실용화되고 있는 플라스마

요즘 플라스마라는 말만큼 급속히 일반화된 용어는 없다. 신문이나 TV를 비롯하여 과학 소설의 세계에까지 등장하고 있는 것이다. 핵융합에는 플라스마가 쓰이며, 그밖에 공업면에서도 플라스마의 사용률은 높아져 우리에게 점점 낯익은 용어가 되고 있다. 그렇다면 플라스마란 무엇일까. 네온 램프나 수은 방전관 중의 전리기체를 플라스마라고 부르게 된 것은 금세기 초부터 였는데, 플라스마는 흔히 제4의 물질 상태라고도 한다.

일반적으로 물질은 물질의 3태(態)라고 일컬어지는 고체·액체·기체의 세 가지 형태를 취하고 있다는 것은 옛부터 잘 알려져 있었다. 플라스마란 이 3개의 상태에 이어 ‘제4의 물질 상태’로 알려지게 된 것이다.

태양이나 항성과 같은 고온의 천체에서는 물질은 전리해서 전자와 이온이 흩어진 상태로 혼합되어 존재하고 있으며, 이러한 상태를 플라스마라고 한다.
그 때문에 우주 전체로 보면 물질의 99.9% 이상이 플라스마 상태로 되어 있으리라고 추측되고 있는 것이다. 오히려 지구나 행성의 표면 상태가 예외적인 것으로 볼 수 있다.

플라스마에 대한 일반의 관심은 핵융합로(核融合爐)의 가능성과 관련이 되면서부터 급격히 높아지고 있지만, 실은 꽤 오래 전부터 실용화되어 왔다.
주변의 예로는 앞서 말한 네온 램프나 수은 등 따위가 기체 플라스마의 글로우 방전을 이용한 것이다.

 

 

최근 개발되어 실용화 보급 단계에 있는 것에 플라스마제트가 있다.

위의 그림에서 보듯이 음극에서 나온 아크는 양극에 뚫린 구멍을 통해서 외부로 나오도록 되어 있다. 그때 가스는 용기의 내벽을 따라 흘려서 아크의 주위를 돌아 흐르도록 되어 있는데, 이 가스의 흐름에 의해 아크의 외벽이 냉각되어 측면에의 열손실이 적어짐과 동시에 외측의 전기전도율이 내려가서 전류는 더욱 더 중앙부로 집중하게 된다.

이 플라스마제트의 중앙부 온도는 약 2만。C로 이를 이용하면 금속가공이 가능하다.
종래 가스불꽃으로는 용접이나 절단이 불가능했던 융점이 높은 금속, 이를테면 텅스텐이나 몰리브덴, 카본 등의 가공도 이 플라스마제트에 의해 가능하게 된 것이다.

이 플라스마를 대규모로 하여 고속으로 발사시켜 우주추진용 로켓에 이용하는 것도 가능한데 플라스마원(源)으로는 질소 가스 등이 고려되고 있다.
플라스마로켓은 중력이 약한 행성 간 공간항행(空間航行)에 대단히 적합한 것으로 기대를 모으고 있다.

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 실용화되고 있는 플라스마