Plasmafüüsika

Plasmafüüsika on füüsika haru, mis uurib ioniseeritud gaaside ehk plazmade omadusi ja nende kollektiivset käitumist. Plasma on aine faas, kus elektrilised laengukandjad on vabalt liikuvad ning seda kujundavad elektromagnetväljad. Plasmas on iseloomulikud omadused nagu Debye katvus, plasma sagedus ja suur elektrijuhtivus, mis eristavad neid neutraalsetest gaasidest.

Plasmasid esinevad nii looduses kui laborites. Looduslikult tekivad plasmasid tähtedest, päikesetuulest ja interstellaarne keskkonnast ning magnetosfääris. Laborites uuritakse madal- ja kõrge temperatuuriga plasmasid, sealhulgas fusiooni katseid ning arendatakse tööstuslikke rakendusi nagu pooljuhtide tootmine ja pinnatöötlus.

Teooria ja meetodid põhinevad Maxwelli võrranditel ning erinevatel mudelitel: magnetohüdrodünaamiline (MHD) kirjeldus suurte skaalade jaoks ning kineetiline plasmafüüsika, mis kasutab Vlasovi või Boltzmanni võrrandeid. Diagnostika hõlmab spektroskoopiat, Langmuiri sondi, interferomeetria ja teisi tehnikaid; arvutisimulatsioonid hõlmavad Particle-In-Cell (PIC) meetodeid ja MHD-koodide kasutamist.

Rakendused ulatuvad energiast materjalide töötlemise ja pinnatöötluse, plazmaprotsesside ja allikate, plazma-propulsiooni ning valgusallikate ja laser-plasma interaktsioonide uurimise valdkondadeni. Plasmat kasutatakse ka meditsiinis ja keskkonnaprojektides.

Ajalugu: plasmafüüsika alged ulatuvad 19. sajandi lõppu; olulised panused olid Irving Langmuiri ja Hannes Alfvéni töödel, mis sidusid plazmafüüsika elektrotehnikaga ja astronoomiaga. Tänapäeval jätkub uurimus turbulentsi, magnetilise reconnectioni ja fusioonienergia valdkondades.