Plasmafysik

Plasmafysik är studiet av plasman, den fjärde aggregationsformen av materia där atomerna är joniserade till fria elektroner och positiva joner. Plasman uppträder vid höga temperaturer eller under stark energitillförsel och uppvisar kollektiva beteenden som styrs av elektromagnetiska fält. Disciplinen förenar element från traditionell fysik med specialistkunskap inom plasma-, rymd- och kärnteknik.

Viktiga begrepp inkluderar Debye-längd, plasmafrekvens och quasineutralitet. Plasman uppvisar olika tillstånd, från termiska plasman till magnetiskt styrda plasmalägen, där beskrivningar ofta bygger på magnetohydrodynamik (MHD) eller kinetiska modeller som partikel-in-cell (PIC). Vanliga fenomen är vågor, strålningsprocesser, transport och turbulens.

Metoder: diagnostik som Langmuirprob, Thomson-spridning, interferometri och spektroskopi; teoretiska modeller och numeriska simuleringar, inklusive MHD-simuleringar och PIC-simuleringar.

Användningar: fusionsteknik med magnetisk fångning (tokamak och stellaratorer), industriell plasmabehandling (etsning, deposition), rymd- och astrofysik (solvind, magnetosfärer) samt utveckling av plasmarelaterad teknik inom lampor, ytbehandling och materialbearbetning.

Historik: Namnet plasma myntades av Irving Langmuir på 1920-talet för att beskriva den joniserade delen av urladdningar i gaser. Sedan dess har plasmafysik utvecklats till en bred tvärvetenskap som omfattar experiment, teori och datorbaserade simuleringar, med viktiga tillämpningar inom energi, industri och rymden.