Was ist Plasma?
Der „vierte Aggregatzustand“ einfach erklärt
Plasma ist ein faszinierendes Phänomen, das oft als der vierte Aggregatzustand der Materie bezeichnet wird – neben fest, flüssig und gasförmig. Doch was genau ist Plasma? In der Physik ist es ein ionisiertes Gas. Das bedeutet, dass man einem Gas so viel Energie zuführt, dass sich die Elektronen von den Atomen oder Molekülen lösen. Es entsteht ein elektrisch leitfähiges Gemisch mit freien Elektronen und Ionen. Der Begriff „Plasma“ (vom Griechischen „das Geformte“) wurde 1928 vom Nobelpreisträger Irving Langmuir geprägt.
Weil es aus geladenen Teilchen besteht, reagiert Plasma stark auf elektrische und magnetische Felder. Häufig leuchtet es dabei, weil angeregte Teilchen Licht aussenden, was auch in vielen Lampenarten genutzt wird.
Wichtiger Hinweis: Das physikalische Plasma, um das es hier geht, ist nicht zu verwechseln mit dem Blutplasma aus der Medizin oder dem Zellplasma in der Biologie.
Generell wird zwischen zwei Arten von Plasmen unterschieden:
- Heiße Plasmen: Hier ist die Temperatur aller Teilchenarten so hoch, dass das gesamte Plasma extrem heiß und fast alle Gasteilchen ionisiert sind. Beispiele sind das Innere der Sonne oder von Schweißlichtbögen und die Kernfusionsreaktoren.
- Kalte Plasmen (Niedertemperaturplasmen): In diesen Plasmen sind nur die Elektronen sehr energiereich (heiß), während das Gas selbst vergleichsweise kühl bleibt. Kalte Plasmen sind in vielen technische Anwendungen zu finden, z.B. der Oberflächentechnik oder in der Medizin.
Plasma in der Natur: Überall im Universum
Plasma ist kein exotisches Laborphänomen. Es ist der häufigste Zustand der sichtbaren Materie in unserem Universum! Über 99 Prozent der sichtbaren Materie existiert im Plasmazustand.
Sterne und Sonne
Unsere Sonne und alle anderen Sterne bestehen aus Plasma.
Blitze
Ein Blitz ist ein eindrucksvolles Beispiel für ein Plasma. Die enorme elektrische Entladung ionisiert die Luft, die dadurch leuchtet und das typische Licht aussendet.
Polarlichter
Die farbenprächtigen Polarlichter entstehen, wenn geladene Teilchen des Sonnenwinds in die Erdatmosphäre eindringen und die Gasmoleküle zum Leuchten anregen – es entsteht ein Plasma.
Ionosphäre
Eine Schicht in der oberen Erdatmosphäre, die durch Sonnenstrahlung ionisiert wird.
Plasma im Alltag und der Technik:
Unsichtbare Helfer
Weniger offensichtlich, aber allgegenwärtig sind die technischen Anwendungen von Plasma. Viele Produkte, die wir täglich nutzen, gäbe es ohne Plasmatechnologie nicht.
Beleuchtung
Leuchtstofflampen erzeugen Licht durch Gasentladungsplasmen.
Elektronik
Die Herstellung von Mikrochips und Flachbildschirmen ist ohne Plasmaverfahren undenkbar. Mit Plasma werden winzige Strukturen geätzt und beschichtet.
Oberflächenveredelung
Kratzfeste Brillengläser, entspiegelte Kameralinsen und dünne Schutzschichten werden durch Plasma-Verfahren wie dem Plasmasputtern aufgebracht.
Metallverarbeitung
Beim Schweißen und Schneiden wird ein Lichtbogen, der ebenfalls ein Plasma darstellt, genutzt, um die Hitze zum Schmelzen oder Trennen von Metall zu nutzen.
Alltagsgegenstände
Kunststoffverpackungen werden mit Plasma vorbehandelt, um sie bedruckbar zu machen. Medizinische Verpackungen und sogar Lebensmittel werden mit kaltem Plasma biologisch dekontaminiert
Das Potenzial von Plasma: Zukunftstechnologie aus Greifswald
Die Plasmaforschung ist ein dynamisches und zukunftsweisendes Feld.
- Plasmamedizin: Kalte Plasmen können Keime abtöten und die Wundheilung beschleunigen. Am INP entwickelte Plasma-Therapiegeräte werden bereits erfolgreich bei chronischen Wunden eingesetzt.
- Umwelttechnologie: Plasma kann zur Reinigung von Wasser und Luft genutzt werden.
- Nachhaltigkeit: Die Plasmatechnologie bietet Lösungen für eine nachhaltigere Landwirtschaft oder die Energiewende.
- Neue Materialien: Mittels Plasmaverfahren können spezifische Schichten und Nanomaterialien z.B. für bessere Elektrolyseure erzeugt werden.
Das Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie (INP) in Greifswald ist das größte außeruniversitäre Plasmaforschungsinstitut in Europa. Wir entwickeln neue Plasmaquellen und -verfahren, um die Herausforderungen von morgen zu lösen.
Ebenfalls in Greifswald widmet sich das Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP) der Kernfusion: Am Stellarator-Experiment Wendelstein 7-X wird erforscht, wie heißes Plasma magnetisch eingeschlossen werden kann, um saubere Energie durch Kernfusion zu erzeugen – ähnlich wie im Inneren der Sonne.
Fazit: Plasma ist ein faszinierendes Phänomen – allgegenwärtig in Natur und Technik. Vom leuchtenden Nordlicht am Himmel bis hin zum medizinischen Einsatz zur Wundheilung begegnet uns Plasma in den unterschiedlichsten Formen. Die Plasmaforschung am INP liefert nicht nur spannende Einblicke in einen einzigartigen Materiezustand, sondern auch handfeste Innovationen für Medizin, Umwelt und Technologie.
