정전기에 의해 발생하는 스파크를 본 적이 있으십니까?
그 스파크는 무엇일까요?
그렇다면 번개나,
반짝이는 오로라,
빛나는 혜성의 꼬리는 무엇일까요?
이 모든 것을 포함하고 있는 우주의 99.9%는
사실 플라즈마로 이루어져 있습니다.
플라즈마는 우리에게 익숙한 형태와는
전혀 다른 물질의 상태입니다.
얼음을 예로 들죠.
고체 상태인 얼음은 녹으면 액체 상태인 물이 됩니다.
그리고 물이 끓게 되면 기체 상태인 수증기가 됩니다.
이 수증기를 충분히 높은 온도에서 지속적으로 가열하면
물의 분자가 나뉘어서
자유롭게 이동하는 수소 원자들과 산소 원자들로 분리됩니다.
여기에 열을 약간 더 가하면 이온화 과정이 발생하고,
이 때 음전하를 띤 전자들은 양전하를 띤 이온들과 분리되어
원자에서 탈출하게 됩니다.
이처럼 자유롭게 이동하는 음전하와 양전하들을 플라즈마라고 합니다.
그리고 충분히 높은 온도에선 어떤 기체도 이렇게 될 수 있습니다.
이 자유분방한 플라즈마 입자들은
다른 상태에서의 입자들과는 구분되는 특성을 가집니다.
고체인 문 손잡이는 정전기가 발생해도
달라지는 점이 없습니다.
또한 나침반같은 자성을 띤 물체들을 제외하면,
자기장에 반응하는 물체는 드뭅니다.
하지만 플라즈마는 전기장이나 자기장에
메우 특별한 반응을 보입니다.
플라즈마는 전극을 띠기 때문에
전기장에서는 속도가 빨라지고,
자기장에서는 원형 궤도로 돌게 됩니다.
또한 플라즈마 입자들이 충돌하거나
전기나 자기에 의해 가속화되면,
입자들은 빛을 냅니다.
우리가 플라즈마를 볼 때는 이 빛의 형태로 보게 됩니다.
마치 북극광처럼 말이죠.
플라즈마는 단지 아름답고 신비한 현상이 아닙니다.
높은 전류를 두르고 있는 큐브 모양의 기체를 상상해보세요.
여기서 발생하는 전기장은
전자들을 원자에서 밀어낸 뒤 가속화시키고,
다른 원자의 이온화를 야기합니다.
이 작은 큐브 모양의 기체에 박힌 불순물은
정밀한 양의 에너지를 자외선 형태로
모은 뒤 방출하게 만듭니다.
이 작은 큐브들에 붙은 형광 물질은
자외선이 적정 세기로 방출될 때
특정 색깔로 빛납니다.
이제 정교하게 조작되는 각 큐브들을 여러 개 합쳐
직사각형을 만들어보면,
아마 지금 보고 있을지도 모르겠군요.
바로 플라즈마 TV가 완성됩니다.
플라즈마는 의료 분야에서도 사용됩니다.
플라즈마 화학자는 정해진 화학물질을 바꾸거나 파괴하는
특정한 플라즈마를 만들어 내어서
음식이나 병원에 있는 병원체를 죽이기도 합니다.
플라즈마는 장엄한 모습으로도, 실용적인 모습으로도
우리 주위에 존재합니다.
미래에는 플라즈마를 이용해서
쓰레기 매립장의 쓰레,기들을 완전히 처리할 수도
물과 공기에 포함된 오염물질을 효과적으로 제거할 수도,
제한 없이 사용할 수 있는 지속 가능한 깨끗한 에너지원을
만들 수도 있을 것입니다.