플라즈마 (정의/핵융합/여러형태 )

플라즈마란?

일반적으로 알려진 물질의 상태인 고체, 액체, 기체에 더하여 제 4의 물질 상태로 알려져 있는 물질의 형태이다. 

 

플라즈마의 학문적 특성

• 준중성 상태(Quasl-neutrality) : 플라즈마는 +/- 전하를 가지고 있으므로 전자기력에 의해 이끌리는 특성이 있다. 그 때문에 플라즈마 덩어리로부터 일정 거리 이상 떨어져있는 지점에서는 전기력을 0으로 취급할 수 있다.
• 집합 행동(Collective behavior) : 준중성 상태를 이루고 있는 플라즈마는 한 덩어리처럼 행동하게 된다.

기체 상태의 물체에 더 많은 에너지가 가해져, 분자와 분자 사이의 결합에너지보다 더 크게되면 분자가 원자로 분리가 되고, 원자엥 전자를 구속시키는 에너지보다 더 큰 에너지가 가해지면 원자와 전자가 분리된다. 이렇게 전자가 분리된 원자를 이온(Ion)이라고 하고, 이과정을 이온화(Ionization)라고 한다. 플라즈마에서 전자와 이온의 양은 거의 같으며, 이를 준중성 상태라고 한다. 이 이온화 과정이 일부에 국한되는 것이 아니라 충분히 많은 양이 일어나 이온화된 기체가 집단 행동을 보일때 플라즈마라고 말할 수 있다. 

 

여러형태의 플라즈마

• 큰 중력을 가진 별들은 플라즈마를 구속하게 되고 구속된 플라즈마들은 별의 중심부에서 1억도 이상의 높은 온도를 갖게 된다. 이 높은 온도에서 원자와 원자의 충돌에 의해 핵융합 반응이 일어나게 되고 이로 인해 다시 에너지가 가해저 다시 플라즈마를 가열하는 과정이 반복되며 별이 빛나게 된다. 이런 과정은 별의 내부에서 핵융합을 일으킬 수 이는 연료가 모두 소진될 때 까지 반복된다. 
• 번개는 대표적인 플라즈마 현상이다. 오로라 현상도 플라즈마 현상이며 형광등 PDP TV등에서 플라즈마 기술이, 응용되고 있다.

 

핵융합과 플라즈마

초고온으로 가열되어 원자핵들의 에너지가 매우 높아지면 원자핵과 전자가 분리된 상태 (플라즈마 상태)에서 원자핵 간의 거리가 좁혀지게 되고, 충분히 가까워지면 '강한핵력'이 작용하여 서로 결합하게 된다.  이런 결합반응을 핵융합이라고 한다. 핵융합의 결과물로서 생성된 원자핵의 질량은 결합전 두 원자핵을 합친 질량보다 작게되는데 이 질량의 차만큼 에너지가 발생한다.