كثيراً ما نسمع بالبلازما على أنها الحالة الرابعة للمادة، فهناك الحالة الغازية والسائلة والصلبة، والرابعة هي البلازما. لكن قليلون من يعرفون البلازما على حقيقتها بالفعل، في هذا المقال سنوضح مفهوم البلازما بشكل كامل، مع عرض لبعض  التطبيقات التي تستخدم بها.
الحالة الرابعة للمادة،  أو ما يسمى البلازما أو الهيولى، هي  إحدى حالات المادة الطبيعية، وفي هذا المقال سنتعرف على البلازما، بعض أهم تطبيقاتها في الحياة والصناعة والبيئة، إضافة  لأهم الخواص التي تتمتع بها هذه الحالة.
 


الأسئلة ذات علاقة


تعريف البلازما

البلازما (الهيولى) ومعاييرها
يمكن تعريف البلازما باختصار على أنها حالة مميزة من المادة، فهي غاز متأين "متشرد" أي أنها خليط من الذرات التي انفصلت  إلكتروناتها عنها، لتصبح كحساء من نوى الذرات ذات الشحنة الموجبة والإلكترونات  سالبة الشحنة تسبح منفصلة عن بعضها. والبلازما تشكل حوالي 99% من المادة الكونية بين المجرات والنجوم.
رغم أن التعريف السابق كافٍ لتكوين فكرة أولية عن طبيعة البلازما، إلا أنه يعتبر وصفاً ضعيفاً، حيث أن هناك ثلاثة معايير أساسية يجب التحدث عنها، وهي:
- تقارب البلازما: في حالة البلازما يجب أن تكون الجسيمات المشحونة (البروتونات الموجبة في النواة والإلكترونات  السالبة) متقاربة من بعضها بشكل كبير للغاية، حيث يقوم كل جسيم بالتأثير على عدد كبير من الجسيمات القريبة منه بدلاً من التفاعل مع أقرب جسيم موجود بجانبه. وكلما كانت هذه الجسيمات أكبر كلما كان تأثير تقارب البلازما أكبر.
- حجم التفاعلات في البلازما: تجمعات الجسيمات التي ذكرناها سابقاً نسميها "كرة ديباي"، ونصف قطر كرة ديباي يكون صغير جداً بالمقارنة مع البلازما الموجودة في الكون، مما يعني أن التفاعلات التي تحصل في قلب كتلة البلازما لها أهمية أكبر من تلك الواقعة على الأطراف.
- تردد البلازما: الإلكترونات تمتلك تردداً، وعندما تكون هذه الإلكترونات في حالة البلازما سيكون ترددها كبيراً جداً بالمقارنة مع الحالة الطبيعية، ويمكن القول إنه أكبر تردد للإلكترون.
 


خواص البلازما

ما هي الخواص التي تتميز بها البلازما؟
درجة التأين:
كما ذكرنا فإن تأين الذرات أمر ضروري لتشكل البلازما، ولكن ليس بالضرورة أن تتأين كافة الذرات بالطبع، هنا يمكن تعريف درجة تأين البلازما على أنها كمية الذرات المتأين من كامل الذرات المدروسة، وتعطى وفق القانون التالي: درجة التأين (a) تساوي كثافة الأيونات (ni) على كثافات الذرات غير المتأينة مجموعة إلى كثافة الأيونات (ni+na).


درجة الحرارة: يتم قياس درجة حرارة البلازما عن طريق وحدتي قياس أساسيتين، هما الكلفن أو الإلكترون  فولط، وهي عبارة عن قياس للطاقة الحركية الحرارية لكل جزيء.
يمكن تصنيف البلازما بحسب درجة حرارتها إلى نوعين:
البلازما الحرارية:
هي الحالة التي تكون فيها البلازما في توازن حراري، أي أن الإلكترونات  والأجسام الثقيلة لها درجة الحرارة ذاتها.
البلازما اللاحرارية: تختلف في هذه الحالة درجة حرارة مكونات البلازما، فتكون الجسيمات الثقيلة والمحايدة أقل حرارة من الإلكترونات  التي ترتفع درجة حرارتها بشكل كبير.


الجهد الكهربائي: كما ذكرنا فإن البلازما مزيج من الجسيمات المشحونة، ولذلك تعتبر موصلاً قوياً للكهرباء، وبالأخص في موضوع الجهد الكهربائي، حيث أن الجهد ينتج عن جسمين مشحونين موضوعين على مسافة معينة، فإن قمنا على سبيل المثال بوضع قطب كهربائي في البلازما، فسيتشكل جهد كهربائي ينتقل من البلازما إلى القطب الآخر.


المغنطة: في بعض الأحيان تكون البلازما ممغنطة، وبذلك تمتلك مجالاً مغناطيسياً قوياً للغاية، فيستطيع مجال البلازما المغناطيسي؛ التأثير على حركة الجسيمات المشحونة ليحرفها عن مسارها؟

تطبيقات البلازما

ما هي تطبيقات البلازما في حياتنا؟
- الاندماج النووي:
الاندماج النووي هو العملية التي يتم فيها صهر نواتي ذرتين معاً لإنتاج نوى جديدة أثقل وتتحرر بذلك طاقة كبيرة جداً. ومن شروط تكون البلازما هو أن تكون درجة الحرارة مرتفعة للغاية، حوالي 10 مليون كلفن، ودرجة الحرارة المرتفعة هذه كفيلة بنقل المادة إلى حالة البلازما؟
- صناعة الدارات الإلكترونية: في هذه الصناعة تستخدم البلازما ذات درجة الحرارة المنخفضة، فالدارات الكهربائية التي تدخل في صناعة الأجهزة الإلكترونية تحتوي عشرات الآلاف وفي بعض الحالات الملايين من الترانزستورات -أنصاف النواقل- الصغيرة جداً، وعملية التصنيع هذه تتم عن طريق البلازما التي تقوم بنحت الدارات الكهربائية على شريحة السيليكون.
- المحافظة على نظافة البيئة: وهي إحدى التقنيات الحديثة التي تعمل بها الدول المتقدمة، فتقوم بتحويل الغازات السامة التي تطلقها المصانع مثل أحادي أكسيد الكبريت إلى مواد غير سامة، عن طريق جهاز يوضع في منتصف المدخنة، يقوم بتأيين (تحويل العناصر إلى أيونات)؛ هذه المركبات إلى عناصرها الأساسية عن طريق إطلاق حزمة من الإلكترونات ذات الطاقة العالية.
- بعض التطبيقات الأخرى: يمكن باستخدام البلازما تعقيم الأدوات الطبية في المشافي والعيادات، كما أنها تعتبر مصدر الضوء الأساسي للإضاءة في عدّة أنواع من المصابيح، كما أنها تستخدم أيضاً في معالجة الغاز المسال والنفايات الأخرى.


ختاماً.. لايزال استخدام البلازما في مراحله الأولى، وربما مع التقدم العلمي والتكنولوجي في المستقبل سنرى العديد من تطبيقات البلازما بشكل أكبر.