خصائص البلازما

plas-blog

االبلازما {2}  خصائص البلازما  

 تحدثنا في المقال السابق عن التعريف العام لفيزياء البلازما وتوقفنا عند سؤال كيف نفرق بين الغاز المتأين والبلازما؟

الفرق بين الغاز المتأين والبلازما

سنجيب عن هذا السؤال اليوم ولكنه سيحتاج منا وضع بعض المفاهيم الفيزيائية كأساس للبناء. الغاز عبارة عن ذرات متعادلة كهربيا ويتم تاينه بمزيد من الطاقة سواء حرارية او كهربية حيث تتحرر الالكترونات من الذرات وكما اسلفنا ف المقال السابق ان عملية التاين تتم تدريجيا عند درجات حرارة ومنذ بدأ عملية التاين يصبح الغاز متاينا وهناك بالمقابل بعض الالكترونات تعود للارتباط مجددا بالنواة مكونة ذرة متعادلة ثانية. يتضح الان ان لدينا عمليتان الاول هي التاين وتزيد من عدد الشحنات في الوسط وعملية اعادة الارتباط وتقلل الشحنات وتزيد الذرات المتعادلة. من هنا نلخص ان عملية التاين تتجه بالمادة الي حالة البلازما (غاز متاين بدرجة عالية)  وعملية الارتباط تعيدنا الي الغاز المتاين. تم توصيف هذا في معادلة صها [1] والذي صاغها عالم الكونيات الهندي ميغاند صها [2]  عام 1920 ثم اعاد صيغتها رائد علم البلازما الامريكي ايرفن لانجمير [3] في عام 1923. والمعادلة تختص بحساب ما يسمي  بدرجة التأين [4]  وهي نسبة الجسيمات المتاينة الي الجسيمات الكلية واثبتت القياسات التجريبية ان الغاز المتاين يسلوك كالبلازما عندما تكون هذا النسبة اكبر من او تساوي 0.01% تقريبا ولكن اذا كانت النسبة اقل من هذا ستتصرف كغاز متأين. ولهذا الحكم علي حالة البلازما يكون من خلال السلوك بشكل اكثر دقة من نسبة التاين فقط التي تستخدم كتقدير مبدأي حيث ان البلازما هي حالة خاصة من الغاز المتأين.

التعريف الدقيق للبلازما

debye
اللون الاخضر يمثل ايون والاصفر الكترون والدائرة الحمراء نصف قطرها بعد او طول ديباي [5] التي تتلاشي خارجها تاثير الشحنة الكهربية الموجبة علي الالكترونات الموجودة خارج جزئيا وتتلاشي نهائيا علي بعض 5 اضعاف ديباي لاحداث ما يسمي بعزل ديباي [7] ـــــ

 

التعريف الشائع للبلازما هو انها غاز متاين شبه متعادل وله سلوك جماعي. فلنتناول هذا بجزء من التوضيح. لقد استطردنا في تعريف الغاز المتأين ام الشبه تعادل فهي الخاصية الرئيسية للبلازما حيث يمكن توضيحها بالاتي ان عند النظر للبلازما من الخارج فهي متعادلة  كهربيا ولكن عند الدخول علي مستوي مايسمي ببعد ديباي [5] تكون كل شحنة لها مجال كهربي محيط بها يقل تدريجيا حتي يصل الي شبه التلاشي علي بعد ديباي واثبتت الدراسات انها يتلاشي نهائيا عند 5 اضعاف بعد ديباي. هذه الظاهرة تحدث في اي غاز متاين لكنه لا يستطيع الحفاظ عليها  اي انها غير متزنة ولكن اتزانها في البلازما يعتبرالخاصية المميزة للبلازما وهذا الاتزان لخاصية شبه التعادل  في البلازما نتبجة لسلوكها الجماعي الذي يميزها. فالسلوك الجماعي يعني انه عند حدوث اي اظطراب كهربي داخل البلازما تتحرك الشحنات جماعيا لاعادة الاتزان ثانية وهذا عن طريق ما يسمي بتردد البلازما[6] . ولكي تتحقق عملية العزل [7] بشكل تام من جمبع الجهات لابد ان  تكون الكرة ذات نصف قطر يساوي بعد ديباي تحتوي علي عدد الكترونات اكبر بكثير من الواحد وهذا العدد يسمي عامل البلازما [8]. وهنا لابد ان ننوه ثانية عن اهمية تردد البلازما وكيفية استعادة حالة شبه التعادل. تردد البلازما عبارة عن معدل اهتزاز الجسيمات المشحونة الالكترونات حول مواضع الايونات التي نتعتبر ثابته لانها اثقل حوالي 2000 مرة من الالكترونات. وهناك مايسمي بتردد التصادم بين الايونات والالكترونات تبعا للنظرية الحركة الذي يؤدي الي اعادة الارتباط. ولهذا لابد ان بكون تردد البلازما او عدد الاهتزازات نتيجة الاستجابة للتاثير الكهربي اكبر بكثير من معدل اهتزازت التصادم للمحافزة علي درجة التاين وكذلك سرعة التوزيع لاستعادة حالة شبة التاين.ــــ

شروط البلازما 

يمكنا حساب بعد ديباي وتردد البلازما و عامل البلازما بمعرفة الكثافة ودرجة الحرارة من المعادلات الموضحة ادناه. ولكي نطلق علي  الوسط بلازما لابد ان تتوفر الشروط الاتية.
الاول ان يكون بعد ديباي اقل بكثير من بعد الوسط (حجم الوسط) المعني بالدراسة
والثاني ان يكون عامل البلازما اكبر بكثير من الواحد
والثالث هو ان يكون تردد اهتزاز البلازما اكبر بكثير من تردد التصادمات الحركية. ـــــــ.

المقال القادم 

 وبعد ان عرضنا مفهوم فيزياء البلازما وكيفية التعرف عليها بناء علي الكثافة ودرجة الحرارة سنحاول في المقال القادم عرض بعض اماكن وجود البلازما واختبار توافر شروطنا السالفة هنا ــــ

——————————————————–
كتبه: محمد عزت 
طالب بالماجستير الاوروبي الاندماج النووي  والفيزياء الهندسية
بمركز ابحاث الطاقة والتكنولوجيا وبالبيئة بمدريد

معيد بقسم الفيزياء – كلية العلوم – جامعة المنصورة

بعض المصطلحات المراجع:ـــ

[1] Saha Equation
[2] Meghand Saha  (read more)  – [3] Irving Langmuir  (read more)
[4] Degree of ionization.
[5] Debye length
[6] Plasma frequency
[7] Debye shielding
[8] Plasma parameter
[  ] المصادر الرئيسية هنا

______________________________________
 للاشتراك في المدونة ليصلك كل جديد 
______________________________________

 

 

Advertisements