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In der Physik bezeichnet man als Plasma ein makroskopisches Vielteilchensystem, das insgesamt elektrisch neutral ist, aber so viele freie elektrische Ladungen enthält, dass deren elektromagnetische Wechselwirkung untereinander oder mit äußeren elektromagnetischen Feldern die Systemeigenschaften wesentlich bestimmt. Diese Definition erfasst vor allem ionisierte Gase, auf die der Begriff auch normalerweise angewandt (und oft auch leider beschränkt) wird. In dieser Arbeit richtet sich das Interesse auch hauptsächlich den gasförmigen Plasmen. Plasmaphysik und deren Methoden können sich aber auch auf andere Gebiete beziehen, wie zum Beispiel Halbleiter, Elektrolytlösungen oder metallische Leiter.
Um ein gasförmiges Plasma zu erzeugen, muss genügend Energie zugeführt werden, damit eine messbare Anzahl von Neutralatomen ionisiert wird. Ein Plasma ist dann ein Gemisch aus Neutralteilchen, freien Elektronen und Ionen. Im Plasma treten dann je nach der mittleren kinetischen Energie dieser Teilchen ein- oder mehrfachgeladene Ionen auf. Bei einer hohen Energie besteht ein Plasma aus "nackten" Atomkernen und Elektronen (bei einer noch höheren Energiezufuhr können Atomkerne gesprengt oder verschmolzen werden Kernfusion). Der Ionisationsprozess darf nicht als eine typische Plasmaeigenschaft angesehen werden, obwohl in vielen Fällen damit die Aufheizung auf eine hohe Temperatur gemeint ist. Es ist auch zu beachten, ob der Temperaturbegriff für das bestimmte Plasma relevant ist oder nicht.
Die meisten Plasmaeigenschaften hängen stark von den Anzahldichten der Plasmateilchen (vor allem der Elektronen) und ihren Energien bzw. der Temperatur - sofern diese definierbar ist - ab. In der Plasmaphysik gibt es eine ganze Reihe von Kriterien, nach denen sich Plasmen untergliedern lassen. So unterscheidet man beispielsweise Hochtemperaturplasmen von Niedrigtemperaturplasmen. Im Gegensatz zu Systemen mit hohen Temperaturen bestehen Niedrigtemperaturplasmen nicht einheitlich aus Ionen und Elektronen, sondern vielmehr aus einer Mischung von Ionen, Elektronen und noch intakten Atomen bzw. Molekülen. Weitere Unterscheidungskriterien sind z. B. der Druck oder die Elektronenkonzentration. Um die entsprechenden Zusammenhänge zu untersuchen, werden Plasmaparameter mit Methoden der Plasmadiagnostik gemessen. Bei vielen Laborplasmen, vor allem Hochenergieplasmen, die Lebensdauern von nur Milli- bis zu Nanosekunden haben, sind solche Messungen schwierig, zumal wenn sie zeitaufgelöst vorgenommen werden müssen. Die meisten Plasmaparameter können nur indirekt bestimmt werden. Vielfach eingesetzt wird die spektroskopische Untersuchung der vom Plasma emittierten (auch der absorbierten oder gestreuten) elektromagnetischen Strahlung, weil dies oft die einzige Messmethode ohne nachhaltige Störung des zu untersuchenden Plasmas darstellt. Plasmen können zur Herstellung von Lichtquellen verwendet werden, da man eine optische Strahlung von Plasmen erreichen kann.
Plasmen lassen sich nach ihren Elektronendichten (bzw. -anzahl) und ihren Temperaturen klassifizieren. Die Elektronendichte ne wird meistens in ne/m-3 angegeben. Zunächst einmal unterteilt man sie in relativistische (>108 K) und nichtrelativistische ( |
