प्लाज्मा (भौतिकी)

प्लाज़्मा (प्राचीन ग्रीक πλάσμα (प्लाज़्मा) 'मोल्डेबल पदार्थ' से) पदार्थ की चार मौलिक अवस्थाओं में से एक है, जो आयनों या इलेक्ट्रॉनों के किसी भी संयोजन में आवेशित कणों के महत्वपूर्ण भाग की उपस्थिति की विशेषता है। यह ब्रह्मांड में सामान्य पदार्थ का सबसे प्रचुर रूप है, जो ज्यादातर सूर्य सहित सितारों से जुड़ा हुआ है। असाधारण अंत:समूह माध्यम और संभवतः अंतरिक्ष क्षेत्रों तक विस्तार, प्लाज्मा को उदासीन गैस को गर्म करके या दृढ़ विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के अधीन करके कृत्रिम रूप से उत्पन्न किया जा सकता है।

आवेशित कणों की उपस्थिति प्लाज्मा को विद्युतीय रूप से प्रवाहकीय बनाती है, व्यक्तिगत कणों की गतिशीलता और सामूहिक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों द्वारा नियंत्रित मैक्रोस्कोपिक प्लाज्मा गति और बाह्य रूप से लागू क्षेत्रों के प्रति बहुत संवेदनशील होती है। विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों में प्लाज्मा की प्रतिक्रिया का उपयोग कई आधुनिक उपकरणों और तकनीकों में किया जाता है, जैसे कि प्लाज्मा टेलीविज़न या प्लाज्मा उत्कीर्णन।

तापमान और घनत्व के आधार पर, उदासीन कणों की एक निश्चित संख्या भी उपस्थित हो सकती है, इस स्थिति में प्लाज्मा को आंशिक रूप से आयनित कहा जाता है। नियॉन संकेत और बिजली आंशिक रूप से आयनित प्लास्मा के उदाहरण हैं। पदार्थ की अन्य तीन अवस्थाओं के बीच प्रावस्था संक्रमणों के विपरीत, प्लाज्मा में संक्रमण अच्छी तरह से परिभाषित नहीं है और यह व्याख्या और संदर्भ का विषय है। किसी पदार्थ को 'प्लाज्मा' कहने के लिए आयनीकरण की दी गई डिग्री पर्याप्त है या नहीं, यह उस विशिष्ट घटना पर निर्भर करता है, जिस पर विचार किया जा रहा है।

प्रारंभिक इतिहास
प्लाज़्मा की पहचान सर्वप्रथम प्रयोगशाला में सर विलियम क्रुक्स ने की थी। क्रूक्स ने शुक्रवार, 22 अगस्त 1879 को शेफ़ील्ड में ब्रिटिश एसोसिएशन फॉर द एडवांसमेंट ऑफ़ साइंस में "विकिरणी पदार्थ" नामक एक व्याख्यान प्रस्तुत किया। प्लाज्मा का व्यवस्थित अध्ययन 1920 के दशक में इरविंग लैंगमुइर और उनके सहयोगियों के शोध से प्रारम्भ हुआ। लैंगमुइर ने 1928 में आयनीकृत गैस के विवरण के रूप में "प्लाज्मा" शब्द का परिचय दिया था-

"इलेक्ट्रोड के पास के अतिरिक्त, जहां बहुत कम इलेक्ट्रॉनों वाले आवरण होते हैं, आयनित गैस में लगभग समान संख्या में आयन और इलेक्ट्रॉन होते हैं, जिससे परिणामी अंतरिक्ष आवेश बहुत छोटा होता है। हम आयनों और इलेक्ट्रॉनों के संतुलित आवेश वाले इस क्षेत्र का वर्णन करने के लिए प्लाज्मा नाम का उपयोग करेंगे।"

लेवी टोंक्स और हेरोल्ड मॉट-स्मिथ, दोनों ने 1920 के दशक में लैंगमुइर के साथ काम किया था, स्मरण करते हैं कि लैंगमुइर ने प्रथम बार रक्त प्लाज्मा के अनुरूप इस शब्द का उपयोग किया था। मॉट-स्मिथ स्मरण करते हैं, विशेष रूप से, कि तापायनिक तंतुओं से इलेक्ट्रॉनों के परिवहन ने लैंगमुइर को स्मरण दिलाया "जिस तरह से रक्त प्लाज्मा लाल और सफेद कणिकाओं और रोगाणुओं को वहन करता है।"

पदार्थ की चतुर्थ अवस्था
ठोस, द्रव और गैस के बाद प्लाज्मा को पदार्थ की चतुर्थ अवस्था कहते हैं।  यह पदार्थ की अवस्था है जिसमें आयनित पदार्थ इस हद तक विद्युत प्रवाहकीय हो जाता है कि उसके व्यवहार पर लंबी दूरी के विद्युत और चुंबकीय क्षेत्र प्रभुत्व रखते हैं।

प्लाज़्मा प्रायः अबाध धनात्मक और ऋणात्मक कणों (अर्थात प्लाज्मा का कुल आवेश लगभग शून्य होता है) का विद्युत रूप से अर्धउदासीन माध्यम होता है। हालांकि ये कण अबाध हैं, वे बलों का अनुभव न करने के अर्थ में "मुक्त" नहीं हैं। गतिमान आवेशित कण विद्युत धाराएँ उत्पन्न करते हैं, और आवेशित प्लाज्मा कण की कोई भी गति अन्य आवेशों द्वारा निर्मित क्षेत्रों को प्रभावित और प्रभावित करती है। बदले में, यह भिन्नता के कई स्तरों के साथ सामूहिक व्यवहार को नियंत्रित करता है।

प्लाज़्मा पदार्थ की अन्य अवस्थाओं से भिन्न होता है। विशेष रूप से, कम घनत्व वाले प्लाज्मा को केवल "आयनीकृत गैस" के रूप में वर्णित करना गलत और भ्रामक है, भले ही यह गैस प्रावस्था के समान हो, जिसमें दोनों का कोई निश्चित आकार या आयतन नहीं है। निम्न तालिका कुछ प्रमुख अंतरों को संक्षेप में प्रस्तुत करती है-

आदर्श प्लाज्मा
तीन कारक एक आदर्श प्लाज्मा को परिभाषित करते हैं-
 * प्लाज्मा सन्निकटन- प्लाज्मा सन्निकटन तब लागू होता है जब प्लाज्मा पैरामीटर Λ, डेबी क्षेत्र के भीतर आवेश वाहकों की संख्या का प्रतिनिधित्व करता है, जो एकता से बहुत अधिक है। यह आसानी से दिखाया जा सकता है कि यह मानदंड प्लाज्मा स्थिरवैद्युत और तापीय ऊर्जा घनत्व के अनुपात की लघुता के बराबर है। ऐसे प्लाज़्मा को दुर्बल युग्मित कहा जाता है।
 * बल्क पारस्परिक क्रियाएं- डेबी की लंबाई प्लाज्मा के भौतिक आकार की तुलना में बहुत कम है। इस मानदंड का अर्थ है कि प्लाज़्मा के बल्क में होने वाली अन्योन्यक्रियाएँ इसके किनारों की तुलना में अधिक महत्वपूर्ण हैं, जहाँ सीमा प्रभाव हो सकते हैं। जब यह मानदंड पूरा हो जाता है, तो प्लाज्मा अर्धउदासीन होता है।
 * संघट्टनहीनता- इलेक्ट्रॉन प्लाज्मा आवृत्ति (इलेक्ट्रॉनों के प्लाज्मा दोलनों को मापना) इलेक्ट्रॉन-उदासीन संघट्ट आवृत्ति की तुलना में बहुत अधिक है। जब यह स्थिति मान्य होती है, तो स्थिरवैद्युत पारस्परिक क्रियाएँ सामान्य गैस गतिकी की प्रक्रियाओं पर प्रभुत्व हो जाती हैं। इस तरह के प्लाज़्मा को संघट्टहीनता कहा जाता है।

गैर-उदासीन प्लाज्मा
विद्युत बल की शक्ति और सीमा और प्लास्मा की अच्छी चालकता प्रायः यह सुनिश्चित करती है कि किसी भी बड़े क्षेत्र में धनात्मक और ऋणात्मक आवेशों का घनत्व बराबर ("अर्धउदासीनता") हो। आवेश घनत्व के महत्वपूर्ण अतिरिक्त के साथ प्लाज्मा, या, अत्यधिक स्थितियों में, एक ही प्रजाति से बना होता है, इसे गैर-उदासीन प्लाज्मा कहा जाता है। ऐसे प्लाज्मा में, विद्युत क्षेत्र प्रमुख भूमिका निभाते हैं। उदाहरण आवेशित कण किरणें, पेनिंग ट्रैप और पॉज़िट्रॉन प्लास्मा में इलेक्ट्रॉन क्लाउड हैं।

धूसर प्लाज्मा
धूसर प्लाज्मा में धूल के छोटे आवेशित कण (प्रायः अंतरिक्ष में पाए जाते हैं) होते हैं। धूल के कण उच्च आवेश प्राप्त करते हैं और एक दूसरे के साथ परस्पर क्रिया करते हैं। प्लाज्मा जिसमें बड़े कण होते हैं उसे कण प्लाज्मा कहा जाता है। प्रयोगशाला परिस्थितियों में, धूसर प्लाज़्मा को जटिल प्लाज़्मा भी कहा जाता है।

घनत्व और आयनीकरण की डिग्री
प्लाज्मा के अस्तित्व के लिए, आयनीकरण आवश्यक है। "प्लाज्मा घनत्व" शब्द प्रायः इलेक्ट्रॉन घनत्व $$n_e$$ को संदर्भित करता है, अर्थात, प्रति इकाई आयतन में आवेश-योगदान करने वाले इलेक्ट्रॉनों की संख्या। आयनीकरण $$\alpha$$ की डिग्री को आयनित होने वाले उदासीन कणों के अंश के रूप में परिभाषित किया गया है-$$\alpha = \frac{n_i}{n_i + n_n},$$जहाँ $$n_i$$ आयन घनत्व है और $$n_n$$ उदासीन घनत्व (प्रति इकाई आयतन में कणों की संख्या में) है। पूरी तरह से आयनित पदार्थ की स्थिति में, $$\alpha = 1$$। प्लाज्मा की अर्धउदासीनता के कारण, इलेक्ट्रॉन और आयन घनत्व $$n_e = \langle Z_i\rangle n_i$$ से संबंधित होते हैं, जहां $$\langle Z_i\rangle$$ औसत आयन आवेश (प्राथमिक आवेश की इकाइयों में) होता है।

तापमान
प्लाज्मा तापमान, जिसे प्रायः केल्विन या इलेक्ट्रॉनवोल्ट में मापा जाता है, प्रति कण तापीय गतिज ऊर्जा का एक माप है। आयनीकरण को बनाए रखने के लिए आमतौर पर उच्च तापमान की आवश्यकता होती है, जो कि प्लाज्मा की परिभाषित विशेषता है। प्लाज्मा आयनीकरण की डिग्री आयनीकरण ऊर्जा (और घनत्व से अधिक कमजोर) के सापेक्ष इलेक्ट्रॉन तापमान द्वारा निर्धारित की जाती है। तापीय साम्यावस्था में संबंध साहा समीकरण द्वारा दिया जाता है। कम तापमान पर, आयन और इलेक्ट्रॉन बंधी हुई अवस्थाओं-परमाणुओं में पुनर्संयोजित होते हैं और प्लाज्मा अंततः गैस बन जाएगा।

ज्यादातर स्थितियों में, इलेक्ट्रॉनों और भारी प्लाज्मा कणों (आयनों और उदासीन परमाणुओं) में अलग-अलग अपेक्षाकृत अच्छी तरह से परिभाषित तापमान होता है अर्थात्, उनका ऊर्जा वितरण कार्य प्रबल विद्युत या चुंबकीय क्षेत्र की उपस्थिति में भी मैक्सवेलियन के निकट होता है। हालांकि, इलेक्ट्रॉनों और आयनों के द्रव्यमान में बड़े अंतर के कारण, उनका तापमान भिन्न हो सकता है, कभी-कभी बहुत अधिक। यह विशेष रूप से कमजोर आयनित तकनीकी प्लास्मा में सामान्य है, जहां आयन प्रायः परिवेश के तापमान के निकट होते हैं जबकि इलेक्ट्रॉन हजारों केल्विन तक पहुंचते हैं। विपरीत स्थिति z-पिंच प्लाज्मा है जहां आयन का तापमान इलेक्ट्रॉनों से अधिक हो सकता है।

प्लाज्मा क्षमता
चूँकि प्लाज़्मा बहुत अच्छे विद्युत चालक होते हैं, इसलिए विद्युत विभव महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। आवेशित कणों के बीच अंतरिक्ष में औसत क्षमता, इसे मापने के तरीके से स्वतंत्र, "प्लाज्मा क्षमता" या "अंतरिक्ष क्षमता" कहा जाता है। यदि इलेक्ट्रोड को प्लाज्मा में डाला जाता है, तो इसकी क्षमता प्रायः प्लाज्मा की क्षमता से काफी कम होती है, जिसे डेबी शीथ कहा जाता है। प्लाज्मा की अच्छी विद्युत चालकता विद्युत क्षेत्र को बहुत छोटा कर देती है। इसका परिणाम "अर्धउदासीनता" की महत्वपूर्ण अवधारणा के रूप में सामने आता है। जो कहता है कि ऋणात्मक आवेशों का घनत्व प्लाज्मा की बड़ी मात्रा ($$n_e = \langle Z\rangle n_i$$) पर धनात्मक आवेशों के घनत्व के लगभग बराबर होता है, लेकिन डिबाई लंबाई के पैमाने पर, आवेश असंतुलन हो सकता है। विशेष स्थितियों में जब दोहरी परतें बनती हैं, आवेश पृथक्करण कुछ दसियों डिबाई लंबाई का विस्तार कर सकता है। विभवों और विद्युत क्षेत्रों के परिमाण को केवल शुद्ध आवेश घनत्व ज्ञात करने के अलावा अन्य माध्यमों से निर्धारित किया जाना चाहिए। सामान्य उदाहरण यह मान लेना है कि इलेक्ट्रॉन बोल्ट्जमैन संबंध को संतुष्ट करते हैं- $$n_e \propto e^{e\Phi/k_BT_e}.$$इस संबंध को विभेदित करने से घनत्व से विद्युत क्षेत्र की गणना करने का एक साधन प्रदान करता है-$$\vec{E} = (k_BT_e/e)(\nabla n_e/n_e).$$ऐसे प्लाज्मा का उत्पादन संभव है जो अर्धउदासीन नहीं है। इलेक्ट्रॉन किरण, उदाहरण के लिए, केवल ऋणात्मक आवेश होता है। गैर-उदासीन प्लाज्मा का घनत्व प्रायः बहुत कम होना चाहिए, या यह बहुत छोटा होना चाहिए, अन्यथा, यह प्रतिकारक स्थिरवैद्युत बल द्वारा नष्ट हो जाएगा।

चुम्बकत्व
आवेशित कणों के अस्तित्व के कारण प्लाज़्मा उत्पन्न होता है, और चुंबकीय क्षेत्रों से प्रभावित होता है। आवेशित कणों की गति को प्रभावित करने के लिए पर्याप्त मजबूत चुंबकीय क्षेत्र वाले प्लाज्मा को चुंबकीय कहा जाता है। सामान्य मात्रात्मक मानदंड यह है कि कण संघटन करने से पहले चुंबकीय-क्षेत्र रेखा के चारों ओर औसतन कम से कम एक परिभ्रमण पूरा करता है, अर्थात, $$\nu_{\mathrm{ce}} / \nu_{\mathrm{coll}} > 1$$, जहां $$\nu_{\mathrm{ce}}$$ इलेक्ट्रॉन पभ्रिमण आवृत्ति है और $$\nu_{\mathrm{coll}}$$ इलेक्ट्रॉन संघटन दर है। प्रायः ऐसा होता है कि इलेक्ट्रॉन चुंबकित होते हैं जबकि आयन नहीं होते है। चुंबकीय प्लास्मा गैरसमतापी हैं, जिसका अर्थ है कि चुंबकीय क्षेत्र के समानांतर दिशा में उनके गुण इसके लंबवत से भिन्न होते हैं। जबकि प्लाज्मा उच्च चालकता के कारण प्लाज़्मा में विद्युत क्षेत्र प्रायः छोटे होते हैं, चुंबकीय क्षेत्र $$\mathbf{B}$$ में वेग $$\mathbf{v}$$ के साथ गतिमान प्लाज्मा से जुड़े विद्युत क्षेत्र को सामान्य लोरेंत्ज़ सूत्र $$\mathbf{E} = -\mathbf{v}\times\mathbf{B}$$ द्वारा दिया जाता है, और डेबी परिरक्षण से प्रभावित नहीं होता है।

गणितीय विवरण


प्लाज्मा की स्थिति का पूरी तरह से वर्णन करने के लिए, प्लाज्मा क्षेत्र में विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र का वर्णन करने वाले सभी कण स्थानों और वेगों को लिखने की आवश्यकता होगी। हालांकि, प्लाज्मा में सभी कणों का ट्रैक रखना प्रायः व्यावहारिक या आवश्यक नहीं है। इसलिए, प्लाज्मा भौतिक विज्ञानी प्रायः कम विस्तृत विवरणों का उपयोग करते हैं, जिनमें से दो मुख्य प्रकार हैं-

द्रव मॉडल
द्रव मॉडल समकृत मात्राएँ के संदर्भ में प्लाज्मा का वर्णन करते हैं, जैसे घनत्व और प्रत्येक स्थिति के आसपास औसत वेग (प्लाज्मा पैरामीटर देखें)। साधारण द्रव मॉडल, चुम्बक द्रवगतिकी, प्लाज्मा को मैक्सवेल के समीकरणों और नेवियर-स्टोक्स समीकरणों के संयोजन द्वारा नियंत्रित एकल तरल पदार्थ के रूप में मानता है। एक अधिक सामान्य विवरण दो-द्रव प्लाज्मा है, जहां आयनों और इलेक्ट्रॉनों को अलग-अलग वर्णित किया गया है। द्रव मॉडल प्रायः सटीक होते हैं जब प्लाज्मा वेग वितरण को मैक्सवेल-बोल्ट्ज़मैन वितरण के समीप रखने के लिए संपार्श्विकता पर्याप्त रूप से उच्च होती है। क्योंकि द्रव मॉडल प्रायः प्रत्येक स्थानिक स्थान पर एक निश्चित तापमान पर एकल प्रवाह के संदर्भ में प्लाज्मा का वर्णन करते हैं, वे न तो वेग अंतरिक्ष संरचनाओं जैसे बीम या दोहरी परतों पर कब्जा कर सकते हैं, न ही तरंग-कण प्रभावों को हल कर सकते हैं।

गतिज मॉडल
गतिज मॉडल प्लाज्मा में प्रत्येक बिंदु पर कण वेग वितरण फलन का वर्णन करते हैं और इसलिए मैक्सवेल-बोल्ट्जमैन वितरण को ग्रहण करने की आवश्यकता नहीं है। संघट्ट रहित प्लाज़्मा के लिए गतिज विवरण प्रायः आवश्यक होता है। प्लाज्मा के गतिज विवरण के लिए दो सामान्य दृष्टिकोण हैं। वेग और स्थिति में ग्रिड पर सुचारू वितरण फलन का प्रतिनिधित्व करने पर आधारित है। अन्य, जिसे पार्टिकल-इन-सेल (PIC) तकनीक के रूप में जाना जाता है, में बड़ी संख्या में अलग-अलग कणों के प्रक्षेपवक्र का पालन करके गतिज जानकारी सम्मिलित है। द्रव मॉडल की तुलना में गतिज मॉडल प्रायः अधिक कम्प्यूटेशनल रूप से गहन होते हैं। व्लासोव समीकरण का उपयोग विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के साथ परस्पर क्रिया करने वाले आवेशित कणों की प्रणाली की गतिशीलता का वर्णन करने के लिए किया जा सकता है। चुम्बकीय प्लाज्मा में, जाइरोकाइनेटिक दृष्टिकोण पूरी तरह से गतिज अनुकरण के कम्प्यूटेशनल खर्च को काफी हद तक कम कर सकता है।

प्लाज्मा विज्ञान और प्रौद्योगिकी
प्लाज्मा प्लाज्मा विज्ञान या प्लाज्मा भौतिकी के शैक्षणिक क्षेत्र के अध्ययन का उद्देश्य है, जिसमें अंतरिक्ष प्लाज्मा भौतिकी जैसे उप-विषय भी सम्मिलित हैं। इसमें वर्तमान में कई पत्रिकाओं में सक्रिय अनुसंधान और विशेषताओं के निम्नलिखित क्षेत्र सम्मिलित हैं, जिनकी रुचि में सम्मिलित हैं-

प्लाज़्मा प्रकृति में विभिन्न रूपों और स्थानों में प्रकट हो सकता है, जिसका सारांश निम्नलिखित तालिका में दिया गया है-
 * प्लाज्मा सिद्धांत*
 * प्लाज्मा संतुलन और स्थिरता
 * तरंगों और बीमों के साथ प्लाज्मा की अन्योन्य क्रियाएं
 * मार्गदर्शक केंद्र
 * रुद्धोष्म अपरिवर्तनीय
 * डेबी शीथ
 * कूलॉम संघट्टन
 * प्रकृति में प्लाज़्मा
 * खगोलभौतिक प्लाज्मा
 * उत्तरी और दक्षिणी (ध्रुवीय) प्रकाश
 * पृथ्वी का आयनमंडल
 * अंतर्ग्रहीय माध्यम
 * ग्रहीय चुंबकमंडल
 * अंतरिक्ष प्लाज्मा
 * औद्योगिक प्लाज़्मा
 * प्लाज्मा रसायन
 * प्लाज्मा प्रसंस्करण
 * प्लाज्मा स्प्रे
 * प्लाज्मा प्रदर्श
 * प्लाज्मा स्रोत
 * धूसर प्लाज़्मा
 * प्लाज्मा निदान
 * थॉमसन प्रकीर्णन
 * लैंगमुइर जांच
 * बॉल पेन जांच
 * फैराडे कप
 * स्पेक्ट्रोस्कोपी
 * व्यतिकरणमिति
 * आयनमंडलीय ताप
 * असंगत प्रसार रडार
 * प्लाज्मा अनुप्रयोग
 * परावैद्युत रोधक निर्वहन
 * बढ़ी हुए तेल की पुनर्प्राप्ति
 * संलयन शक्ति
 * प्लाज्मा प्रवर्तक (जैसे सर्पिल ज्यामिति प्लाज्मा प्रर्वतक)
 * चुंबकीय संलयन ऊर्जा (एमएफई) -
 * टोकामक
 * तारकीय यंत्र
 * उत्क्रमित क्षेत्र पिंच
 * चुंबकीय दर्पण
 * घने प्लाज्मा फोकस
 * जड़त्वीय परिरोधन संलयन (आईसीएफ)
 * प्लाज्मा हथियार
 * आयन प्रत्यारोपण
 * आयन प्रक्षेपक
 * एमएजीपीआईई (MAGPIE) (अन्तःस्फोट प्रयोग)
 * प्लाज्मा राख
 * स्पार्क-प्रज्वलन इंजन- प्लाज्मा में व्यापक-अग्रभाग मल्टी-चैनल निर्वहन के साथ एकल बिंदु (स्पार्क प्लग से) पर प्रज्वलन को बढ़ाना।
 * खाद्य प्रसंस्करण
 * गैर-तापीय प्लाज्मा या "शीत प्लाज्मा"
 * प्लाज्मा आर्क अपशिष्ट निपटान, पुनर्चक्रण।
 * प्लाज्मा त्वरण
 * प्लाज्मा औषधि (उदाहरण के लिए दंत चिकित्सा) )
 * प्लाज्मा विंडो

अंतरिक्ष और खगोल विज्ञान
द्रव्यमान और आयतन दोनों के हिसाब से प्लाज्मा ब्रह्मांड में सामान्य पदार्थ का अब तक का सबसे सामान्य चरण है।

पृथ्वी की सतह के ऊपर, आयनमंडल एक प्लाज़्मा है, और चुंबकमंडल में प्लाज़्मा होता है। हमारे सौर मंडल के भीतर, अंतर्ग्राहिक स्थान सौर वायु के माध्यम से निष्कासित प्लाज्मा से भरा हुआ है, जो सूर्य की सतह से हेलिओपॉज तक फैला हुआ है। इसके अलावा, सभी दूर के तारे, और बहुत से अंतर्तारकीय स्थान या अंतरामंदाकिनीय आकाश भी प्लाज्मा से भरे होने की संभावना है, यद्यपि बहुत कम घनत्व पर। खगोलभौतिक प्लाज्मा को तारों या सफेद बौनों, न्यूट्रॉन तारें या ब्लैक होल जैसी सघन वस्तुओं के आसपास अभिवृद्धि डिस्क में बाइनरी स्टार सिस्टम में भी देखा जाता है। प्लाज्मा खगोलभौतिक जेट्स में पदार्थ की अस्वीकृति से जुड़ा हुआ है, जो ब्लैक होल में वृद्धि या M87 के जेट जैसी सक्रिय आकाशगंगाओं में देखा गया है जो संभवतः 5,000 प्रकाश-वर्ष तक फैला हुआ है।

कृत्रिम प्लाज़्मा
अधिकांश कृत्रिम प्लाज़मा गैस के माध्यम से विद्युत और/या चुंबकीय क्षेत्र के अनुप्रयोग द्वारा उत्पन्न होते हैं। प्रयोगशाला सेटिंग में और औद्योगिक उपयोग के लिए उत्पन्न प्लाज्मा को प्रायः निम्न द्वारा वर्गीकृत किया जा सकता है-
 * प्लाज्मा-डीसी (DC), एसी (AC) (प्रायः रेडियो आवृति (आरएफ) के साथ) और माइक्रोवेव उत्पन्न करने के लिए प्रयुक्त बिजली स्रोत का प्रकार
 * वे जिस दाब पर काम करते हैं—निर्वात दाब (< 10 mTorr or 1 Pa), मध्यम दाब (≈1 Torr or 100 Pa), वायुमंडलीय दाब (760 Torr or 100 kPa)
 * प्लाज्मा के भीतर आयनीकरण की डिग्री - पूरी तरह से, आंशिक रूप से या दुर्बल रूप से आयनित
 * प्लाज्मा-तापीय प्लाज्मा ($$T_e = T_i = T_{gas}$$), गैर-तापीय या "अतप्त" प्लाज्मा ($$T_e \gg T_i = T_{gas}$$) के भीतर तापमान संबंध
 * प्लाज्मा उत्पन्न करने के लिए प्रयुक्त इलेक्ट्रोड विन्यास
 * प्लाज्मा के भीतर कणों का चुम्बकत्व- चुम्बकित (आयन और इलेक्ट्रॉन दोनों चुंबकीय क्षेत्र द्वारा लार्मर कक्षाओं में फंसे हुए हैं), आंशिक रूप से चुम्बकित (इलेक्ट्रॉनों लेकिन आयनों को चुंबकीय क्षेत्र द्वारा नहीं फँसाया जाता है), गैर-चुम्बकीय (चुंबकीय क्षेत्र कक्षाओं में कणों को फँसाने के लिए बहुत दुर्बल है लेकिन लोरेन्ट्ज़ बल उत्पन्न कर सकता है)

कृत्रिम प्लाज्मा का निर्माण
प्लाज्मा के अनेक उपयोगों की तरह इसके उत्पादन के भी कई साधन हैं। हालांकि, उन सभी के लिए सिद्धांत समान है- इसे उत्पन्न करने और बनाए रखने के लिए ऊर्जा का निवेश होना चाहिए। इस स्थिति के लिए, प्लाज्मा तब उत्पन्न होता है जब विद्युत प्रवाह को परावैद्युत गैस या द्रव (विद्युत गैर-संचालन पदार्थ) में लागू किया जाता है जैसा कि आसन्न चित्र में देखा जा सकता है, जो निर्वहन नलिका को साधारण उदाहरण (डीसी (DC) सरलता के लिए प्रयुक्त होता है) के रूप में दिखाता है।

संभावित अंतर और बाद के विद्युत क्षेत्र बाध्य इलेक्ट्रॉनों (ऋणात्मक) को एनोड (धनात्मक इलेक्ट्रोड) की ओर खींचते हैं जबकि कैथोड (ऋणात्मक इलेक्ट्रोड) नाभिक को खींचते हैं। जैसे-जैसे वोल्टेज बढ़ता है, विद्युत प्रवाह पदार्थ (विद्युत ध्रुवीकरण द्वारा) को उसकी परावैद्युत सीमा (शक्ति कहा जाता है) से परे बिजली के टूटने के चरण में विद्युत स्पार्क द्वारा चिह्नित किया जाता है, जहां पदार्थ विसंवाहक से चालक (क्योंकि यह तेजी से आयनित हो जाता है) में परिवर्तित हो जाता है। अंतर्निहित प्रक्रिया टाउनसेंड हिमस्खलन है, जहां इलेक्ट्रॉनों और तटस्थ गैस परमाणुओं के बीच टकराव अधिक आयनों और इलेक्ट्रॉनों का निर्माण करते हैं (जैसा कि दाईं ओर की आकृति में देखा जा सकता है)। एक परमाणु पर इलेक्ट्रॉन का पहला प्रभाव एक आयन और दो इलेक्ट्रॉनों के रूप में होता है। इसलिए, आवेशित कणों की संख्या तेजी से (लाखों में) केवल "संघटन के लगभग 20 क्रमिक सेटों के बाद" बढ़ जाती है, मुख्य रूप से छोटे से मुक्त पथ (संघटनों के बीच की औसत दूरी) के कारण।

विद्युत चाप
पर्याप्त वर्तमान घनत्व और आयनीकरण के साथ, यह इलेक्ट्रोड के बीच चमकदार विद्युत चाप (बिजली के समान सतत विद्युत निर्वहन) बनाता है। सतत विद्युत चाप के साथ विद्युत प्रतिरोध ऊष्मा पैदा करता है, जो अधिक गैस अणुओं को अलग करता है और परिणामी परमाणुओं को आयनित करता है (जहां आयनीकरण की डिग्री तापमान द्वारा निर्धारित की जाती है), और अनुक्रम के अनुसार: ठोस-तरल-गैस-प्लाज्मा, गैस धीरे-धीरे थर्मल प्लाज्मा में बदल जाती है। ऐसा इसलिए है क्योंकि जब तापीय प्लाज़्मा उत्पन्न होते हैं, तो इलेक्ट्रॉनों को विद्युत ऊर्जा दी जाती है, जो उनकी महान गतिशीलता और बड़ी संख्या के कारण, इसे तेजी से फैलाने में सक्षम होते हैं और भारी कणों को प्रत्यास्थ संघटन (ऊर्जा हानि के बिना) से फैलाने में सक्षम होते हैं।

औद्योगिक/वाणिज्यिक प्लाज्मा के उदाहरण
उनके बड़े आकार के तापमान और घनत्व की सीमाओं के कारण, प्लाज्मा अनुसंधान, प्रौद्योगिकी और उद्योग के कई क्षेत्रों में अनुप्रयोग पाए जाते हैं। उदाहरण के लिए- औद्योगिक और निष्कर्षण धातु विज्ञान में, सतही उपचार जैसे प्लाज्मा छिड़काव (विलेपन), माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक में उत्कीर्णन, धातु काटना और वेल्डिंग, साथ ही रोज़मर्रा के वाहन निकास सफाई और प्रतिदीप्ति/संदीप्ति लैंप, ईंधन प्रज्वलन, जबकि एयरोस्पेस इंजीनियरिंग के लिए सुपरसोनिक दहन इंजन में भी भूमिका निभाते हैं। fuel ignition, while even playing a part in supersonic combustion engines for aerospace engineering.

निम्न दाब निर्वहन

 * दीप्ति निर्वहन प्लाज़्मा- डीसी या कम आवृत्ति आरएफ (RF) (<100 kHz) विद्युत क्षेत्र के दो धातु इलेक्ट्रोड के बीच के अंतर से उत्पन्न गैर-तापीय प्लाज़्मा। संभवतः सबसे सामान्य प्लाज्मा, यह एक प्रकार का प्लाज्मा है जो प्रतिदीप्ति प्रकाश नलिकाएं के भीतर उत्पन्न होता है।
 * कैपेसिटिवली युग्मित प्लाज़्मा (सीसीपी)- दीप्ति निर्वहन प्लाज़्मा के समान, लेकिन उच्च आवृत्ति आरएफ विद्युत क्षेत्रों के साथ उत्पन्न होता है, प्रायः 13.56 मेगाहर्ट्ज। ये दीप्ति निर्वहन से इस अर्थ में भिन्न होते हैं कि आवरण बहुत कम तीव्र होते हैं। ये प्लाज्मा उत्कीर्णन और प्लाज्मा वर्धित रासायनिक वाष्प जमाव के लिए माइक्रोफैब्रिकेशन और एकीकृत परिपथ निर्माण उद्योगों में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं।
 * कैस्केड चाप प्लाज्मा स्रोत- निम्न तापमान (≈1eV) उच्च घनत्व प्लाज़्मा (एचडीपी) उत्पन्न करने के लिए उपकरण।
 * आगमनात्मक रूप से युग्मित प्लाज्मा (आईसीपी)- सीसीपी (CCP) के समान और समान अनुप्रयोगों के साथ लेकिन इलेक्ट्रोड में उस कक्ष के चारों ओर लपेटा हुआ तार होता है जहाँ प्लाज्मा बनता है।
 * तरंग तप्त प्लाज्मा- सीसीपी और आईसीपी (ICP) के समान है जिसमें यह प्रायः आरएफ (या माइक्रोवेव) है। उदाहरणों में हेलिकॉन निर्वहन और इलेक्ट्रॉन साइक्लोट्रॉन अनुनाद (ईसीआर) सम्मिलित हैं।

वायुमण्डलीय दाब

 * चाप निर्वहन- यह बहुत उच्च तापमान (≈10,000 K) का उच्च शक्ति तापीय निर्वहन है। इसे विभिन्न बिजली आपूर्ति का उपयोग करके उत्पन्न किया जा सकता है। इसका उपयोग प्रायः धातुकर्म प्रक्रियाओं में किया जाता है। उदाहरण के लिए, इसका उपयोग एल्यूमीनियम का उत्पादन करने के लिए Al2O3 युक्त खनिजों को पिघलाने के लिए किया जाता है।
 * कोरोना निर्वहन- यह गैर-तापीय निर्वहन है जो तेज इलेक्ट्रोड युक्तियों के लिए उच्च वोल्टेज के अनुप्रयोग से उत्पन्न होता है। इसका उपयोग प्रायः ओजोन जनरेटर और कण अवक्षेपक में किया जाता है।
 * परावैद्युत रोधक निर्वहन (डीबीडी)- यह गैर-तापीय निर्वहन है जो छोटे अंतरालों में उच्च वोल्टेज के अनुप्रयोग से उत्पन्न होता है जिसमें गैर-संचालन विलेपन प्लाज्मा निर्वहन के चाप में संक्रमण को रोकता है। इसे प्रायः उद्योग में 'कोरोना' निर्वहन के रूप में गलत लेबल किया जाता है और इसका उपयोग कोरोना निर्वहन के समान होता है। इस निर्वहन का सामान्य उपयोग वाहन कर्षण न्यूनीकरण के लिए प्लाज्मा प्रवर्तक में होता है। कपड़ों के वेब उपचार में भी इसका व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। संश्लेषित कपड़ों और प्लास्टिक पर निर्वहन का प्रयोग सतह को कार्यात्मक बनाता है और पेंट, ग्लू और इसी तरह के पदार्थ का पालन करने की अनुमति देता है। 1990 के दशक के मध्य में परावैद्युत रोधक निर्वहन का उपयोग यह दिखाने के लिए किया गया था कि कम तापमान वायुमंडलीय दाब प्लाज्मा जीवाणु कोशिकाओं को निष्क्रिय करने में प्रभावी है। इस कार्य और बाद में स्तनधारी कोशिकाओं का उपयोग करने वाले प्रयोगों ने अनुसंधान के एक नए क्षेत्र की स्थापना की, जिसे प्लाज़्मा औषधि के रूप में जाना जाता है। परावैद्युत रोधक निर्वहन विन्यास का उपयोग कम तापमान वाले प्लाज़्मा जेट्स के डिज़ाइन में भी किया गया था। ये प्लाज्मा जेट तेजी से फैलने वाली निर्देशित आयनीकरण तरंगों द्वारा निर्मित होते हैं जिन्हें प्लाज्मा बुलेट के रूप में जाना जाता है।
 * धारिता निर्वहन- यह एक संचालित इलेक्ट्रोड के लिए आरएफ शक्ति (जैसे, 13.56 मेगाहर्ट्ज) के अनुप्रयोग द्वारा उत्पन्न एक गैर-तापीय प्लाज्मा है, जिसमें 1 सेमी के क्रम में छोटी सी पृथक्करण दूरी पर भूसंपर्कित इलेक्ट्रोड होता है। इस तरह के निर्वहन को प्रायः हीलियम या आर्गन जैसी उत्कृष्ट गैस का उपयोग करके स्थिर किया जाता है।
 * दाब वैद्युत् प्रत्यक्ष निर्वहन प्लाज्मा- दाब वैद्युत ट्रांसफॉर्मर (पीटी) के उच्च पक्ष पर उत्पन्न गैर-तापीय प्लाज्मा है। यह पीढ़ी संस्करण विशेष रूप से उच्च कुशल और सघन उपकरणों के लिए अनुकूल है जहां एक अलग उच्च वोल्टेज बिजली की आपूर्ति वांछित नहीं है।

एमएचडी (MHD) परिवर्तक
1960 के दशक में चुंबक द्रवगतिकी परिवर्तकों का अध्ययन करने के लिए एक नए प्रकार के वाणिज्यिक बिजली संयंत्रों के साथ बाजार में एमएचडी बिजली रूपांतरण लाने के लिए एक विश्व प्रयास प्रारम्भ किया गया था, उच्च वेग वाले प्लाज्मा की गतिज ऊर्जा को उच्च दक्षता पर स्थिर भागों के साथ बिजली में परिवर्तित करना। सुपरसोनिक और हाइपरसोनिक वायुगतिकी के क्षेत्र में चुंबकीय क्षेत्रों के साथ प्लाज्मा संपर्क का अध्ययन करने के लिए अंततः वाहनों या प्रक्षेप्य के चारों ओर निष्क्रिय और यहां तक कि सक्रिय प्रवाह नियंत्रण प्राप्त करने के लिए अनुसंधान भी आयोजित किया गया था, ताकि शॉक वेव्स को नरम और कम किया जा सके, कम तापीय ट्रांसफर और कर्षण को कम किया जा सके।

"प्लाज्मा प्रौद्योगिकी" ("तकनीकी" या "इंजीनियर" प्लाज्मा) में उपयोग की जाने वाली ऐसी आयनीकृत गैसें प्रायः इस अर्थ में कमजोर रूप से आयनित गैसें होती हैं कि गैस अणुओं का केवल एक छोटा सा अंश ही आयनीकृत होता है। इस प्रकार की दुर्बल आयनीकृत गैसें भी गैर-तापीय "अतप्त" प्लाज्मा हैं। चुंबकत्व क्षेत्रों की उपस्थिति में, इस तरह के चुंबकित गैर-तापीय दुर्बल आयनित गैसों के अध्ययन में कम चुंबकीय रेनॉल्ड्स संख्या के साथ प्रतिरोधक चुंबक द्रवगतिकी सम्मिलित है, जो प्लाज्मा भौतिकी का चुनौतीपूर्ण क्षेत्र है जहां गणना के लिए 7-आयामी चरण अंतरिक्ष में युग्मकीय टेंसर की आवश्यकता होती है। जब उच्च हॉल पैरामीटर के साथ संयोजन में उपयोग किया जाता है, तो महत्वपूर्ण मान समस्याग्रस्त विद्युत ऊष्मीय अस्थिरता को ट्रिगर करता है जो इन तकनीकी विकासों को सीमित करता है।

जटिल प्लाज्मा घटना
यद्यपि प्लाज़्मा को नियंत्रित करने वाले अंतर्निहित समीकरण अपेक्षाकृत सरल हैं, प्लाज्मा व्यवहार असाधारण रूप से विविध और सूक्ष्म है- साधारण मॉडल से अप्रत्याशित व्यवहार का उद्भव जटिल प्रणाली की विशिष्ट विशेषता है। इस तरह की प्रणालियाँ कुछ अर्थों में आदेशित और अव्यवस्थित व्यवहार के बीच की सीमा पर स्थित होती हैं और इन्हें प्रायः सरल, सहज, गणितीय कार्यों या शुद्ध यादृच्छिकता द्वारा वर्णित नहीं किया जा सकता है। लंबाई के पैमाने की विस्तृत श्रृंखला पर रोचक स्थानिक विशेषताओं का सहज गठन प्लाज्मा जटिलता की अभिव्यक्ति है। विशेषताएं रोचक हैं, उदाहरण के लिए, क्योंकि वे बहुत तेज हैं, स्थानिक रूप से आंतरायिक हैं (विशेषताओं के बीच की दूरी स्वयं विशेषताओं की तुलना में बहुत बड़ी है), या आंशिक रूप है। इनमें से कई विशेषताओं का पहले प्रयोगशाला में अध्ययन किया गया था, और बाद में पूरे ब्रह्मांड में पहचाना गया। प्लाज्मा में जटिलता और जटिल संरचनाओं के उदाहरणों में सम्मिलित हैं-

फिलामेंटेशन
धारियाँ या स्ट्रिंग-जैसी संरचनाएं, जिन्हें बिर्कलैंड धाराओं के रूप में भी जाना जाता है, कई प्लाज़्मा में देखी जाती हैं, जैसे प्लाज़्मा बॉल, उत्तरध्रुवीय, बिजली, विद्युत चाप, सौर प्रज्वाल और अधिनवतारा अवशेष। वे कभी-कभी बड़े वर्तमान घनत्व से जुड़े होते हैं, और चुंबकीय क्षेत्र के साथ परस्पर क्रिया चुंबकीय रस्सी संरचना बना सकते है। (प्लाज्मा पिंच भी देखें)

फिलामेंटेशन उच्च शक्ति लेजर स्पंद के स्व-केंद्रित होने को भी संदर्भित करता है। उच्च शक्तियों पर, अपवर्तन सूचकांक का अरैखिक भाग महत्वपूर्ण हो जाता है और लेजर बीम के केंद्र में अपवर्तन के उच्च सूचकांक का कारण बनता है, जहां लेजर किनारों की तुलना में उज्जवल होता है, जिससे प्रतिक्रिया होती है जो लेजर को और भी अधिक केंद्रित करती है। सख्त केंद्रित लेजर में उच्च शिखर चमक (विकिरण) होती है जो प्लाज्मा बनाती है। प्लाज्मा में एक से कम अपवर्तन सूचकांक होता है, और लेजर बीम के विफोकसन का कारण बनता है। अपवर्तन के फोकसिंग सूचकांक और विफोकसन प्लाज्मा की परस्पर क्रिया प्लाज्मा के एक लंबे फिलामेंट का निर्माण करती है जो लंबाई में माइक्रोमीटर से लेकर किलोमीटर तक हो सकता है। फिलामेंटेशन उत्पन्न प्लाज्मा का रोचक पहलू आयनित इलेक्ट्रॉनों के विफोकसन प्रभावों के कारण अपेक्षाकृत कम आयन घनत्व है। (तंतु प्रसार भी देखें)

अपारगम्य प्लाज्मा
अपारगम्य प्लाज्मा एक प्रकार का तापीय प्लाज्मा है जो गैस या अतप्त प्लाज्मा के संबंध में अपारगम्य ठोस की तरह कार्य करता है और इसे शारीरिक रूप से धकेला जा सकता है। शीत गैस और तापीय प्लाज़्मा की अंतःक्रिया का संक्षिप्त अध्ययन 1960 और 1970 के दशक में हेंस अल्फवेन के नेतृत्व वाले एक समूह द्वारा प्रतिघातक की दीवारों से संलयन प्लाज्मा के ऊष्मा रोधन में इसके संभावित अनुप्रयोगों के लिए किया गया था। हालांकि, बाद में यह पाया गया कि इस विन्यास में बाहरी चुंबकीय क्षेत्र प्लाज्मा में विकुंच अस्थिरता पैदा कर सकते हैं और बाद में दीवारों को अप्रत्याशित रूप से उच्च ऊष्मा की हानि पहुंचा सकते हैं। 2013 में, पदार्थ वैज्ञानिकों के एक समूह ने रिपोर्ट किया कि उन्होंने शीत गैस के केवल एक अत्यंत उच्च-दाब कंबल का उपयोग करके बिना किसी चुंबकीय बंधन के स्थिर अपारगम्य प्लाज्मा को सफलतापूर्वक उत्पन्न किया है। जबकि प्लाज्मा की विशेषताओं पर स्पेक्ट्रोस्कोपिक डेटा को उच्च दाब के कारण प्राप्त करना मुश्किल होने का दावा किया गया था, विभिन्न नैनोस्ट्रक्चर के संश्लेषण पर प्लाज्मा के निष्क्रिय प्रभाव ने स्पष्ट रूप से प्रभावी परिरोधन का सुझाव दिया। उन्होंने यह भी दिखाया कि कुछ दसियों सेकंड के लिए अपारगम्यता बनाए रखने पर, प्लाज्मा-गैस इंटरफ़ेस पर आयनों की निरीक्षण तापन के दृढ़ माध्यमिक मोड (श्यान तापन के रूप में जाना जाता है) को जन्म दे सकती है, जिससे प्रतिक्रियाओं की विभिन्न गतिकी और जटिल नैनो पदार्थ का गठन हो सकता हैं।

यह भी देखें

 * उभयध्रुवीय विसरण
 * विद्युत क्षेत्र निरीक्षण
 * विद्युत चालित अंतरिक्ष यान प्रेरक शक्ति
 * हेंस अल्फवेन पुरस्कार
 * आईईईई (IEEE) परमाणु और प्लाज्मा विज्ञान सोसायटी
 * प्लाज्मा भौतिकविदों की सूची
 * प्लाज्मा भौतिकी लेखों की सूची
 * एलयूएलआई (LULI)
 * चुंबक द्रवगतिकी परिवर्तक
 * निकोला टेस्ला
 * प्लाज्मा नाइट्राइडीकरण
 * प्लाज्मा प्रेरक शक्ति इंजन
 * प्लाज्मा सतह परस्पर क्रिया
 * प्लाज्मा भौतिकी में प्रकाशन
 * क्वार्क-ग्लूऑन प्लाज्मा|क्वार्क-ग्लूऑन प्लाज्मा
 * अंतरिक्ष भौतिकी
 * कुल इलेक्ट्रॉन सामग्री

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बाहरी संबंध

 * Plasmas: the Fourth State of Matter
 * Introduction to Plasma Physics: Graduate course given by Richard Fitzpatrick|M.I.T. Introduction by I.H.Hutchinson
 * Plasma Material Interaction
 * How to make a glowing ball of plasma in your microwave with a grape|More (Video)
 * OpenPIC3D – 3D Hybrid Particle-In-Cell simulation of plasma dynamics
 * Plasma Formulary Interactive