Plạsma

ein gasförmiges Gemisch aus freien Elektronen, Ionen und elektrisch neutralen Atomen und Molekülen. Bei sehr hohen Temperaturen werden die Neutralteilchen infolge der häufigen sehr starken Zusammenstöße bei der Wärmebewegung und durch elektromagnetische Wechselwirkungen einfach oder mehrfach ionisiert, und die äußeren Elektronen bleiben abgetrennt. Nach ihrem Ionisationsgrad unterscheidet man schwach ionisierte und stark oder vollständig ionisierte Plasmen. Als Ganzes ist das Plasma zwar nach außen noch elektrisch neutral, dennoch besteht es aus freien, voneinander getrennten Ladungsträgern. Die physikalischen Eigenschaften eines Gases im Plasmazustand unterscheiden sich stark von denen eines normalen Gases. So sind z. B. Gasströmungen stets mit elektrischen Strömen und folglich mit magnetischen Feldern verknüpft, die auf den Strömungsvorgang zurückwirken; aerodynamische Schwingungen im Plasma führen zur Ausstrahlung elektromagnetischer Wellen. – Die Materie in Sternen und auch Gaswolken im interstellaren Raum befinden sich im Plasmazustand. Plasmaschwingungen in der interstellaren Materie sind wahrscheinlich eine Quelle der von der Radioastronomie beobachteten Strahlungen. Von großer Bedeutung ist die Plasmaphysik für die Entwicklung von Fusionsreaktoren.

Das Plasma lässt sich durch starke magnetische Felder komprimieren und kann auf diese Weise kontrolliert auf extrem hohe Temperaturen (bis ca. 300 Mio. Kelvin) gebracht werden. Bei diesen Temperaturen können Fusionsreaktionen (z. B. zwischen Tritium- und Deuteriumkernen) ablaufen, die zu einer starken Energiefreisetzung führen. Weltweit laufen Forschungsarbeiten, um diesen Prozess zur großtechnischen Anwendung in einem Fusionsreaktor zu entwickeln. Die wichtigsten experimentellen Anordnungen waren bisher die Stelleratoren und die Tokamaks; bei den letzteren wurde 1991 über ein Zeitintervall von 2 s eine Temperatur von über 200 Mio. K erreicht. Bei einer Heizleistung von etwa 20 MW (Megawatt) wurde dabei durch die Verschmelzung von Deuterium- und Tritiumkernen eine Fusionsleistung von ca. 1,5 MW frei. 1997 konnte die Fusionsleistung auf 13 MW gesteigert werden. Ab 2015 soll der Experimentalreaktor ITER 500 MW Fusionsleistung bei Brenndauern von mehr als 400 s liefern. Die Hauptprobleme der Entwicklung liegen in der Beherrschung von Mikroinstabilitäten im Plasma, in der Entwicklung geeigneter Einschlussmechanismen, in Materialfragen und in der Nachladung von Reaktionsstoffen.