التبدد بجوار التواترات السيكلترونية

طالما بقي تواتر الاهتزاز صغيرا بالمقارنة مع التواترات السيكلترونية، فان سرعة الانتشار لا تتعلق بالتواتر وبالتالي فالتبدد غير موجود. في هذا المجال من التواتر تتطابق السرعتان الطورية والمجموعة بعضهما مع بعض . ومن اجل تواترات تقارب التواترات السيكلترونية تنتج ظواهر التبدد اي ان سرعة الانتشار تصبح متعلقة بالتواتر. وعندئذ ستختلف السرعة الطورية عن السرعة المجموعية.

يشاهد تبدد قوي جدا على وجه الخصوص في جوار تواترين مميزين تنتهي عندهما قرينة انكسار البلازما الى اللانهاية اي ان السرعة الطورية تؤول الى الصفر. مثل هذه الظاهرة في علم الضوء تحمل اسم التبدد الشاذ.

وبالنسبة الى الاهتزازات المنتشرة على منحى الحقل المغنطيسي يعد التواتران السيكلترونيان الالكتروني والايوني تواتي التبدد الشاذ لها. وفي نطلق هذين التواترين نجد سرعات انتشار معينة ليس فقط للامواج ذات الحقل الكهربائي المحدد الاتجاه بل وللامواج التي يكون فيها اتجاه الحقل الكهربائي دوارا. تدعى مثل هذه الامواج المستقطبة دورانيا. وتعلق سرعة انتشار الموجة باتجاه دوران الحقل الكهربائي اهو باتجاه عقارب الساعة ام عكسها. تدعى الاوساط التي تحمل مثل هذه الصفات بالاوساط غير متتاحية الدوران (او الاوساط ذات السلطة التدويرية). وتسلك البلازما في مجال التواترات السيكلترونية سلوك وسط ذي سلطة تدويرية او غير متناحي الدوران.

يمكن تمثيل الموجة المنتشرة وفق منحى الحقل المغنطيسي كمجموع موجتين دائريتي الاستقطاب.

اولى هاتين الموجتين: يدور حقلها الكهربائي بنفس اتجاه دوران الايون الموجب في حقل مغنطيسي وتدعى بالموجة الاعتيادية . فهي تستطيع ان تنتشر في البلازما على تواترات لا تزيد عن التواتر السيكلتروني الايوني. وتؤول السرعة الطورية للموجة الاعتيادية الى الصفر عند التواتر السيكلتروني الايوني، وليس هذا التواتر بالنسبة للموجة الاعتيادية الا تواتر التبدد الشاذ.

والموجة الثانية: يدور حقلها الكهربائي بنفس اتجاه دوران الالكترون في الحقل المغنطيسي وتدعى بالموجة الشاذة او غير الاعتيادية وبالنسبة لها يعتبر التواتر السيكلتروني الالكتروني تواتر التبدد الشاذ.

يمكن للموجة غير الاعتيادية ان تنتشر في البلازما عند كل التواترات التي تمتد حتى التواتر السيكلتروني الالكتروني. وتمر سرعة الانتشار بقيمة عظمى في المجال ما بين التواترين السيكلتروني الايوني والسيكلتروني الالكتروني. وتساوي قيمة سرعة الانتشار العظمى الى نصف سرعة الففين الالكترونية اي:

وتنتشر الموجتان الاعتيادية والشاذة بسرعة واحدة هي سرعة الففين عند التواترات الاقل كثيرا من التواترات السيكلتروني الايوني. ويمكن ان يركب منهما امواج مستوية الاستقطاب ذات اتجاه ثابت للحقل الكهربائي. ففي هذا المجال من التواترات لا تظهر البلازما صفة الوسط ذي السلطة التدويرية (لا يدور مستوي الاستقطاب الناتج عن الجمع).

الموجتان المنتشرتان عموديا على الحقل المغنطيسي لهما ايضا تواتران للتبدد الشاذ لا ينطبقان بشكل عام مع التواترين السيكلترونيين. هذان التواتران للتبدد الشاذ لا يدعيان بالتواترين الهجينين. وينطبق التواتران الهجينان مع التواترين السيكلترونيين فقط في البلازما المتخلخلة جدا، التي فيها يكون التواتر البلازمي اقل بكثير من التواتر السيكلتروني الالكتروني

ومع رفع كثافة البلازما اي تواتر البلازما فان التواترين الهجينين يتزايدان وفقا للعلاقتين:

a) التواتر الهجين العلوي:

ɷ² = ɷ ₀² + ɷ_e ²

b) التواتر الهجين السفلي :

تدل هاتان العلاقتان على ان التواتر الهجين العلوي في البلازما الكثيفة يؤول الى التواتر البلازمي ويؤول التواتر الهجين السفلي الى الوسطي الهندسي للتواتريين السيكلترونيين الالكتروني والايوني.  وبدقة نقول ان اهتزازات البلازما المعامدة للحقل المغنطيسي يمكن ان تنتشر اما تحت التواتر الهجين السفلي او قرب وفوق التواتر الهجين العلوي⁽¹⁾(ويفترض هنا التواتر البلازمي كبير بما فيه الكفاية بمقارنته بالتواتر السيكلتروني الالكتروني)، ويقع بين التواترين المذكورين فاصل من التواترات حيث تقع منطقة يكون فيها الانتشار مستحيلا بشكل متعامد مع الحقل بدقة غير انه ضمن زاوية صغيرة كفاية مع الاتجاه العرضي يصبح الانتشار ضمنها ممكنا.

وتشكل الاهتزازات المنتشرة عرضيا على الحقل بتواتر اخفض من التواتر الهجين السفلي ما يدعى الصوت المغنطيسي. وعند تواترات اخفض بكثير من التواتر السيكلتروني الايوني تسعى سرعة انتشاره نحو قيمة ثابتة مساوية لسرعة الففين يسلك الصوت المغنطيسي في هذه المنطقة الصوتية – المغنطيسية سلوك الصوت العادي ولكن مع الضغط المغنطيسي وليس مع ضغط الغاز. ويعامد كل من التيار والحقل الكهربائي في المنطقة الصوتية- المغنطيسية اتجاه الحقل المغنطيسي وكما يعامدان اتجاه الانتشار ايضا.

وعند الاقتراب من التواتر الهجين السفلي تسعى السرعة الطورية للصوت المغنطيسي نحو الصفر. على الرغم من الحقل الكهربائي والتيار في مثل هذه الموجة يقعان في مستو عمودي على الحقل المغنطيسي فان لهما مركبتان محسوستان للغاية وفق اتجاه الانتشار ولا تعتبر هذه الاهتزازات من وجهة نظر التحريك الكهربائي لا عرضية ولا طولية : فهي ذات استقطاب قطع ناقص.

وعند تواترات اعلى من التواتر الهجين العلوي تنتشر الاهتزازات العالية التواتر (الراديوية) عموديا على الحقل المغنطيسي ولا تلعب دورا فيها سوى حركة الالكترونات.

___________________________________

(1) يفترض هنا يكون التواتر البلازمي كبيرا كفاية بالمقارنة مع التواتر السيكاتروني  الالكتروني.