Senda inn spurningu
Sólin Sólin Rís 05:08 • sest 21:44 í Reykjavík
Tunglið Tunglið Rís 00:00 • Sest 00:00 í Reykjavík
Flóð Flóð Árdegis: 08:47 • Síðdegis: 21:08 í Reykjavík
Fjaran Fjara Árdegis: 02:49 • Síðdegis: 14:50 í Reykjavík
Visit the English version

Flokkun:

Náttúruvísindi og verkfræði Eðlisfræði: fræðileg

Hvað er rafgas (plasma)? Er hægt að framleiða það á rannsóknarstofu?

Jón Tómas Guðmundsson

Rafgas er gas sem er jónað að hluta eða að fullu og inniheldur rafeindir, jónir, hlutlausar frumeindir og sameindir. Fulljónað rafgas inniheldur einungis rafeindir og jónir en hlutjónað rafgas inniheldur jafnframt hlutlausar agnir. Megnið af alheiminum er rafgas. Iður stjarna og gufuhvolf þeirra, gaskennd geimþoka og mest af miðgeimsvetninu eru rafgas. Í okkar nánasta umhverfi er rafgas notað í flúrperum og neonljósaskiltum og norðurljósin eru rafgas.

Á fyrri hluta 20. aldar var skoðuð á tilraunastofum leiðni og niðurbrot í gasi, útgeislun rafeinda og örvun frumeinda og sameinda í árekstrum við rafeindir. Á síðari hluta aldarinnar hafa rafgös verið notuð sem ljósgjafar, leysiefni og í efnisframleiðslu, einkum í rafeindaiðnaði. Nú á dögum gegnir rafgas úr sameindagösum og blöndum þeirra lykilhlutverki í ætingu og ræktun við framleiðslu smárása. Þannig er súrefnisrafgas notað til að fjarlægja ljósviðnámslag og til oxunar og ræktunar á þunnum oxíðum og kísill er ættur í rafgösum sem innihalda flúor og klór. Notkun rafgasa er eina færa leiðin til að æta út þau smágerðu hálfleiðaratól sem eru ráðandi í rafeindatækni nútímans. Sjá nánar um þetta í þessari skýrslu á vefsíðu Raunvísindastofnunar Háskólans.

Til að framkalla megi kjarnasamruna þarf að yfirvinna fráhrindikrafta milli agna. Þar eð hreyfing efniseindanna samsvarar varma, þá er kjarnasamruni líklegri ef agnirnar (eldsneytið) eru við mjög hátt hitastig - milljónir kelvína. Við slíkan hita er eldsneytið fulljónað rafgas. Til að viðhalda þessum mikla hita má gasblandan ekki komast í snertingu við yfirborð eða veggi eða annað efni yfirleitt. Einkum hafa verið skoðaðar tvær leiðir til að mynda þetta háhitarafgas. Annars vegar er eldsneytið lokað af með segulsviðsþrýstingi í segulflöskum og hins vegar er öflugum leysipúlsum eða jónageislum skotið á storkið eldsneyti. Sjá nánar í svari við spurningunni: Hvenær má búast við að kjarnasamruni verði notaður til orkuframleiðslu?

Eiginleikum rafgass er lýst með hita gassins í heild, orkudreifingu agnanna og þéttleika þeirra. Hlutjónað rafgas er drifið rafrænt og álagt afl hitar frekar upp rafeindirnar, sem eru léttari og hreyfanlegri en jónir. Rafeindir, jónir og hlutlausar eindir eru því oft ekki í varmajafnvægi. Helstu kennistærðir rafgass eru, rafeindaþéttleiki, jónaþéttleiki, og rafeindahitastig, sem er mælikvarði á meðalorku rafeinda í gasinu.



Rafgas er hægt að framkalla á tilraunastofu. Á Raunvísindastofnun Háskólans eru til dæmis svonefndar segulspætur, sem notaðar eru til að framkalla hlutjónað rafgas til ræktunar á þunnum húðum úr málmi og málmblöndum (sjá mynd). Efnasamsetning rafgassins ræður þá efnasamsetningu og efniseiginleikum málmhúðarinnar. Fulljónað rafgas til kjarnasamruna er hins vegar framkallað í kjarnasamrunaofnum sem geta verið gríðarstórir, tugir metra í þvermál. Víða um heim hafa slík tæki verið byggð til rannsókna á fulljónuðu rafgasi.

Höfundur

Jón Tómas Guðmundsson

fyrrum prófessor í rafmagns- og tölvuverkfræði við HÍ

Útgáfudagur

12.9.2000

Spyrjandi

Reynir Örn Reynisson, f. 1985

Efnisorð

Tilvísun

Jón Tómas Guðmundsson. „Hvað er rafgas (plasma)? Er hægt að framleiða það á rannsóknarstofu?“ Vísindavefurinn, 12. september 2000. Sótt 28. apríl 2024. http://visindavefur.is/svar.php?id=903.

Jón Tómas Guðmundsson. (2000, 12. september). Hvað er rafgas (plasma)? Er hægt að framleiða það á rannsóknarstofu? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=903

Jón Tómas Guðmundsson. „Hvað er rafgas (plasma)? Er hægt að framleiða það á rannsóknarstofu?“ Vísindavefurinn. 12. sep. 2000. Vefsíða. 28. apr. 2024. <http://visindavefur.is/svar.php?id=903>.

Chicago | APA | MLA

Þessi síða notar vafrakökur Nánari upplýsingar

Ég samþykki
Spyrja

Sendu inn spurningu LeiðbeiningarTil baka

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=

Senda grein til vinar

=

Hvað er rafgas (plasma)? Er hægt að framleiða það á rannsóknarstofu?
Rafgas er gas sem er jónað að hluta eða að fullu og inniheldur rafeindir, jónir, hlutlausar frumeindir og sameindir. Fulljónað rafgas inniheldur einungis rafeindir og jónir en hlutjónað rafgas inniheldur jafnframt hlutlausar agnir. Megnið af alheiminum er rafgas. Iður stjarna og gufuhvolf þeirra, gaskennd geimþoka og mest af miðgeimsvetninu eru rafgas. Í okkar nánasta umhverfi er rafgas notað í flúrperum og neonljósaskiltum og norðurljósin eru rafgas.

Á fyrri hluta 20. aldar var skoðuð á tilraunastofum leiðni og niðurbrot í gasi, útgeislun rafeinda og örvun frumeinda og sameinda í árekstrum við rafeindir. Á síðari hluta aldarinnar hafa rafgös verið notuð sem ljósgjafar, leysiefni og í efnisframleiðslu, einkum í rafeindaiðnaði. Nú á dögum gegnir rafgas úr sameindagösum og blöndum þeirra lykilhlutverki í ætingu og ræktun við framleiðslu smárása. Þannig er súrefnisrafgas notað til að fjarlægja ljósviðnámslag og til oxunar og ræktunar á þunnum oxíðum og kísill er ættur í rafgösum sem innihalda flúor og klór. Notkun rafgasa er eina færa leiðin til að æta út þau smágerðu hálfleiðaratól sem eru ráðandi í rafeindatækni nútímans. Sjá nánar um þetta í þessari skýrslu á vefsíðu Raunvísindastofnunar Háskólans.

Til að framkalla megi kjarnasamruna þarf að yfirvinna fráhrindikrafta milli agna. Þar eð hreyfing efniseindanna samsvarar varma, þá er kjarnasamruni líklegri ef agnirnar (eldsneytið) eru við mjög hátt hitastig - milljónir kelvína. Við slíkan hita er eldsneytið fulljónað rafgas. Til að viðhalda þessum mikla hita má gasblandan ekki komast í snertingu við yfirborð eða veggi eða annað efni yfirleitt. Einkum hafa verið skoðaðar tvær leiðir til að mynda þetta háhitarafgas. Annars vegar er eldsneytið lokað af með segulsviðsþrýstingi í segulflöskum og hins vegar er öflugum leysipúlsum eða jónageislum skotið á storkið eldsneyti. Sjá nánar í svari við spurningunni: Hvenær má búast við að kjarnasamruni verði notaður til orkuframleiðslu?

Eiginleikum rafgass er lýst með hita gassins í heild, orkudreifingu agnanna og þéttleika þeirra. Hlutjónað rafgas er drifið rafrænt og álagt afl hitar frekar upp rafeindirnar, sem eru léttari og hreyfanlegri en jónir. Rafeindir, jónir og hlutlausar eindir eru því oft ekki í varmajafnvægi. Helstu kennistærðir rafgass eru, rafeindaþéttleiki, jónaþéttleiki, og rafeindahitastig, sem er mælikvarði á meðalorku rafeinda í gasinu.



Rafgas er hægt að framkalla á tilraunastofu. Á Raunvísindastofnun Háskólans eru til dæmis svonefndar segulspætur, sem notaðar eru til að framkalla hlutjónað rafgas til ræktunar á þunnum húðum úr málmi og málmblöndum (sjá mynd). Efnasamsetning rafgassins ræður þá efnasamsetningu og efniseiginleikum málmhúðarinnar. Fulljónað rafgas til kjarnasamruna er hins vegar framkallað í kjarnasamrunaofnum sem geta verið gríðarstórir, tugir metra í þvermál. Víða um heim hafa slík tæki verið byggð til rannsókna á fulljónuðu rafgasi.

...