สถานะพลาสม่า

รู้หรือไม่สถานะของสสารไม่ได้มีแค่ ของแข็ง ของเหลว และก๊าซ นักวิทยาศาสตร์ค้นพบเพิ่มเติมว่า กว่า 99.99% ของสิ่งต่าง ๆ ที่อยู่ในจักรวาลของเรานั้นเกิดขึ้นมาจากพลาสม่า ซึ่งนับว่าเป็นอีกสถานะหนึ่งของสสาร ไม่ว่าจะเป็นไฟฟ้าสถิต ฟ้าผ่า แสงเหนือ หางของดาวหาง ล้วนแต่เป็นพลาสม่า หากจะไล่เรียงลำดับสถานะ อย่างน้ำแข็งที่เป็นของแข็ง เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นจนละลายกลายเป็นน้ำซึ่งอยู่ในสถานะของเหลว เมื่อได้รับพลังงานหรือความร้อนและอุณหภูมิสูงขึ้นอีก โมเลกุลน้ำก็ขยายตัวห่างออกจากกันและทำให้กลายเป็นไอน้ำซึ่งเป็นสถานะก๊าซ โดยส่วนใหญ่แล้วเราจะมีความเข้าใจเกี่ยวกับสถานะต่าง ๆ ของสสารจบลงที่ตรงนี้

หากแต่ความเป็นจริงแล้ว เมื่อได้รับความร้อนเพิ่มขึ้นอีกเล็กน้อยก็จะเกิดกระบวนการ Ionization ทำให้อิเล็กตรอนที่มีประจุลบหลุดออกมาจากอะตอม เหลือไว้เพียงแต่โปรตอนซึ่งมีไอออนประจุบวก การผสมกันของประจุลบและประจุบวกซึ่งล่องลอยได้อย่างเป็นอิสระนี้เรียกว่า Plasma (พลาสม่า) และก๊าซใด ๆ ก็ตามที่อุณหภูมิสูงมากพอก็สามารถจะเป็นพลาสม่าได้เช่นกัน

ภาพประกอบ : ลิขสิทธิ์ถูกต้องจาก Shutterstock
ลิขสิทธิ์ภาพขอสงวนเฉพาะสำหรับใช้งานในสื่อต่าง ๆ ของทรูปลูกปัญญา เท่านั้น
ห้ามไม่ให้นำภาพไปเผยแพร่ผ่านช่องทางอื่นโดยเด็ดขาด

ดังนั้นพลาสม่าคือ กลุ่มเมฆของโปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอนที่ไหลล่องลอยไปมาได้อย่างอิสระเนื่องจากถูกปลดปล่อยออกมาจากโมเลกุลหรืออะตอมของสสาร ประจุที่เคลื่อนที่อย่างอิสระนี้มีพฤติกรรมที่แตกต่างไปจากอนุภาคที่อยู่ในสถานะอื่น ๆ พลาสม่าจึงมีความใกล้เคียงกับสถานะก๊าซมากกว่าสถานะอื่น ๆ เพราะว่าการยึดเหนี่ยวระหว่างอะตอมและโมเลกุลไม่ได้เหนียวแน่น แต่มันต่างจากก๊าซตรงที่ความสามารถหรือคุณสมบัติของสสารในสถานะนี้แตกต่างจากก๊าซ และแม้ว่าสถานะนี้จะถูกค้นพบมาตั้งแต่ปี 1879 แต่เรารู้เกี่ยวกับสถานะนี้น้อยมาก หรือเรียกได้ว่าไม่รู้เลยหากเราเปรียบกับสถานะอื่น ๆ พลังงานที่ทำให้สสารกลายมาอยู่ในสถานะพลาสม่าก็เป็นได้หลากหลายไม่ว่าจะเป็นความร้อน ไฟฟ้า หรือแม้แต่คลื่นแสง และเพิ่งจะมีการมุ่งประเด็นความสนใจและศึกษาเกี่ยวกับพลาสม่ามากขึ้นพร้อม ๆ กับความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีในช่วงไม่กี่สิบปีหลังมานี้เอง

เพราะว่าพลาสม่าเป็นประจุไฟฟ้า สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กจึงเร่งมันหรือทำให้ประจุต่าง ๆ ในกลุ่มเมฆเคลื่อนที่หรือเหวี่ยงตัวได้ สนามแม่เหล็กสามารถเหวี่ยงประจุให้โคจรเป็นวงกลม และเมื่ออนุภาคที่อยู่ในพลาสม่าปะทะกัน หรือถูกเร่งให้เร็วขึ้นด้วยสนามไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็ก มันจะทำให้เกิดแสง ซึ่งนั่นก็เป็นสิ่งที่เราเห็นเมื่อเรามองพลาสม่าของ Aurora Borealis หรือแสงเหนือ แต่การศึกษาเกี่ยวกับพลาสม่าไม่ได้เกี่ยวข้องกับความสวยงามที่สามารถมองเห็นได้อย่างแสงเหนือหรือหางของดาวหางเท่านั้น มันยังทำให้เราเข้าใจเกี่ยวกับจักรวาลของเราเพิ่มขึ้น รวมไปถึงช่วยให้การศึกษาเกี่ยวกับอนุภาคและการทดลองเกี่ยวกับพลังงานของอนุภาคก้าวหน้าขึ้น เนื่องจากเราสามารถใช้ประโยชน์ของพลาสม่าเมื่อต้องการพลังงานหรือรังสีที่จำเพาะเจาะจง

ภาพประกอบ : ลิขสิทธิ์ถูกต้องจาก Shutterstock
ลิขสิทธิ์ภาพขอสงวนเฉพาะสำหรับใช้งานในสื่อต่าง ๆ ของทรูปลูกปัญญา เท่านั้น
ห้ามไม่ให้นำภาพไปเผยแพร่ผ่านช่องทางอื่นโดยเด็ดขาด

ยกตัวอย่างเช่น หากเรานำไฟฟ้าแรงดันสูงมาอัดใส่หลอดที่มีก๊าซบรรจุอยู่ เราก็จะได้สนามไฟฟ้าซึ่งจะผลักอิเล็กตรอนให้กระจายตัวออกจากอะตอมและเคลื่อนที่ไปมาด้วยความเร็วสูง และทำให้เกิดปฏิกิริยา Ionization กับอะตอมอื่น ๆ ตามมาอีก และเมื่อมันได้รับพลังงานมาจำนวนหนึ่ง มันก็ต้องปล่อยพลังงานออกมาเช่นกัน ทำให้กลุ่มเมฆพลาสม่าที่อยู่ในหลอดปล่อยพลังงานออกมาในรูปของรังสีอัลตราไวโอเลต และเมื่อแสง UV นี้ไปตกกระทบกับสารเรืองแสงที่เคลือบหลอดเอาไว้ ก็จะทำให้หลอดเรืองแสงออกมา เมื่อหลอดเหล่านี้มีขนาดเล็กมากพอ และนำมาจัดเรียงกัน หากเราควบคุมการส่งพลังงานไฟฟ้าไปยังแต่ละหลอดได้ตามที่ต้องการ เราจะได้สิ่งที่เรียกว่า Plasma TV (ทีวีพลาสม่า) หากหลอดบรรจุก๊าซมีขนาดใหญ่เราก็จะได้หลอดไฟฟลูออร์เรสเซนต์ และยังมีการใช้ประโยชน์ของพลาสม่าในกรณีอื่นที่ซับซ้อนกว่าอีก เช่น การใช้พลาสม่าที่ออกแบบมาให้เปลี่ยนแปลงสารเคมีเป้าหมาย เช่น การรักษามะเร็งบางประเภท การฆ่าเชื้อจุลินทรีย์ในบรรจุภัณฑ์ อาหาร รวมถึงอุปกรณ์การแพทย์ต่าง ๆ การใช้ประโยชน์จากพลาสม่าในระดับที่ใหญ่กว่าเช่นการใช้ในเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ หรือการศึกษาเพื่อผลิตไฟฟ้าจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่น ซึ่งเป็นความหวังของแหล่งพลังงานสะอาดที่สดใหม่กว่าโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ในปัจจุบัน

แม้ในประเทศไทยจะยังไม่ได้มีความตื่นตัวในวงกว้าง แต่ก็มีการศึกษาและวิจัยเกี่ยวกับพลาสม่าโดยการทำควบคู่ไปกับงานวิจัยเกี่ยวกับอนุภาคและนิวเคลียร์ในหลาย ๆ หน่วยงานการศึกษาไม่ว่าจะเป็น จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ มหาวิทยาลัยสงขลานครินทร์ และสถาบันอื่น ๆ แต่การศึกษาเพื่อทำความเข้าใจและใช้ประโยชน์จากพลาสม่ายังอยู่ในขั้นต้น ยังมีองค์ความรู้อีกมากที่รอให้เราศึกษาและนำมาใช้ เพราะแม้พลาสม่าอยู่รอบตัวเรา แต่ยากที่จะพบเห็นในสภาวะปกติ ในอนาคตพลาสม่าอาจจะถูกนำมาใช้เพื่อทำลายพื้นที่ฝังกลบขยะ ทำลายสารพิษที่มีอยู่ในอากาศและน้ำอย่างมีประสิทธิภาพ หรือในกรณีอื่น ๆ ได้อีกมาก

เรียบเรียงโดย ทีมงานทรูปลูกปัญญา

ที่มา : https://www.youtube.com/watch?v=tJplytSR-ww
        http://www.qrg.northwestern.edu/projects/vss/docs/propulsion/2-what-is-plasma.html
        http://whatis.techtarget.com/definition/plasma
        http://www.plasmas.org/what-are-plasmas.htm

ภาพประกอบ : ลิขสิทธิ์ถูกต้องจาก Shutterstock
ลิขสิทธิ์ภาพขอสงวนเฉพาะสำหรับใช้งานในสื่อต่าง ๆ ของทรูปลูกปัญญา เท่านั้น
ห้ามไม่ให้นำภาพไปเผยแพร่ผ่านช่องทางอื่นโดยเด็ดขาด