plasmafysiikka

Plasmafysiikka on fysiikan ala, joka tutkii plasmoja eli ionisoituneita kaasuja, joissa elektronit ja ionit muodostavat kollektiivisen tilan sähkö- ja magneettikenttien vaikutuksesta. Plasmat ovat yleisiä sekä luonnossa että laboratorioissa ja niitä pidetään aineen neljännä tilana kiinteän, nesteen ja kaasun lisäksi. Keskeisiä tunnusmerkkejä ovat Debye-säde, jonka pituudella sähköiset kentät suodattuvat, quasi-neutraalisuus suurilla etäisyyksillä sekä korkea sähkönjohtavuus ja kollektiivinen käyttäytyminen.

Teoreettisesti plasman tutkimus yhdistää makroskooppiset ja mikroskooppiset mallit. Magnetohydrodynamiikka (MHD) kuvaa suuria plasmapesäkkeitä ja magneettikenttien vaikutuksia, kun taas kineettiset mallit (Vlasovin tai Boltzmannin yhtälöt) käsittelevät yksittäisten hiukkasten dynamiikkaa. Plasmaprosesseihin liittyy erilaisia aaltoja, kuten Langmuir-aaltoja ja Alfvén-aaltoja, sekä epävakaisuuksia ja turbulenssia.

Sovelluksia ovat materiaaliprosessointi, litografia, pintakäsittely ja valaistus sekä plasma- ja säteilylähteet. Fuusion tutkimuksessa plasman hallinta on keskeistä: magneettinen confinointi tokamak-laitteissa tai inertiaalinen konfinointi lasersäteilyllä. Luonnossa plasmat esiintyvät avaruudessa, kuten aurinkotuulessa, magnetosfäärissä ja kosmisessa plasmassa.

Plasmafysiikka kehittyy sekä kokeellisesti että teoreettisesti. Tutkimus kattaa space-plasman, laboratorioplasman ja plasma-astronomian, ja sen historiaan kuuluvat panokset kuten Hannes Alfvénin ja Irving Langmuirin työ.