętsza od wnętrza Słońca

    Strumień szybkich cząstek uderzających w chmurę gazu może wytworzyć plazmę o temperaturze sięgającej nawet 100 milionów stopni Celsjusza.

    image.png.b4ededab0763e40dcb2317512ec6b2d2.png

    Sztuczna gwiazda

    W niemieckim Greifswaldzie przy udziale m.in. polskich naukowców powstał reaktor fuzji jądrowej Wendelstein 7-X. Sercem tzw. stellaratora jest klatka magnetyczna, w której zamknięto rozgrzaną plazmę z helu, a dwa lata temu - z wodoru. Reaktor generuje pole magnetyczne, które jest 100 000 razy silniejsze od ziemskiego. Powłoka reaktora musi wytrzymać zmasowany ostrzał protonów. Zwykła stal skruszyłaby się pod jego wpływem niczym próchno. Gorąca plazma zostaje uwięziona w polu generowanym przez gigantyczne magnesy. W przeciwnym wypadku powłoka reaktora - pomimo izolacji - uległaby stopnieniu. Celem instalacji testowych takich jak Wendelstein 7-X czy budowany we Francji reaktor ITER, jest powtórzenie na ziemi reakcji, które zachodzą w Słońcu. Dzięki wykorzystaniu plazmy będzie można z jednego grama paliwa pozyskać tyle energii, co z jedenastu ton węgla. I to bez generowania spalin ani odpadów radioaktywnych. Surowcem do procesu kontrolowanej fuzji jądrowej będzie wodór, dostępny na Ziemi w niemal nieskończonych ilościach - choćby w oceanach. Kiedy uda się ujarzmić moc gwiazd, ludzkość na zawsze pozbędzie się problemów energetycznych.

     

    Nieśmiercionośna plazma

    Jedna z tajnych amerykańskich baz w północnej Syrii na terenach opanowanych przez siły kurdyjskie. W zapadającym zmroku do punktu kontrolnego zbliża się wyglądający na miejscowego cywil. Nagle rozlega się rozrywający uszy pisk, a przed potencjalnym zamachowcem jakby znikąd pojawia się kurtyna ze świecących kul gazu. Jeśli spróbowałby podnieść rękę, aby ją rozsunąć, w ciągu milisekund padłby ogłuszony na ziemię. Co się kryje za tymi "czarami"? To plazmowa tarcza akustyczna (Plasma Acoustic Shield System, PASS). - PASS działa z wykorzystaniem lasera, który ekstremalnie nagrzewa powietrze i generuje plazmę. Do tego dochodzi fala uderzeniowa, poruszająca się z ponaddźwiękową prędkością, która tworzy jasny błysk i ogłuszający hałas - mówi Keith Braun z Wydziału Zaawansowanych Systemów Broni Energetycznej amerykańskiej armii. Fazę testów PASS ma dawno za sobą, a jego producent, firma Stellar Photonics, zdążyła przedstawić wersję przystosowaną do używania w samochodach terenowych Humvee - ma ona większy zasięg i moc. Od dawna placówki badawcze potęg militarnych pracują nad skonstruowaniem plazmowej "nieśmiercionośnej broni". Instytut Matematyki Stosowanej im. Kiełdysza w Moskwie twierdzi, że już zaprojektował 100-kilogramowy generator plazmy, za pomocą którego można uczynić każdy samolot niewidocznym nawet dla najnowocześniejszych radarów. Stany Zjednoczone natomiast testują LIPE (Laser-Induced Plasma Effect), czyli urządzenie do rozpędzania demonstrantów. Strzela ono błękitnymi kulami plazmy i wytwarza ogłuszający hałas na poziomie 130 decybeli.

     

    Świecące kule

    Jest jeszcze sprawa występujących na całym świecie dziwnych zjawisk świetlnych, poprzedzających silne trzęsienia ziemi. Istnieją "eksperci", którzy twierdzą, że mieniące się na biało lub żółto kule to sztucznie wygenerowana plazma, powstała w wyniku działania pochodzącego z tajnej amerykańskiej placówki badawczej HAARP na Alasce. W rzeczywistości jednak wytłumaczenie takich scen jest naturalne. Gdy we wnętrzu Ziemi gigantyczne rzeki magmy powodują zderzenia płyt tektonicznych i napięcia w skałach tworzących płaszcz planety, strumienie energii jonizują tlen i przenikają w postaci plazmy na powierzchnię, rozładowując się w atmosferze. To sprawia, że powietrze zaczyna się żarzyć. Podobnie tłumaczy się powstawanie innego fenomenu atmosferycznego, czyli osiągających wielkość od kilku centymetrów do półtora metra piorunów kulistych. Wyniki badań laboratoryjnych sugerują, że są to chmury plazmy tworzące się z wody, krzemu i zjonizowanego powietrza po uderzeniu "normalnego" pioruna. Potwierdziło to nagranie wideo wykonane w roku 2014 przez chińskich naukowców, którym udało się uchwycić kamerą trwające ok. sekundy niezwykłe zjawisko powstałe po pojawieniu się błyskawicy. Analiza spektralna nagrania wykazała w świecącej kuli obecność krzemu, żelaza i wapnia.

     

    Zimowy spektakl

    Przy intensywnych rozbłyskach na Słońcu zorza polarna widoczna jest także na średnich szerokościach geograficznych - np. nad północną Polską. Wywołać mogą ją przeprowadzane przez mocarstwa próbne eksplozje ładunków nuklearnych.

     

    image.thumb.png.bd7bfaf49b513c667b7e68900162dc8b.png

    image.png.c35c6d42c925505c80fabd3efc409703.png

    Widowisko na niebie

    W międzyczasie nauka poznała różne zdarzenia z udziałem plazmy w zewnętrznym warstwach atmosfery. Zarejestrowane po raz pierwszy w roku 1989 zjawisko zwane czerwonym sprite'em (duchem) jest jednym z nich. To tworzące się na wysokości od 70 do 90 km nad powierzchnią ziemi świetlne widowisko jest efektem jonizacji i powstawania plazmy. Z czwartym stanem materii związany jest też inny spektakl, który rozgrywa się nad naszymi głowami: zorza polarna. Świecenie przybierającej różne kolory i kształty aurora borealis jest wywołane przez jonizację atomów tlenu i azotu w wyniku zderzeń z szybkimi elektronami wnikającymi do atmosfery, określanymi jako tzw. wiatr słoneczny. Powstaje w ten sposób rozgrzany, świecący gaz - a więc plazma. To niezwykłe zjawisko można zaobserwować niekiedy także nad północnymi obszarami Poslki. Ostatni raz zorza zaświeciła nad naszym krajem we wrześniu zeszłego roku.



    Opinie użytkowników

    Rekomendowane komentarze

    Brak komentarzy do wyświetlenia


×

Powiadomienie o plikach cookie

Korzystając z tej strony zgadzasz się na Polityka prywatności.