Plasma is een materietoestand die vaak wordt gezien als een ondergroep van gassen, maar de twee toestanden gedragen zich heel verschillend. Net als gassen hebben plasma’s geen vaste vorm of volume, en hebben ze een lagere dichtheid dan vaste stoffen of vloeistoffen. Maar in tegenstelling tot gewone gassen, zijn plasma’s opgebouwd uit atomen waarin sommige of alle elektronen zijn gestript en positief geladen kernen, ionen genaamd, vrij rondlopen.

“Een gas bestaat uit neutrale moleculen en atomen,” zei Xuedong Hu, professor in de natuurkunde aan de universiteit van Buffalo. Dat wil zeggen dat het aantal negatief geladen elektronen gelijk is aan het aantal positief geladen protonen.

“Plasma is een geladen gas, met sterke Coulomb interacties,” vertelde Hu aan Live Science. Atomen of moleculen kunnen een positieve of negatieve elektrische lading krijgen wanneer ze elektronen winnen of verliezen. Dit proces wordt ionisatie genoemd. Plasma maakt deel uit van de zon en de sterren, en het is de meest voorkomende toestand van materie in het heelal als geheel.

(Bloedplasma is overigens iets heel anders. Het is het vloeibare gedeelte van bloed. Het bestaat voor 92 procent uit water en vormt 55 procent van het bloedvolume, volgens het Amerikaanse Rode Kruis.)

Geladen deeltjes

Een typisch gas, zoals stikstof of waterstofsulfide, bestaat uit moleculen die een netto lading van nul hebben, waardoor het gasvolume als geheel een netto lading van nul heeft. Plasma’s, die gemaakt zijn van geladen deeltjes, kunnen een netto lading van nul hebben over hun hele volume, maar niet op het niveau van de individuele deeltjes. Dat betekent dat de elektrostatische krachten tussen de deeltjes in het plasma significant worden, evenals het effect van magnetische velden.

Gemaakt van geladen deeltjes, kunnen plasma’s dingen doen die gassen niet kunnen, zoals elektriciteit geleiden. En omdat bewegende ladingen magnetische velden maken, kunnen plasma’s die ook hebben.

In een gewoon gas zullen alle deeltjes zich ongeveer hetzelfde gedragen. Dus als je gas in een vat hebt en het laat afkoelen tot kamertemperatuur, zullen alle moleculen binnenin gemiddeld met dezelfde snelheid bewegen, en als je de snelheid van veel individuele deeltjes zou meten, zou je een verdelingskromme krijgen met veel deeltjes die in de buurt van het gemiddelde bewegen en slechts een paar die ofwel bijzonder langzaam ofwel bijzonder snel bewegen. Dat komt omdat in een gas de moleculen, net als biljartballen, elkaar raken en energie onderling overdragen.

Dat gebeurt niet in een plasma, zeker niet in een elektrisch of magnetisch veld. Een magnetisch veld kan bijvoorbeeld een populatie van zeer snelle deeltjes creëren. De meeste plasma’s zijn niet dicht genoeg om deeltjes vaak met elkaar te laten botsen, zodat de magnetische en elektrostatische interacties belangrijker worden.

Over elektrostatische wisselwerkingen gesproken, omdat de deeltjes in een plasma – de elektronen en ionen – via elektriciteit en magnetisme op elkaar kunnen inwerken, kunnen zij dat op veel grotere afstanden doen dan een gewoon gas. Dat betekent weer dat golven belangrijker worden bij het bespreken van wat er in een plasma gebeurt. Eén zo’n golf heet een Alfvén-golf, genoemd naar de Zweedse natuurkundige en Nobelprijswinnaar Hannes Alfvén. Een Alfvén-golf ontstaat wanneer het magnetisch veld in een plasma wordt verstoord, waardoor een golf ontstaat die langs de veldlijnen beweegt. In gewone gassen is dit niet echt te vergelijken. Het is mogelijk dat Alfvén golven de reden zijn dat de temperatuur van de zonnecorona – ook een plasma – miljoenen graden is, terwijl het aan de oppervlakte slechts duizenden graden is.

Een ander kenmerk van plasma’s is dat ze door magnetische velden op hun plaats kunnen worden gehouden. Het meeste onderzoek naar fusie-energie is juist daarop gericht. Om de voorwaarden voor fusie te scheppen, heeft men zeer heet plasma nodig – van miljoenen graden. Aangezien geen enkel materiaal dit kan bevatten, hebben wetenschappers en ingenieurs zich tot magnetische velden gewend om deze taak uit te voeren.

Plasma’s in actie

Een van de plaatsen waar je plasma’s in actie kunt zien, is in een fluorescerende gloeilamp of een neonbord. In die gevallen wordt een gas (neon voor borden) onderworpen aan een hoge spanning, en de elektronen worden ofwel gescheiden van de atomen van het gas of in hogere energieniveaus geduwd. Het gas in de lamp wordt een geleidend plasma. De geëxciteerde elektronen die terugvallen in hun vorige energieniveaus zenden fotonen uit – het licht dat we zien in een neonbord of fluorescentielamp.

Plasma-TV’s werken op dezelfde manier. Een gas – gewoonlijk argon, neon of xenon – wordt in een verzegelde spleet tussen twee glaspanelen geïnjecteerd. Door het gas wordt een elektrische stroom geleid, die het gas doet gloeien. Het plasma wekt rode, groene en blauwe fosforen op, die samen specifieke kleuren afgeven, aldus eBay.

Een andere toepassing van plasma is in plasmabollen, die vol edelgasmengsels zitten die de kleuren van de “bliksem” in hen produceren wanneer een elektrische stroom het gas ioniseert.

Een ander voorbeeld van plasma is te vinden in de aurora’s die de polen omgeven wanneer de zon bijzonder actief is. De zonnewind is een stroom geladen deeltjes (meestal protonen), die het magnetisch veld van de aarde raken. Deze geladen deeltjes volgen de magnetische veldlijnen en bewegen in de richting van de polen, waar zij botsen met atomen in de lucht, meestal zuurstof en stikstof, en deze prikkelen. Net als een neonlicht geven de opgewonden zuurstof- en stikstofatomen licht af.

Volg LiveScience op Twitter @livescience. We zijn ook op Facebook & Google+.