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플라즈마란?

 기체 등 절연체(絶緣體)가 강한 전기장 하에서 절연성을 상실하고 전류가 그 속을 흐르는 현상을 방전이라 한다. 특히 절연체가 기체인 경우를 기체방전이라고 하며, 이 방전과정을 통해 생성 된 전자, 이온, 중성입자들의 혼합체를 플라즈마라 지칭한다.
아래 그림과 같이 온도를 차차 올려 줌에 따라서 물질 상태는 고체에서 액체로, 또 액체에서 기체로 변한다. 이 기체에 계속 열을 가하여 수천도(°C)가 되면 기체분자는 원자로 해리되고 또다시 전자와 양전하를 가진 이온으로 전리된다.
이와 같이 고온에서 전자와 이온으로 분리된 기체로서 그 전리도가 남은 중성원자에 비해 상당히 높으면서도 전체적으로는 음과 양의 전하수가 거의 같아서 중성을 띠고 있는 기체를 플라즈마라 부른다.
이렇게 이루어진 전리기체 플라즈마는 흔한 중성 기체와는 그 전기적 성격으로 인하여 근본적으로 다르며 이 까닭에 플라즈마를 "제 4의 물질 상태"라고 부른다.

물질의 4번째 상태 플라자마
 플라즈마의 발생은 아래의 그림과 같이 전자가 전기장으로부터 에너지를 얻는 전자가열 과정과 중성입자의 전자를 떼어내는 이온화 과정을 통해 발생하고, 자유 전자가 많으므로 좋은 도체로 볼 수 있다. 기본적으로 도체, 금속과 다른 점은 이온도 움직인다는 점이다.

이온화 과정
 플라즈마를 분류하는 것은 하전입자가 얼마나 많이 있으며, 얼마나 고에너지 상태로 존재하고 있는가가 기준이 될 것인데, 플라즈마 전체는 전기적으로 준중성 상태에 있으므로 하전 입자의 밀도를 플라즈마 밀도라 하며, 이온화의 주체가 되는 전자의 에너지를 온도로 나타내어 이들 두 변수들 값으로 플라즈마의 종류를 구분하는 것이 보통이다.
아래의 그림과 같이 근래에 특히 많은 산업, 기술 분야에서 관심을 가지고 있는 플라즈마는 밀도와 온도값에서 중간값의 범위에 속해있는 고밀도, 저온 플라즈마들이다.

밀도와 온도에 따른 플라즈마

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