플라스마란? 플라스마 뜻? 인공 태양?

플라스마란? 플라스마 뜻? 인공 태양?

플라스마란?

플러스를 띠는 양전하와 마이너스를 띠는 음전하로 구성되어 있는 이온화된 기체를 뜻한다. 이온 핵과 자유로이 운동하는 자유전자로 이루어진 입자들의 집합체가 플라스마다. 이온은 원자 또는 분자의 특정한 상태를 나타내는 용어로 전자를 잃거나 전자를 얻어 전자기장 내에서 전기 현상을 일으키는 전하를 띠는 원자 또는 분자를 뜻한다. 원자가 한 개 이상의 전자를 잃으면 플러스인 양전하를 띠고, 한 개 이상의 전자를 얻으면 마이너스인 음전하를 띤다. 양전하를 띤 이온을 양이온이라 하고 음전하를 띤 이온을 음이온이라 한다. 원자가 이온이 되는 것을 이온화라 한다. 플라스마는 기체를 이루는 원자나 이온화하여 생성되는 하전 입자의 무리를 말하는 것이다. 간단히 전하를 띤 입자로 이루어진 물질 상태가 플라스마이다.

 

물질의 상태에는 흔히 고체, 액체, 기체 3가지 상태가 있다고 많이 알고 있다. 기체가 이온화되면 고체, 액체, 기체와 다른 성질을 나타낸다. 그래서 플라스마는 제4의 물질 상태라 할 수 있다. 플라스마를 생성하려면 기체를 아주 높은 온도로 가열하면 된다. 고온으로 가열하면 원자와 분자 간에 충돌이 일어나 전자와 이온으로 분해되어 플라스마 상태가 된다. 

 

전기전도도를 가지는 자유로이 운동하는 자유 전하로 인해 플라스마는 높은 전기전도도를 가진다. 그리고 외부 전자기장에 집합적으로 반응해 전자기장에 대한 큰 반응성을 갖는다. 우주에 존재하는 물질의 99%가 플라스마로 이루어져 있다. 태양과 같이 우리가 볼 수 있는 모든 항성과 성간, 행성 간 물질, 행성 외부의 대기권이 플라스마로 이루어져 있다. 형광등, 네온사인 등이 플라스마 상태이고, 북극지방에서 밤하늘에 볼 수 있는 오로라도 플라스마 상태로 나타나는 자연현상이다.

 

플라스마가 이용되는 분야?

우주에 존재하는 물질의 99%가 플라스마로 이루어져 있고, 태양도 플라스마로 이루어져 있다. 태양은 많은 에너지를 발생시킨다. 그래서 플라스마를 이용해 미래의 전력 생산에 큰 도움이 될 수 있다.

 

최근에 한국 인공태양 케이스타가 플라스마를 세계에서 가장 오랜 시간 운전하는 데 성공해 에너지를 무한대로 생산하는 인공태양이 만들어질 수 있는 가능성이 열렸다. 한국 핵융합 에너지 연구원에서 인공태양인 케이스타가 세계 최초로 고온의 플라스마를 20초 동안 운전하는 데 성공했다고 한다.

 

플라스마 상태는 원자가 이온과 전자로 분리가 되어서 존재한다. 높은 온도와 압력을 가해 수소 원자핵 두 개가 핵융합 반응을 일으키면 헬륨 원자핵이 생성된다. 아인슈타인의 질량이 곧 에너지라는 질량 에너지 등가 원리에 따라 이 과정에서 많은 에너지가 나오게 된다. 헬륨 원자핵이 생성되면서 줄어든 질량이 에너지로 변환하며 막대한 에너지가 나오는 것이다.

 

인공 태양을 만드는 데 있어 중요한 것은 태양에서처럼 핵융합 반응이 계속해서 일어나도록 고온의 플라스마 상태를 오랜 시간 유지하게 만드는 기술이 중요하다. 이번 연구의 성공으로 초고온의 플라스마 상태를 오랜 시간 유지하는 기술에서 우리나라가 앞서 있는 것으로 보인다. 인공 태양을 만드는 기술은 태양이 큰 에너지를 주는 것처럼 전기를 생산해 미래의 전력 생산에 활용될 수 있다. 

 

그리고 환경문제를 해결할 수도 있다. 고압전류로 인해 플라스마에서 발생하는 오존은 악취 성분을 분해하는 효과가 있어 에어컨, 공기청정기, 탈취제로 활용되고 자동차 배기가스를 줄이는 데 이용될 수 있어 환경문제를 개선하는 역할도 할 수 있을 것으로 기대된다.