プラズマ - 通信用語の基礎知識

電離した物質の正負の荷電粒子(例えば水素ならH⁺とe^－)が自由に動きまわりつつ共存し、全体として電気的にほぼ中性である状態のこと。いくら荷電粒子であっても、電気的中性でなければプラズマではない。

概要

条件
宇宙のプラズマ
人為的なプラズマ

特徴

集団運動
電気的中性

関連する用語

概要

条件

物質がプラズマになるためには、電子密度と電子温度が関係する。

例えば太陽を考えると、表面温度6000℃では殆どの分子は存在できず、化学結合は切れ原子の状態となる(例: H₂→2H)。更に温度が高くなると、熱エネルギーは原子核と電子間の引力より大きくなり、原子核と電子は解離して独立に運動を始める。この状態をプラズマという。太陽の中心はプラズマになっていると考えられる。

宇宙のプラズマ

恒星については上の太陽の例として述べたとおりで、太陽ふくむ恒星は、それ自体が電離したプラズマの塊である。恒星の中心では水素からヘリウムを生成する核融合反応が起こり、これにより莫大なエネルギーが生成されている。また、その太陽から噴き出す太陽風もプラズマである。

星と星の間の宇宙空間を恒星間空間というが、一見何も無いように見えるこの空間も実際には真空ではなく、希薄なプラズマが広がっている。

このような理由により、宇宙を構成する物質は殆ど全てがプラズマであろうと考えられており、このような理論を「プラズマ宇宙論」という。

その他、稲妻や極地で見られるオーロラなどが自然界で見られる代表的なプラズマである。

人為的なプラズマ

人為的に生み出されたプラズマも、日常広く用いられている。

プラズマによる放電を利用しているものに、蛍光灯やネオンサインなどの照明器具があり、他にも、プラズマ溶接機、プラズマエッチング装置、薄膜形成など様々な分野で使われている。

更に現在、核融合によるエネルギー生成を成すべく研究が行なわれている。この技術では、1億℃以上の超高温プラズマを原子炉内に保持し続ける必要があり、その実現のための研究が世界各国で進められている。

特徴

集団運動

プラズマでない気体を、中性気体(または中性ガス)という。

中性気体の場合、互いの粒子間に及ぼしあう力は弾性衝突であるが、プラズマを構成する荷電粒子は、距離の二乗に反比例するクーロン力を及ぼす。

このため、プラズマ中に局所的に発生した擾乱は、その周囲の多くの粒子を巻き込み、そして集団運動へと発展することになる。

この特徴から、プラズマでは中性気体には見られないような現象が起こる。

電気的中性

プラズマの荷電粒子は、原子中の電子がエネルギーを得、電離することによって生じたものである。

そして、正電気を帯びた原子核と負電気を帯びた電子とが、ほぼ同じ密度を保ち、つまりほぼ電気的中性を保ちながら分布している粒子集団である。

通常は電気的中性がプラズマの前提条件であり、いくら荷電粒子系であっても、電子ビームやイオンビームのようにその条件を満たさなければ、通常はプラズマとは呼ばれない。