Was ist ein Plasma?
Den Begriff des Plasmas hast Du wahrscheinlich schon einmal im Zusammenhang mit Plasmaschneiden, dem (nicht mehr ganz so aktuellen) Plasmabildschirm oder dem Blutplasma gehört. Plasma kommt aus dem Griechischen und bedeutet so viel wie „Gebilde“. Im Folgenden findest Du eine Erklärung des physikalischen Phänomens, das Blutplasma wird hier also ausgeklammert.
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Die Aggregatzustände in der Physik
Inhaltsverzeichnis
Mit Aggregatzustand werden die Zustände bezeichnet, die die Materie annehmen kann. Die Physik kennt hier drei Grundzustände, die Dir im täglichen Leben ständig begegnen:
- fest
- flüssig
- gasförmig
Der feste und flüssige Zustand sind sogenannte kondensierte Zustände. Feste Zustände werden noch in kristalline (Atome und Moleküle sitzen auf regelmäßig angeordneten Gitterplätzen) und ungeordnete amorphe („eingefrorene“ Flüssigkeiten) Zustände unterschieden. Dann gibt es noch flüssigkristalline Materialien (beweglich wie eine Flüssigkeit, aber die Moleküle besitzen Orientierungsfernordnungen), die beispielsweise in LCD-Bildschirmen eingesetzt werden.
Plasma: Der vierte Aggregatzustand
Der Plasma-Zustand, gern auch vierter Aggregatzustand genannt, lässt sich durch Energiezufuhr aus dem gasförmigen Zustand erzeugen, indem die Moleküle oder Atome ionisiert werden. Ionsiation bedeutet eine Auftrennung der Atome bzw. Moleküle in positiv geladene Ionen und negativ geladene Elektronen. Die Anzahl bzw. der Anteil elektrisch geladener Teilchen ist variabel, aber ihr Vorhandensein markiert eine wichtige Eigenschaft des „Gases“. Das Plasma ist elektrisch leitfähig.
Erzeugung von Plasma
Die Energie, mit der ein Plasma erzeugt wid, kann aus den unterschiedlichsten Quellen kommen. So gibt es Plasmen, die durch thermische Anregung (Temperatur), durch Gleichspannung, über das Anlegen elektromagnetischer Wechselfelder oder durch chemische sowie nukleare Reaktionen entstehen. Natürlich vorkommende Plasmen finden sich in der Ionosphäre, in Blitzen oder als Sonnenwind.
Plasma-Kategorisierung
Plasmen werden anhand ihres Drucks und ihrer Temperatur charakterisiert. Für den Druck ist der Atmosphärenduck die Referenzgröße, anhand dessen sie als Niederdruck-, Normaldruck- oder Hochdruck-Plasma klassifiziert werden. Hinsichtlich der Temperatur ist die Unterscheidung in thermische (sich im Temperatur-Gleichgewicht befindliche) und nicht-thermische Plasmen üblich. Bei ersteren befinden sich alle Komponenten des Plasmas auf derselben Temperatur, bei letzteren besitzen die Elektronen eine viel höhere Temperatur als die schwereren Ionen. Zu ihnen gehören die meisten Niederdruckplasmen.
Anwendungsgebiete von Materie im Plasma-Zustand
Die wichtigsten Anwendungen von Plasmen und plasma-gestützter Technologie sind:
- Gasentladungslampen: Dazu gehören beispielsweise Energiesparlampen und Leuchtstoffröhren.
- Ätz- und Beschichtungsverfahren: Das Plasmaätzen und die plasma-gestützte chemische Gasabscheidung (PECVD) zur Strukturierung und Oberflächenbehandlung in der Halbleiterindustrie sind weit verbreitete Poduktionsprozesse.
- Zum Plasma-Schneiden, Plasma-Schweißen oder Löten mit Plasmabrennern wird häufig Plasma eingesetzt, welches entweder durch Lichtbögen oder Wechselfelder erzeugt wird.
Was ist ein Plasmastrahl?
Dieser Science-Fiction-mäßig anmutende Begriff wird relativ selten in der Fachwelt genutzt. Gemeint ist damit ein Effekt, der beispielsweise beim Plasmaschneiden genutzt wird. Ein durch Lichtbögen erzeugter Plasmagasvolumenstrom besitzt eine sehr hohe kinetische Energie, d.h. die Teilchen in diesem Plasmastrahl bewegen sich mit sehr hoher Geschwindigkeit. Die Wärme des Plasmas verflüssigt das Material eines Werkstoffs und die hohe kinetische Energie bläst den verflüssigten Werkstoff aus.
