Het definiëren van vuur als plasma is een onderwerp waar zelfs experts in natuurkunde en scheikunde over twisten, dus de populairste uitdrukkingen verwijzen naar ‘bijna plasma’ of ‘gedeeltelijk plasma’. Waar ze het wel over eens zijn, is dat vuur verwarmt en verbrandt… maar wat als het mogelijk zou zijn om koud vuur/koud plasma te creëren? Onder de juiste omstandigheden bevriest koud vuur alles wat het aanraakt, en het YouTube-kanaal The Action Lab heeft twee video’s met uitstekende demonstraties.
Vuur en plasma
“Vuur: versnelde oxidatie van een materiaal onder het verbrandingsproces. De vlam is het deel van het vuur dat zichtbaar licht uitstraalt, en het proces is exotherm, dus het zendt ook energie uit in de vorm van warmte.” Een generieke en schoolse beschrijving zonder twijfel.
Maar als we de relatie met plasma onderzoeken, wordt het verhaal ingewikkelder. Voor sommigen is vuur een plasma wanneer een gas de minimumtemperatuur bereikt die het zichtbaar maakt, zoals uitgelegd wordt op Ask a Mathematician. Voor anderen hangt het af van de mate van ionisatie, en in het geval van vuur zou die niet zo hoog zijn, volgens deze uitleg van de Universiteit van Illinois.
Dus... half plasma? Semi-plasma? Als dat te verwarrend klinkt, laten we dan kijken naar de overeenkomsten. Vuur en plasma zijn heet, en het idee dat ze in iets “kouds” kunnen veranderen is tegenstrijdig... tenzij we de omstandigheden een beetje veranderen. Dat deden ze op het kanaal The Action Lab, hetzelfde kanaal dat ons de drone in de lift en het internetsignaal door water liet zien. Koud vuur!
Koud vuur!
Het begint allemaal met een elektrode die tienduizenden volt bereikt. De potentiaal is zo hoog dat het gas rond de elektrode ioniseert.
De sleutel om dat vuur/plasma koud te maken, is het verplaatsen van thermische energie terwijl de vrije elektronen behouden blijven. Daarvoor is een gas nodig dat gemakkelijk ioniseert en een hogere thermische geleidbaarheid heeft. In één woord: helium.
Door de gasstroom aan te passen, wordt de circulatie snel genoeg zodat de ionen geen thermische energie opbouwen, maar de vrije elektronen wel. Waarom verbranden die elektronen ons dan niet? Het antwoord is dat ze niet de benodigde massa hebben. Dat maakt koud vuur tot een uitstekende ontsmetter, die virussen en oppervlaktebacteriën vernietigt zonder materiaal te verbranden.
Het vuur dat dingen bevriest
Het experiment in de eerste video gebeurt echter op kamertemperatuur. Om koud vuur te creëren dat bevriest wat het aanraakt, is de oplossing om de temperatuur van het gas drastisch te verlagen. Op dit punt opent zich een scala aan mogelijkheden, maar The Action Lab koos voor de route van droog ijs, geplaatst op een koperen spiraal. Hierdoor daalt de temperatuur van het helium tot ongeveer -78 graden Celsius.
Het moeilijkste is om het bevriezen te filmen (het is beter zichtbaar met veel licht, hoewel dat het plasma “bedekt”), maar de truc was om de objecten nat te maken voordat ze dicht bij de elektrode werden geplaatst.
