המעבדה לפיזיקת הפלסמה

ראש המעבדה: פרופ' אמנון פרוכטמן

מהי פלסמה?

פלסמה היא גז מיונן, הנחשב למצב הצבירה הרביעי, בנוסף למוצק, נוזל, וגז. למעשה, רוב היקום המוכר לנו, כולל הכוכבים – בהם השמש שלנו (אך לא כוכבי הלכת), עשוי מחומרים במצב צבירה של פלסמה. מדענים יוצרים שני סוגי פלסמה על ידי יינון גזים:

1. פלסמה בטמפרטורות גבוהות שמגיעות למיליוני מעלות צלסיוס, כמו בשמש. פלסמות אלו מעוררות עניין רב במדע, מכיוון שהן הכרחיות להיתוך תרמו-גרעיני – שעשוי לאפשר הפקת אנרגיה כמעט ללא הגבלה מהיסוד הנפוץ מימן.
2. פלסמה בטמפרטורות נמוכות של אלפי מעלות צלסיוס, המשמשת למחקר ולמגוון רחב של צרכים ומוצרים תעשייתיים, כמו מסכי פלסמה, נורות פלואורסצנטיות, הנעה חשמלית, ועוד.

פיזיקת פלסמה במכון טכנולוגי חולון

במחלקה לפיזיקה פועל צוות מומחים בתחום פיזיקת הפלסמה העוסק במגוון שאלות מדעיות ויישומיות, כאשר ההיבט התיאורטי וההיבט הניסויי מזינים זה את זה. המעבדה לפלסמה מתמקדת בייצור פלסמה בטמפרטורות נמוכות, ועורכת ניסויים ומדידות בחומרים במצב פלסמה. הפעילות כולה מתבצעת בתוך תאי ואקום ייעודיים, והמדידות (לחץ, צפיפות, טמפרטורה, ועוד) מבוצעות באמצעות כלים ובחונים ((probes, שפותחו במיוחד על ידי צוות המעבדה. בנוסף מקיימים החוקרים שיתופי פעולה הדוקים עם מדענים במוסדות מחקר אחרים – בעיקר במכון ויצמן ובאוניברסיטת פרינסטון, ובעבר גם במרכז למחקר גרעיני שורק ובאוניברסיטאות בצרפת וביפן.

להלן מספר מחקרים בולטים בתחום פיזיקת הפלסמה שבוצעו על ידי חוקרים במכון:

• פיתוח שיטה להפרדה בין חלקיקים דומים אך לא זהים – בעיקר איזוטופים שונים של אותו יסוד, השונים זה מזה רק במספר הנויטרונים שבגרעין האטום. המחקר מתמקד ביסוד ליתיום, במטרה להפריד בין האיזוטופ ליתיום 7 (7Li) לבין ליתיום 6 (6Li) המהווה רק 7% מהמסה הכוללת, וחשיבותו בכך שהוא עשוי לסייע בתהליכי היתוך תרמו-גרעיני. המחקר במעבדה מתבסס על מחקר תיאורטי שחלקו כבר פורסם בכתב עת מדעי ועורר עניין ניכר בקרב מדענים בארץ ובעולם.
• שיפור הנעה חשמלית של רכבי חלל – הנעה חשמלית מבוססת על כוח הדחף של פלסמה שמשתחררת מהחללית ודוחפת אותה בכיוון הנגדי. ההנעה החשמלית צורכת פחות חומר הנעה בהשוואה להנעה כימית, וכך מופחת המשקל שעל החללית לשאת. החוקרים במכון טכנולוגי חולון הציעו מנגנון שמגדיל את כוח הדחף של הפלסמה המשתחררת ובכך מוסיף גמישות לשימוש בהנעה החשמלית.
• נבחנו שיטות לעיבוד פני שטח של חומרים – באמצעות פגיעה של חלקיקי פלסמה בחומרים שונים.