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플라스마는 고온에서 이온핵과 자유전자로 분리된 기체 상태인 제 4의 물질상태을 플라스마라고 말해

사실상 플라스마는 기체가 아니야

그럼 고체,액체,기체도 아닌 플라스마는 무슨 상태냐고 ?

물질은 3가지 기본적인 상태가 (고체,기체,액체) 라면 플라스마는 우주에서는 물질이 고체, 액체, 기체 상태 이외에 또 다른 상태로 존재하고 있는데 그게 플라스마야

다시말해 기체 상태의 물질을 높은 온도로 가열하였을 때 나타나는 상태지

하지만 모든 이온화된 기체를 무조건 플라스마라고 하지는 않아 이온화 된 기체 중 "집단적인 움직임"을 보이는 극성과 비극성 입자들로 이루어진

"준중성(Quasi neutrality)"의 기체가 플라스마인거지

※"집단적인 움직임"이란 플라스마의 운동이 국소적인 상태뿐만 아니라 먼 거리의 상태까지 영향을 받는 운동이야

2.플라스마의 정의

플라스마는 윌리엄 크룩스에 의해 1879년에 방전관에서 처음으로 확인되었고, 당시 그는 이것을 발광물질이라고 칭했어

영국의 물리학자 조지프 존 톰슨은 1897년에 크룩스 관(Crookes tube)으로 음극선에 대하여 연구하였고, 1928년 어빙 랭뮤어는 "플라스마"라는 용어를 최초로

다음과 같이 정의를 했지

.

"극소수의 전자가 존재하는 차폐(sheath) 영역의 전극 근처를 제외하고, 전리된 기체는 대략 같은 수의 전자와 이온을 포함하기 때문에

그 공간 합성 전하(resultant space charge)는 매우 작다. 플라스마라는 이름은 이온과 전자의 전하량이 균형을 이룬 이러한 영역을 묘사하기 위해 사용될 수 있다."

 3.플라스마

우주물질이 99%이상이 플라스마 상태이지만 일반적으로 우리 지구에는 이런 플라스마를 자주 볼수가 없어 반대로 말하자면 우주전체로 봤을때는

기체,고체,액체가 매우 특수한 상태인거지

하지만 일상생활에서도 플라스마를 접할 기회는 많아. 오로라, 형광등, 네온사인, 플라스마TV,플라스마 용접기 등도 플라스마 또는 응용제품에 해당해

그럼 과학자들이 왜 플라스마에 대해 관심이 많을까?

위에 있는 사진과 같이 플라스마는 미래의 기술발전 능력이 있기 때문에 관심이 있는거야  플라스마는 발생에 따른 폐기물이 거의 없고,

온실가스 및 공해오염 물질을 정화하는 데 이용될 수 있어서 응용기술개발이 꼭 필요한 연구인거지.

하지만 아까 위에서 언급 했지만 지구상의 플라스마는 자주 볼수가 없어 그래서 사람들이 생각한게 바로

인공적으로 플라스마를 만드는거야.

근데 문제점이 있는데

태양에서 일어나는 핵융합 반응을 지구에서 일으키기 위해서는 중수소와 삼중수소를 1억℃ 이상의 초고온 플라스마로 만들어야 해야 해

태양보다 뜨거운 1억℃의 플라스마를 만드는 것도 어려운 문제이지만, 그 보다 더 큰 문제는 1억℃나 되는 초고온의 플라스마를 견딜 수 있는 그릇을 만드는 거야.

[1]그릇

사실상 지구에서는 1억℃를 버틸 수 있는 물질은 없어. 그래서 과학자들은 초고온의 플라스마를 담기 위한 그릇으로 자기장을 이용하고 있지.

자기장으로 플라스마를 가두는 핵융합장치인 토카막의 내부는 진공에 가깝기 때문에 실제로 플라스마가 직접 닿는 벽면의 온도는 약 1천℃ 정도야. 
 ※토카막:핵융합 때 물질의 제4상태인 플라스마 상태로 변하는 핵융합 발전용 연료기체를 담아두는 용기

1억℃를 버틸 수 있는 물질은 없지만, 1천℃를 견딜 수 있는 물질은 있는데 그게 바로 ‘탄소’야

그래서 탄소 타일을 이용하여 벽면으로 쓰이고 있지.

탄소는 열에 강한 편이어서 고온의 상태에서도 비교적 녹아 흘러내리지 않고 모양을 잘 유지하지. 혹시나 플라스마 운전 중 탄소 잔해가

플라스마 내부로 들어가도 플라즈마 운전에 큰 영향을 미치지 않는 장점이 있어.

[2]가열방법

실제로 KSTAR(국가핵융합연구소)에서는 플라스마의 온도를 올리는 가열방법으로는

저항가열방식 (Ohmic heating : 변압기 원리를 이용하며 플라스마에 높은 전류를 흘림으로서 플라스마 자체 저항에 의한 온도상승)
중성입자주입방식 (Neutral Beam Injection : 고에너지의 수소 또는 중수소를 주입하는 방식) 하고 RF 가열방식등이 있어

그중 하나인 저항가열방식은 플라스마에서 발생하는 자체 전류와 자체 저항에 의해 발생하는 줄열(Joule Heat)을 이용하는 것이야.

하지만 플라스마는 온도가 올라감에 따라 저항도 급격히 떨어지기 때문에 이 방법으로는 한계가 있어... 그래서 다른방법이 필요했지.

다른방법으로는 중성입자주입방식를 사용하는거야 플라스마를 더 높은 온도로 가열하기 위해 가정용 전자레인지처럼 외부에서 전자기 에너지를 공급하는

방법과 같이 고속 빔을 입사하는 방법을 사용하여 고출력 마이크로파에 의해 발생하는 전자기파가 플라스마 내의 전자공명 주파수와 공명을 일으켜 생성되는

파동의 에너지가 플라스마 이온이나 전자를 가열하게 되는거야.이거보다 에너지가 높고 전기적으로 중성상태인 입자빔을 플라스마에 주입하는

중성빔입자 가열 방식도 있어. 중성입자빔을 플라스마에 직접 침투시키고 플라스마가 중성입자빔이 가진 높은 에너지를 흡수하여 플라스마의 온도를 높이게 되지

4.마치며

너희들이 이 글을 보고 플라스마에 대해서 잘 이해했는지 모르겠어. 단순히 플라스마에 대해 모르는 사람들한테 알리기 위한 설명글이자 요약 글이라고 생각해.

뭐 각자 생각하기 나름이지만.

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