Plasma thường được gọi là trạng thái thứ tư của vật chất, sau rắn, lỏng và khí. Nó là một loại khí bị ion hóa bao gồm các electron, ion tự do và các nguyên tử hoặc phân tử trung tính, thể hiện các đặc tính và thuộc tính đặc biệt. Plasma có nhiều ứng dụng rộng rải cho công nghiệp đến điều trị y tế và đóng một vai trò quan trọng trong nhiều khía cạnh khác nhau của đời sống con người. Vậy sau 200 năm phát hiện ra loại vật chất thứ 4 này, con người đã sử dụng chúng vào cuộc sống như thế nào ? 


Plasma nhiệt

Plasma nhiệt được đặc trưng bởi nhiệt độ cao, từ 10.000 K đến hơn 1 triệu K. Trong plasma nhiệt, các electron và các hạt nặng có mức năng lượng tương đương nhau, dẫn đến sự phân bố năng lượng tương đối đồng đều. Do năng lượng cao, plasma nhiệt được sử dụng rộng rãi trong xử lý vật liệu, chẳng hạn như hàn, cắt và phủ.
 

Đầu phát plasma tạo ra plasma nhiệt độ cao

Plasma nhiệt độ thấp hay còn gọi là Plasma lạnh có dải nhiệt độ thấp hơn so với plasma nhiệt. Ở loại này, electron sở hữu năng lượng cao hơn các ion và hạt trung tính. Plasma nhiệt độ thấp có ứng dụng trong xử lý môi trường, chẳng hạn như lọc không khí và nước, cũng như các phương pháp điều trị y tế, như chữa lành vết thương và điều trị ung thư.

Plasma Từ hóa là plasma bị giới hạn bởi từ trường, từ trường có thể điều khiển hành vi và tính chất của nó. Loại plasma này rất quan trọng đối với nghiên cứu phản ứng tổng hợp hạt nhân, vì nó cho phép các nhà khoa học kiểm soát và giam giữ plasma trong các thiết bị như tokamaks và Stellar. Plasma từ hóa cũng được tìm thấy trong các hiện tượng thiên văn, chẳng hạn như ánh sáng mặt trời và cực quang.

Plasma bụi, hay Plasma phức tạp (Plasma bụi là plasma chứa các hạt có kích thước micromet (10−6) đến nanomet (10−9) lơ lửng trong đó), chứa các vi hạt tích điện ngoài các thành phần plasma thông thường. Sự hiện diện của các hạt này ảnh hưởng đáng kể đến hành vi tập thể của plasma. Plasma bụi được tìm thấy trong các đám mây giữa các vì sao, các vòng hành tinh và đuôi sao chổi, cũng như trong môi trường phòng thí nghiệm để nghiên cứu động lực học của hạt và khả năng tự tổ chức.
Hình ảnh


Ứng dụng plasma trong đời sống con người

Plasma có tác động đáng kể đến nhiều khía cạnh khác nhau của đời sống con người, từ công nghệ và công nghiệp đến y học và bảo vệ môi trường. Ở đây, chúng ta đề cập một số ứng dụng quan trọng nhất.


Plasma trong công nghệ và công nghiệp
 

Plasma được ứng dụng trong công nghệ hàn

Công nghệ plasma đã cách mạng hóa nhiều quy trình ngành công nghiệp, mang lại hiệu quả, độ chính xác cao và tính linh hoạt. Một số ví dụ bao gồm:

Cắt và hàn plasma : Trạng thái năng lượng cao của plasma cho phép cắt và nối kim loại một cách chính xác, khiến nó trở thành một công cụ thiết yếu trong các ngành công nghiệp gia công và sản xuất kim loại.

Kỹ thuật bề mặt : Các kỹ thuật lắng đọng được hỗ trợ bằng plasma, chẳng hạn như lắng đọng hơi hóa học tăng cường plasma (PECVD), được sử dụng để tạo ra các màng mỏng và lớp phủ có đặc tính cụ thể, nâng cao hiệu suất của vật liệu trong các ứng dụng khác nhau, từ vi điện tử đến hàng không vũ trụ.


Plasma lạnh trong y học
 

Plasma lạnh giúp đẩy nhanh quá trình lành thương

Plasma trong y học là một lĩnh vực mới nổi, khai thác các đặc tính độc đáo của Plasma lạnh cho các ứng dụng y tế khác nhau, chẳng hạn như:

Chữa lành vết thương : Plasma lạnh có thể đẩy nhanh quá trình lành vết thương bằng cách thúc đẩy quá trình đông máu, giảm viêm và kích thích tăng trưởng tế bào.
Liệu pháp điều trị ung thư : Plasma lạnh có thể nhắm mục tiêu và tiêu diệt các tế bào ung thư một cách có chọn lọc, mang đến một giải pháp thay thế tiềm năng cho các phương pháp điều trị thông thường như hóa trị và xạ trị.


Plasma trong xử lý môi trường

Plasma lạnh đóng một vai trò quan trọng trong việc xử lý môi trường, cung cấp các giải pháp sáng tạo để lọc không khí và nước:

Lọc không khí : Plasma lạnh có thể phá vỡ và vô hiệu hóa các chất ô nhiễm có hại, chẳng hạn như các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) và oxit nitơ (NOx), khiến nó trở thành công nghệ đầy hứa hẹn để lọc không khí trong môi trường công nghiệp và đô thị.

Xử lý nước : Các kỹ thuật dựa trên plasma có thể phân hủy hiệu quả các chất gây ô nhiễm khác nhau trong nước, bao gồm mầm bệnh, hợp chất hữu cơ và kim loại nặng. Những phương pháp này có lợi do tiêu thụ năng lượng thấp và tạo ra các sản phẩm phụ có hại ở mức tối thiểu.


Plasma trong không gian và vật lý thiên văn

Plasma trong không gian là một khía cạnh cơ bản của vật lý thiên văn, vì nó là dạng vật chất nhìn thấy được nhiều nhất trong vũ trụ. Plasma tham gia vào nhiều hiện tượng thiên văn khác nhau và đóng vai trò then chốt trong sự hiểu biết của chúng ta về không gian:

Vật lý mặt trời: Plasma tạo nên lớp ngoài của mặt trời, quầng mặt trời, và là nguyên nhân gây ra các tia sáng mặt trời và sự phóng khối lượng ở vành nhật hoa. Những sự kiện này có thể tác động đến từ quyển Trái đất và dẫn đến bão địa từ, ảnh hưởng đến truyền thông vệ tinh và lưới điện.

Cực quang: Sự tương tác giữa plasma gió mặt trời với từ trường Trái đất tạo ra màn trình diễn ánh sáng ngoạn mục được gọi là cực quang, có thể nhìn thấy ở các vùng cực như Aurora Borealis (Ánh sáng phương Bắc) và Aurora Australis (Ánh sáng phương Nam)

Môi trường giữa các vì sao: Plasma là thành phần chính của môi trường giữa các vì sao, lấp đầy không gian giữa các ngôi sao. Nghiên cứu về plasma giữa các vì sao giúp các nhà thiên văn học hiểu được sự hình thành và tiến hóa của các thiên hà, ngôi sao và hệ hành tinh.


Những thách thức và triển vọng tương lai

Mặc dù plasma mang lại nhiều lợi ích và ứng dụng nhưng vẫn còn những thách thức cần giải quyết và cơ hội cho những tiến bộ trong tương lai:

Kiểm soát Plasma : Việc phát triển các phương pháp đáng tin cậy để kiểm soát và điều khiển các đặc tính của plasma là điều cần thiết để tối ưu hóa các ứng dụng của nó trong các lĩnh vực khác nhau, từ quy trình công nghiệp đến điều trị y tế.

Chẩn đoán và đo lường plasma: Cần có các công cụ chẩn đoán tiên tiến để hiểu rõ hơn về hoạt động và đặc điểm của plasma, mở đường cho những khám phá và ứng dụng mới.

Năng lượng được hỗ trợ bằng plasma: Khai thác plasma để sản xuất năng lượng bền vững, chẳng hạn như phản ứng tổng hợp hạt nhân, có thể cách mạng hóa ngành năng lượng và góp phần vào nỗ lực toàn cầu nhằm giảm phát thải khí nhà kính.

Tóm lại, plasma là một trạng thái vật chất linh hoạt và mạnh mẽ với nhiều ứng dụng và có tác động đáng kể đến đời sống con người. Bằng cách khám phá và hiểu sâu hơn về các đặc tính cũng như ứng dụng tiềm năng của plasma, chúng ta tiếp tục khám phá những tiến bộ công nghệ mới và cải thiện nhiều khía cạnh khác nhau của cuộc sống, từ quy trình công nghiệp và bảo vệ môi trường đến điều trị y tế và khám phá không gian.