プラズマ

物理学でプラズマとは、気体の原子あるいは分子が分解してばらばらになったものをいう。プラズマは、正のイオンと負の電子との混合物で、全体としては中性である。

このような自由なイオン集団においては、ある電荷の周りを逆符号をもつ電荷がとりまき、遮へい状態が生まれる。この遮へいされる距離をオランダの物理学者デバイにちなんで、デバイの長さとよぶ。

プラズマは電気の伝導体である。しかし、デバイの長さよりも大きい寸法の体積では、電気的に中性の性質をしめす。デバイの長さよりも短い距離の微視的なレベルでは、プラズマの粒子は集団的にふるまわず、電場などがくわえられると個別の粒子として反応する。

地球上で自然におこるプラズマは稲妻(→ 雷)や炎の一部だけである。稲妻は、約20%がイオン化している空気分子の細い道筋からできている。しかし宇宙においては、物質のほとんどはプラズマ状態にある。イオン化がおこるのは、太陽や星の内部でみられるように高温によるか、星間ガスやオーロラを発生する大気上層(→ 電離圏)のように放射によるか、どちらかである。

プラズマは、ネオンランプや蛍光灯で、減圧された気体に電圧をかけて放電させることによってつくることができる。中性の気体をきわめて高温に熱することでも発生させられる。しかしプラズマを発生させるのに必要な温度は、外からの加熱では達成できないほど高い。そこで、高速イオンや電子を注入して、気体粒子の衝突によって熱エネルギーを増加させ、気体を内部から加熱する。気体中の電子は、外部から電場をかけることによって加速することもできる。このようにしてつくったプラズマは、半導体の表面のエッチングや材料の性質を変化させるのにもちいられている。

ひじょうに高温のプラズマは、粒子が衝突しあい、核反応をおこすのにじゅうぶんなエネルギーをもっている。このようにしておこる核融合反応が太陽の熱源である。人工プラズマによる核融合で発電のためのエネルギーをえるという研究がつづけられている。→ 核エネルギー：物理学