تجربة بلازما

ان اهم الاستخدمات التقنية لفيزياء البلازما هي : الاندماج النووي الحراري لتوليد الطاقة وتشكيل الاوساط الفعالة في الليزرات الغازية وفي معالجة المواد وغيرها .

في الفيزياء التقليدية للانفراغ الغازي يتم توليد البلازما بواسطة تيار مستمر بين قطبين معدنيين والتي تكون فيها درجة التأين منخفضة جدا. وفيها لم يتم استخدام حقول مغنطيسية قوية، فالتاثير الاهم على حدوث العمليات في الانفراغ تبديه الخواص الفيزيائية والكيميائية لمادة الاقطاب والظواهر الحاصلة على سطوحها. وعلى العكس فانه من اجل اعداد تجربة يكون السعي نموذجيا نحو الحصول على البلازما مركزة بواسطة انفراغ تحريض بدون اقطاب والتاثير عليها بحقول مغنطيسية قوية باستخدام خواص التجمد والضغط المغنطيسي ومن اجل الحصول على شدة كبيرة للحقل وتركيز الطاقة يتم اللجوء الى العمليات النبضية التي تستمر لاجزاء من الالف من الثانية او حتى لجزء من مليون من الثانية (ميلي ثانية او مكرو ثانية).

تخزن الطاقة الكهربائية اللازمة للنبضة في بطارية مكثفات يجري تسجيل العمليات الجارية في البلازما بواسطة رواسم اشارة وبطرائق التصوير عالي السرعة. ومن اجل الحصول على درجة تاين عالية يلجأ للعمل على غاز ضعيف الكثافة ويقاس الضغط الاولي عادة باجزاء من مائة او الالف من المليمتر الزئبقي.

تكمن التجربة (الشكل 1) في تضيق حبل البلازما بواسطة حقل مغنطيسي طولي متصاعد بسرعة ( من نوع تضيق- θ (تيتا)). يقوم مقوم الجهد بشحن بطارية المكثفات ويخضع الغاز الموجود في انبوبة كوارتز لتاين اولي بواسطة انفراغ ذي تواتر راديوي من مولد تاين ضعيف الاستطاعة عبر دارة مساعدة وبمرور زمن صغير معطى بعد تشغيل المولد التايني تقوم وحدة القدح باغلاق بطارية المكثفات عبر مفرغ على لبوس واحد محدثا بذلك حقلا مغنطيسيا شديدا متصاعدا بسرعة يقاس الحقل المغنطيسي داخل البلازما بواسطة مسبر مغنطيسي المخطط البياني لهذا الحقل ورد ذكره في الشكل 30 ويؤخذ التصوير الضوئي السريع اما من الجانب عبر شق في اللبوس او الطرف تسحب الصور من الطرف في نظام المسح باللقطة – خلال فواصل زمنية متساوية يتم الحصول على صور منفصلة يبين الشكل (2) سلسلة من هذه الصور. اما من الجانب فيجري التصوير في نظام المسح المستمر على فيلم دوار (الشكل 3). ان مقارنة التسجيل الضوئي (الصور) مع المنحنيات البيانية للمسبر المغنطيسي على الراسمة تسمح بفك تشفير لوحة سلوك حبل البلازما.

لانفراغ المكثفات طبيعة مهتزة ففي نصف الدور الاول يضغط الحقل الخارجي المتزايد حبل البلازما ومعها الحقل المتجمد فيها من نفس الاشارة وفي نصف الدور الثاني يغير الحقل الخارجي اشارته وتتولد​ عملية انتثار الحقول المتعاكسة مع تشكيل طبقة معتدلة.

الشكل (1): مخطط الوحدة التجريبية:

1- مقوم. 2- بطارية المكثفات. 3- انبوبة كوارتز. 4- شق في اللبوس. 5- لبوس واسع. 6- دارة مساعدة. 7- مسبر مغنطيسي. 8- مولد تأيني. 9- وحدة القدح.

الشكل (2)

الشكل (3)

ان امواج الصدم الناتجة عن انضغاط الطبقة المعتدلة يهتز بها حبل البلازما وتولد بذلك اهتزازات صوتية مغنطيسية حرة. ولاحقا ستؤدي الحركات السريعة المتسارعة للبلازما الى حالة لا استقرار في الحبل. فمثلا يحصل انضغاط لالسنة طويلة متشكلة على طول خطوط القوة المغنطيسية وذلك كما هو موضح من مقارنة الصور الحاصلة من الطرف والجوانب.

وكالعادة فان حياة البلازما تتوقف بفعل حالة اللااستقرار هذه العلة مخيفة في حالة البلازما كالسرطان او السكتة القلبية على الانسان وان الصراع معها يعتبر من اهم مسائل التطوير اللاحق لعلم البلازما.