PLAZMA

Evrenin oluşumu, insanoğlunun en çok merak ettiği konuların başında gelir Big Bang (Büyük Patlama) Teorisi’ne göre, evren başlangıçta son derece küçük ve kararsız bir top şeklindeydi. Bu top, çok yüksek şiddetle patladı ve tüm zamanların en büyük patlaması gerçekleşti. Topun içindeki evreni oluşturan madde öylesine sıcaktı ki her şey plazma hâlindeydi yani başlangıçta plazma maddenin ilk hâliydi. Evrenin genişleme sürecinde madde soğudu ve galaksilerle gezegenler oluştu. Maddenin bir kısmı gaz hâline dönüştü. Soğumaya devam etti ve okyanuslarla kıtalar oluştu. Nihayetinde bugünkü şeklini aldı. Maddenin ilk şekli olan plazma, günümüzde maddenin dördüncü hâli olarak tanımlanır .

Plazma hâlinde sıcaklık çok yüksektir. Bundan dolayı sürekli elektron, proton ve nötron arasında parçacık alışverişi olurken atomlar da iyonlaşır. Bu, parçacıklar arasında sürekli bir dönüşümdür. Plazma, sürekli hareket eden ve etkileşen yüklü parçacıklar topluluğu olarak da tanımlanabilir. Plazma nötrdür yani içindeki (-) yük sayısı, (+) yük sayısına eşittir. Atomlar bu hâlde iken iyonlaşır ve sürekli birbirleri ile çarpışırlar.

Evrenin % 99 u plazma hâlindedir. Geriye kalan % 1 lik bölümü katı, çok küçük bir bölümü de sıvı hâldedir . Gaz hâlindeki her ortamı plazma olarak tanımlamak yanlış olur. Ancak kozmik koşullar altında, hem nötr hidrojen bölgeleri hem de iyonlaşmış atom sayısı nötr atom sayısının % 0.1 i kadar düşük olan soğuk yıldız atmosferleri, plazma özelliği gösterir.

UYARI: Maddenin dördüncü hâli plazmada;

• İyonlaşmış gaz
• Elektronlar ve protonlar
• Yüksüz atomlar ve moleküller
• Uyarılmış atomlar bulunur.

Normal bir gazla plazma arasındaki temel fark, gazların yalnızca elektriksel olarak nötr atom veya moleküllerden oluşmasıdır. Plazmada ise nötr parçacıkların yanı sıra özgür elektron ve iyonlar da bulunur . Burada özellikle kan içerisinde bulunan plazma ile maddenin dördüncü hâli olan plazma karıştırılmamalıdır.
Plazma ortamında plazma titreşimleri ve plazma dalgaları oldukça sık görülür Normal gazda yalnızca ses dalgaları üretilebilir.
Plazma, maddenin diğer durumları olan katı, sıvı ve gazdan oldukça değişik davranışlar sergiler . Laboratuvar ortamında plazmanın oluşumu çok basit bir şekilde şöyle açıklanabilir:

Katı bir cisme, ısıtma yoluyla enerji aktarırsak sıvı duruma geçer . Cismin erime sıcaklığında cisme aktardığımız füzyon ısısı onu sıvı durumuna geçirir. Sıvılaşmış olan aynı cisme buharlaşma ısısı aktarıldığında cisim buharlaşarak gaz hâline geçer. Örneğin demir (Fe) elementini katı durumda bulabileceğimiz gibi onu sıvı ve gaz durumuna da geçirmek mümkündür . Gaz hâldeki cisme daha fazla enerji aktarırsak gaz iyonlaşır Bunun için gaza iyonlaşma ısısının aktarılması gerekir. Elektronlar çekirdek çekiminden kurtularak serbest bir elektron uzayı oluşturur. Böylece maddenin dördüncü hâline geçilmiş olur.

UAYRI 2: Plazma Hâlin Genel Özellikleri

• İyi bir iletkendir. Elektriği ve ısıyı iletir.
• Elektrik ve manyetik alanla etkileşir.
• Kimyasal reaksiyonları çok hızlıdır.
• Yüksek sıcaklık ve enerji yoğunluğuna sahiptir.

Su normal şartlarda 0 °C nin altında buz (katı), 0-100 °C aralığında su ( sıvı), 100 °C de buhar (gaz) hâline geçer. Buharı ısıtmaya devam edip çok yüksek bir sıcaklığa getirdiğimizde plazma hâli gerçekleşir.

Uzayda görülen bazı plazma türleri ve plazma ortamları

• Güneş
• Güneş rüzgârları
• Yıldızların iç bölgeleri
• Jüpiter’in iyon küresi
• Yıldızlar arası ortam

Dünya’da görülen bazı plazma türleri ve plazma ortamları

• Şimşek
• Magma
• Yıldırım
• Yer’in iyon küresi
• Kuzey ve Güney kutup ışıkları

İnsan yapımı bazı plazmalar

• Patlamalar
• Plazma topu
• Ateş veya alev
• Neon lambalar
• Füzyon çalışmaları
• Şoresan lambalar
• Plazma tabancaları
• Cıva ve sodyum buharı lambası

Laboratuvarlarda yapılan plazma çalışmaları düşük basınç altında gerçekleştirilmektedir Bu çalışmalarda daha çok oda sıcaklığında ve normal atmosfer basıncında gaz durumunda bulunan hidrojen, helyum, azot ve argon gazları kullanılmaktadır.

Gerek insan yapımı plazma gerekse doğal plazma içerisinde daima nötr parçacıklar bulunmaktadır . Nötr atomlar plazmanın elektrik yüklü parçacıklarıyla çarpışarak onların enerji kaybetmelerine neden olurlar. Diğer yandan yük değişimi adı verilen çarpışma sürecinde bir iyon, nötr bir parçacıktan elektron almaya zorlanır. Böylece yüklü bir parçacıkla nötr bir parçacık rollerini değiştirmiş olurlar. Bu çarpışma süreci plazmanın enerji kaybetmesine yol açabilir . Çünkü eğer sıcak bir iyonla soğuk bir nötr parçacık yük değişimine giderse ortaya sıcak bir nötr parçacıkla soğuk bir iyon çıkabilir.

Günümüzdeki plazma araştırmalarının en önemli dalı, denetim altındaki termonükleer füzyon çalışmalarıdır. Bu araştırmaların amacı, Güneş’te süregelen çekirdek tepkimelerini denek odalarında gerçekleştirip Yer’de küçük ölçekli bir yıldız oluşturmak ve ürettiği enerjiyi insanlığın kullanımına sunmaktır. Bu çalışmalarda kullanılan temel süreç, hidrojenin ağır izotoplarının birleşmelerini sağlayarak helyum atomuyla beraber ortaya çıkan enerjiyi yakalamaktır. Plazma ile enerji üretimi henüz başlangıç aşamasındadır . Buna rağmen bazı ülkelerde kullanılmaktadır. Bu yöntemle enerji üretmek diğer tekniklere göre oldukça temizdir Doğaya hiçbir olumsuz etkisi yoktur.

Plazmanın Kullanım Alanları

Plazma üzerinde yapılan çalışmalar plazma teknolojisinin doğmasına sebep olmuştur Günümüzde tıp, tekstil, uçak endüstrisi, otomobil, kâğıt, elmas, elektronik çip yapımı, savunma sanayi, kristal büyütme, radar araştırmaları ve uzay teknolojisinde roketlerin fırlatılması gibi değişik alanlarda kullanılmaktadır.

Son yıllarda insanların gıda ile ilgili beklentilerinin artması sonucu, kaliteyi etkilemeden gıdaların sterilize edilmesi daha çok önem kazanmaya başlamıştır. Her ne kadar ısı, UV ve etilenoksit ile hidrojenperoksit gibi kimyasallar sterilizasyon amacıyla kullanılsa da düşük sıcaklıkta, derinlemesine ve kalıntısız bir sterilizasyon işlemi her zaman üzerinde çalışılmaya değer konulardan biri olmuştur. Son yıllarda kabul görmeye başlayan bu yöntem plazma sterilizasyonudur ve ısıya karşı duyarlı maddelerde geleneksel yöntemlerle yapılan sterilizasyona alternatif oluşturmaktadır.

Günlük yaşamımızda kullandığımız plazmalı nesnelerden bir kaçı; floresan lambalar , plazma televizyonlar ve klimalardır. Özellikle AIDS, kuş gribi, deli dana, SARS ve domuz gribi gibi salgınlara neden olan virüslerin plazma teknolojisiyle yok edilmesi hedeflenmektedir . Fakat bu teknoloji biyolojik silah yapımında da kullanılmaktadır . Tüm virüslere karşı etkili olacak bir tür “atom aşısı” üretmek bu teknoloji ile uğraşan bilim insanlarının en büyük amacıdır .

Yapılan çalışmalar zatürre, idrar enfeksiyonu, sivilce, mide iltihabı, kan dolaşımı enfeksiyonu, tifo, yiyecek zehirlenmeleri, menenjit, sinüzit ve şarbona etken olan bakterilerin “soğuk plazma” uygulanarak 5 -10 saniye gibi kısa bir sürede yok edilebildiğini göstermiştir.

AIDS, kolera, Ruam hastalığı, veba, çiçek, sıtma, tifo ve konserve zehirlenmelerine sebep olan mikroorganizmalar üzerindeki çalışmalar ise devam etmektedir. Soğuk plazma teknolojisi kanser araştırmaları için de ümit vericidir.