플라즈마(Plasma) 상태에서 일어나는 다양한 반응(Reaction)

*목차*

1) Ionization(이온화)

2) Excitation(여기)

3) Relaxation(탈여기, 이완) or Stabilization(안정화)

4) Dissociation(분리, 해리)

5) Recombination(재결합)

6) Electron Attachment(전자 흡착)

7) Dissociative Attachment(해리 흡착)

8) Charge Transfer(전하 이동)

지난 포스팅에서 Plasma란 무엇인지 정리해봤는데요.

이번 포스팅에서는 Plasma 상태의 물질 속에서 어떤 반응들이 일어나고 있는지

공부하고 정리해 봤어요.

Plasma 상태의 물질 속에는

가속된 전자와의 충돌로 인해서 많은 에너지를 받고

이온(Ion)과 전자(Electron)로 분리되는 반응 

또는 반응성이 좋은 중성 입자 라디칼(Radical)을 생성하는 반응 말고도 

다양한 반응(Reaction)이 끊임없이 이루어지고 있어요.

아래는 Plasma 상태의 물질 속에서 일어나는 다양한 반응을 정리해봤어요.

1. Ionization 이온화

-. 가속된 전자(Electron)가 Gas 원자와 충돌(Collision)하면서

원자가 양이온(Positive ion, Cation)과 자유전자(Free elcetron)로 분리되는 반응이에요.

이때 분리되어 나온 자유전자도 전기장을 따라 가속되고 다른 원자와 충돌하게 돼요.

원자끼리 충돌해서 이온화가 되는 경우도 있는 것 같네요.

2. Excitation 여기

-. 가속된 전자가 Gas 원자와 충돌하지만 Ionization할 만큼 에너지가 없어서

전자가 분리되지 않고 원자 궤도 위치가 바뀌면서

반응성이 매우 강한 중성 입자 라디칼(Radical) 입자를 생성하는 반응이에요.

충돌로 인해서 에너지를 받은 최외곽 전자는 더 높은 에너지를 가지는 궤도로 올라가요.

즉, 페르미 준위(Fermi level)보다는 낮은 궤도로 올려 놓게 돼요.

3. Relaxation 탈여기, 이완 or Stabilization 안정화

-. Excitation 반응으로 생성된 Radical은 최외곽 전자가 더 높은 궤도로 위치가 올라간 상태에요. 그런데 이 궤도는 불안정한 상태이기 때문에 원래 궤도로 돌아가려고 하는데

이러한 반응을 Relaxation(탈여기) 또는 Stabilization(안정화) 반응이라고 해요.

전자가 원래 궤도로 돌아갈 때

궤도를 이동하면서 필요했던 에너지만큼 빛으로 방출해요

* 광방출, hv, Photoemission

이때 방출하는 빛이 우리가 Plasma를 육안으로 볼 때 인식하는 빛이에요.

여기서 물질마다 원자 궤도를 올라갈 때 필요한 에너지가 달라서

방출하는 빛의 파장도 물질마다 달라요.(Plasma 색이 다르게 보여요.)

만약 방출하는 빛의 파장이 가시광선이 아니라면 Plasma 빛이 눈으로 안보일 수도 있어요.

Plasma 속에서 방출되는 빛의 파장을 검출해서 어떤 물질이 반응하고 있는지 확인 할 수 있어요.

* h = 플랑크 상수 6.626x10-34 J*s

* v = 진동수

4. Dissociation 분리, 해리

-. 가속된 전자가 분자와 충돌하면서 작은 분자 단위나 원자 단위로 분리되는 반응이에요.

분자가 분리되면서 Radical이 생성돼요.

분리되면서 이온화도 발생할 수 있는데 이를 '분리 이온화(Dissociative Ionization)라고 해요.

입자끼리 충돌 말고도 외부의 빛을 받아서 분리 되기도 한다네요.

5. Recombination 재결합

-. 이온화로 생성된 이온이 주변의 전자와 다시 결합해서 다시 안정적인 중성 원자 상태로 돌아가는 반응이에요. 결합하는 과정에서 빛(에너지)이 방출돼요.

양이온(Cation)과 음이온(Anion)이 충돌해서 분자로 합쳐지기도 하는데 이때도 빛(에너지)이 방출돼요. 이런 반응을 '이온 재결합(Ion Recombination)'이라고 해요.

6. Electron Attachment 전자 흡착

-. 전자가 중성 입자 또는 분자에 충돌하면서 음이온이 발생해요.

7. Dissociative Attachment 해리 흡착

-. 분리 반응이 진행되는 중에 전자 흡착 반응이 같이 발생할 수 있어요.

8. Charge Transfer 전하 이동

-. 중성 원자와 이온 입자가 충돌할 때 서로의 전하만 교환 되는 경우가 있어요.

위 정리한 반응 외에도 Plasma 안에서 다양하고 복잡한 반응들이 일어난다네요.

여기서 Plasma를 유지하는데 가장 핵심이 되는 반응은

Ionization, Excitation, Relaxation 반응이에요.

* 열심히 공부하면서 정리했는데 오류가 있다면 댓글로 수정 부탁해요