Plasma – der vierte Zustand der Materie
Plasma findet sich in der Sonne, in Polarlichtern und
Blitzen, aber auch in so alltäglichen Objekten wie Leuchtstoffröhren.
Dieser vierte Zustand der Materie entsteht, wenn man Atomen oder
Molekülen Elektronen entreißt. Das Spannende daran: Plasma lässt sich
ganz praktisch nutzen und eröffnet neue Möglichkeiten in Technik,
Medizin und sogar der Raumfahrt.Plasma erfüllt den gesamten Kosmos – 99 Prozent der beobachtbaren Materie liegt in diesem vierten Zustand vor. Doch je nach Dichte und thermischer Struktur kann das Plasma ganz unterschiedliche Eigenschaften besitzen. Die Spanne reicht von tödlich heißer, brodelnder Sonnenmaterie bis zu den kalten Plasmen der Polarlichter oder der in der Medizin eingesetzten „Plasma-Pens“.
Gerade die kalten Plasmen erweisen sich mehr und mehr als wahre Alleskönner: Je nach Beschaffenheit können sie zerstören und zersetzen, aber auch heilen und Neues erschaffen. Das macht sie zu einem spannenden und innovativen Werkzeug und Hilfsmittel.
Inhalt:
- Am Anfang war das Plasma
Das Wesen des vierten Zustand - Vom Gas zum Plasma
Wie man den vierten Materiezustand herstellt - Zwischen kalt und extrem heiß
Plasma ist nicht gleich Plasma - Von Feldern verformt
Die Wirkung von Magnetfeldern auf Plasma - Keimkiller und Wundheiler
Kaltes Plasma in der Medizin - Antriebsdüsen und feine Schnitte
Plasma-Anwendungen in Technik und Raumfahrt
Am Anfang war das Plasma
Im Universum bilden wir eher die Ausnahme. Denn in auf der Erde und anderen Gesteinsplaneten liegt Materie vorwiegend in nur drei Aggregatzuständen vor: fest, flüssig oder gasförmig. Doch wenn wir in den Himmel schauen, ändert sich das Bild: Ob Sterne, Galaxien oder kosmische Gaswolken – nahezu alles besteht aus Plasma, dem vierten Zustand der Materie.
Nach der antiken Vorstellung der vier Elemente entspricht das Plasma am ehesten dem Feuer.
Noch bevor alle anderen Materieformen entstanden, war das Universum schon von Plasma erfüllt. Es entstand, als sich wenige Minuten nach dem Urknall die ersten Protonen und Neutronen zu Atomkernen verbanden. Die Elektronen aber flogen größtenteils weiter frei umher. Dadurch war der gesamte Kosmos von geladenen Teilchen erfüllt – einem Plasma. Weil dieses Ur-Plasma die reichlich vorhandene Strahlung immer wieder ablenkte und streute, war das Universum in dieser Zeit gleißend hell, aber undurchsichtig trüb.
Zerlegt in Ionen und Elektronen
Von einem Plasma spricht man immer dann, wenn die Atome oder Moleküle eines Gases eines oder mehrere Elektronen abgegeben haben und dadurch ionisiert sind. Gleichzeitig bewegen sich die abgegebenen Elektronen ungebunden zwischen diesen Ionen umher. „Es ist so, als hätten wir zwei verschiedene ineinander gemischte Gase: Eines ist leicht und negativ geladen und das andere besteht aus den schwereren positiv geladenen Ionen“, erklärt der Physiker Justin Wark von der University of Oxford.
Ob Sterne, Galaxien oder interstellare Nebel: Fast alles, was man heute im Weltall sieht, besteht aus Plasma.
Die Ära des Ur-Plasmas endete erst, als sich das Universum rund 380.000 Jahre nach dem Urknall weiter abgekühlt hatte und die Atome und Elektronen sich zu den ersten Elementen zusammenfanden. Zum ersten Mal in seiner jungen Geschichte war das Universum war nun fast völlig plasmafrei. Das änderte sich erst wieder, als hunderte Millionen Jahre später die ersten Sterne und Galaxien entstanden. Ihre energiereiche Strahlung führte zu einer Reionisierung der kosmischen Gaswolken und fast der gesamten im Kosmos vorhandenen Materie.
99 Prozent der sichtbaren Materie
Heute ist der gesamte Kosmos dadurch wieder von Plasma erfüllt. Astronomen gehen davon aus, dass sogar 99 Prozent der beobachtbaren Materie im Universum in diesem vierten Zustand vorliegt. Die Spanne reicht vom heißen, dichten Plasma im Inneren der Sterne über Supernova-Überreste und andere leuchtende Gaswolken bis hin zu dem diffusen, kalten Material, das den scheinbar leeren Raum zwischen den Sternen und Galaxien ausfüllt.
Sogar unsere Erde ist von Plasma umgeben: Wie gestaffelte Schutzschilde schützen uns diese Hüllen aus ionisiertem Gas vor harter Strahlung aus dem Weltraum und haben dadurch erst die Entwicklung des Lebens ermöglicht. Umso ungewöhnlicher ist es, dass wir hier auf der Erdoberfläche in einem fast plasmafreien Raum leben – zumindest was unsere natürliche Alltagsumgebung angeht. Wollen wir hier auf der Erdoberfläche Plasma nutzen oder untersuchen, müssen wir es selbst herstellen.
Wie aber macht man Plasma?
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