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プラズマ切断

プラズマ切断とは、電極と切断材との間に発生させたアーク放電を動作ガスと拘束ノズルで熱的ピンチ効果をあたえ、得られた高温、高速流である高密度熱源を切断局所に集中させて溶断する方法です。そのエネルギー密度をさらに高める方法としては、アークプラズマの温度を高めるのが最も効果的です。アークプラズマには、これを周囲から冷却すると、緊縮して高温になる性質がありプラズマ切断方ではこの性質を利用して定常的な高温プラズマ流を発生させ、金属を切断しています。

プラズマとは正電気を帯びた粒子と負電気を帯びた電子とがほぼ同じ密度で、つまりほぼ電気的中性を保持して分布している粒子集団のことです。プラズマは荷電粒子と中性粒子とにより成り立ち、集団的ふるまいをします。物質の温度が上昇すると、固体から液体に、液体から気体に状態が変化します。この気体にエネルギーを加え温度をあげて気体中の分子を原子に解離し、そこからさらに温度をあげ原子をイオンと電子に電離することによってプラズマをつくることができます。プラズマが物理学に登場したのは1928年のことです。希薄気体放電管の陽光柱の部分をラングミューアがプラズマと呼びました。プラズマという言葉はその後、物理学において広く使われるようになりました。やがてプラズマが広い分野で重要な意義を持つことからが明らかになり、新しい研究分野として注目を浴びるように成りました。この端緒を開いたのがラングミューアということになります。プラズマが物理学に登場する以前にも、自然界にはプラズマがもちろん存在していました。宇宙全体で考えてみると、物質の99.9%以上はプラズマ状態です。

自然界のプラズマ現象、稲妻

例えば太陽は巨大なプラズマの固まりです。宇宙では地球のような冷たい固体のほうがまれなのです。ただし地球上ではプラズマ状態の物質はほとんどありません。なぜなら地球上では粒子密度が高く電離しにくいためです。しかし人類にとって自然界におけるプラズマはオーロラや稲妻としてとても身近なものです。我々にとってさらに身近なプラズマとしては、ほんのわずかしか電離していないのですが、蛍光灯やネオンランプ、ガスの炎などがあります。プラズマが実験室で安定につくられたのは、1835年のファラデイによります。その後、この電離気体が第４の物質状態であると表現されましたがまだ電離気体に対してプラズマという名称はありませんでした。1928年になってラングミュアがこの電離気体をプラズマと名付けましたが、その由来は不明です。
このようにプラズマという名称の誕生は混沌としていますが、プラズマの種類も多くあり複雑です。プラズマは核融合に用いる10億度の超高温プラズマからMHD発電に用いる3千度の燃焼プラズマまで各種のものがあります。プラズマは温度と密度によって性質が大きく異なります。これらのプラズマのうち、工業界では熱プラズマと低温プラズマを用いて物質を処理しています。

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