في الفيزياء، تعتبر البلازما موصلًا كهربائيًا يوجد فيه عدد متساوٍ تقريبًا من الجسيمات الموجبة والسالبة الشحنة. يتم إنتاج البلازما عندما تتأين ذرات الغاز. يشار إلى البلازما أحيانًا بالحالة الرابعة للمادة، والتي تختلف عن الحالات الصلبة والسائلة والغازية.

عادة ما تحمل الإلكترونات الشحنة السالبة، ولكل منها وحدة شحنة سالبة. عادة ما يتم نقل الشحنة الموجبة بواسطة الذرات أو الجزيئات التي لا تحتوي على نفس الإلكترونات. في بعض الحالات النادرة والمثيرة للاهتمام، ترتبط الإلكترونات التي فقدت نوعًا واحدًا من الذرة أو الجزيء بالآخر، مما ينتج عنه بلازما تحتوي على أيونات موجبة وسالبة. يحدث أهم حدث في هذا الحدث عندما تصبح جزيئات الغبار الصغيرة ولكن العيانية مشحونة في حالة تسمى بلازما الغبار. يعود تفرد حالة البلازما إلى أهمية القوى الكهربائية والمغناطيسية، والتي بالإضافة إلى قوى مثل الجاذبية، والتي تؤثر على جميع أشكال المادة، تؤثر أيضًا على البلازما. نظرًا لأن هذه القوى الكهرومغناطيسية يمكن أن تعمل على مسافات طويلة، فإن البلازما ككل تعمل تمامًا مثل السائل، حتى عندما نادراً ما تصطدم الجسيمات ببعضها البعض.

فيزياء البلازما

الإنتروبيا “Entropy”

فيزياء البلازما وإنتاج البلازما في الفيزياء

توجد جميع المواد المرئية في الكون تقريبًا في البلازما، ومعظمها في الشمس، والنجوم، في الفضاء بين الكواكب وبين النجوم. أورورا بورياليس، البرق واللحام القوسي هي أيضًا حالات بلازما. توجد البلازما في أنابيب النيون والفلوريسنت، وفي التركيب البلوري للمواد الصلبة المعدنية، وفي العديد من الظواهر والأجسام الأخرى. الأرض نفسها مغمورة في بلازما ضعيفة تسمى الرياح الشمسية وتحيط بها بلازما كثيفة تسمى الأيونوسفير.

فيزياء البلازما

عن طريق تسخين الغاز إلى درجة حرارة عالية جدًا، يمكن إنتاج بلازما في المختبر تسبب تصادمًا حادًا بين ذراتها وجزيئاتها وإطلاق الإلكترونات. بهذه الطريقة، يتم إنتاج الإلكترونات والأيونات المطلوبة. تحدث عملية مماثلة داخل النجوم. في الفضاء، غالبًا ما تكون عملية تكوين البلازما ناتجة عن الفوتونة، حيث يتم امتصاص فوتونات ضوء الشمس أو ضوء النجوم بواسطة غاز موجود وتنبعث منها إلكترونات. نظرًا لأن الشمس والنجوم تتأين باستمرار، فإن جميع المواد تقريبًا تتأين في هذه الحالات، ويقال إن البلازما مؤينة تمامًا.

ومع ذلك، هذا ليس ضروريًا، حيث أن البلازما تتأين جزئيًا فقط. بلازما الهيدروجين المتأينة بالكامل، والتي تتكون فقط من الإلكترونات والبروتونات (نوى الهيدروجين)، هي النوع الأساسي من البلازما. اقرأ هذه المقالة لمعرفة المزيد عن البلازما.

تاريخ تطور فيزياء البلازما

المفهوم الحديث لوضع البلازما له أصل جديد ويعود هذا التعريف إلى أوائل الخمسينيات من القرن الماضي ويتشابك تاريخه مع العديد من التخصصات. تشمل المجالات الثلاثة الرئيسية للبحث التي قدمت مساهمات فريدة لتطوير فيزياء البلازما كتخصص، التفريغ الكهربائي، الديناميكا المائية المغناطيسية (التي تدرس فيها السوائل الموصلة مثل الزئبق)، والنظرية الحركية.

يمكن إرجاع الاهتمام بظاهرة التفريغ الكهربائي إلى أوائل القرن الثامن عشر، عندما وضع ثلاثة فيزيائيين إنجليز، مايكل فاراداي في ثلاثينيات القرن التاسع عشر، جوزيف جون طومسون وجون سيلي، وجون سيلي إدوارد تاونسند) الأسس لذلك في وقت مبكر. القرن 19. صاغ إيرفينغ لانجموير مصطلح البلازما في عام 1923 أثناء دراسة التفريغ الكهربائي. في عام 1929، استخدم هو وليوي تونكس، وهو فيزيائي آخر يعمل في الولايات المتحدة، المصطلح لوصف مناطق التفريغ الكهربائي حيث حدثت تغييرات دورية للإلكترونات سالبة الشحنة.

أطلقوا على هذه التذبذبات تذبذبات البلازما التي يعكس سلوكها مادة تشبه الهلام. ومع ذلك، فإن التطبيق العام لمفهوم البلازما حتى عام 1952، عندما اعتبر اثنان من الفيزيائيين الأمريكيين، ديفيد بوم وديفيد باينز، أن السلوك الجماعي للإلكترونات في المعادن يختلف عن سلوك الغازات المتأينة.

إيرفينغ لانجموير، الذي صاغ مصطلح البلازما.

السلوك الجماعي للجسيمات المشحونة في المجالات المغناطيسية ومفهوم السائل الموصل في الدراسات الديناميكية المغناطيسية هو موضوع تم تأسيسه في أوائل إلى منتصف القرن التاسع عشر من قبل فاراداي وأندريه ماري أمبير من فرنسا. ومع ذلك، في الثلاثينيات، عندما تم اكتشاف ظواهر شمسية وجيوفيزيائية جديدة، تمت معالجة العديد من المشكلات الأساسية للتفاعل بين الغازات المتأينة والمجالات المغناطيسية. في عام 1942، قدم الفيزيائي السويدي Hannes Alfvén مفهوم الموجات المغناطيسية الديناميكية. أدى هذا التعاون، إلى جانب دراساته الإضافية للبلازما الفضائية، إلى حصول ألفين على جائزة نوبل في الفيزياء لعام 1970.

أندريه ماري أمبير(André-Marie Ampère)، عالم فرنسي

تم دمج هذين النهجين المنفصلين، دراسة التفريغ الكهربائي ودراسة موصلية السوائل في المجالات المغناطيسية، من خلال إدخال النظرية الحركية لحالة البلازما. تنص هذه النظرية على أن البلازما، مثل الغاز، تتكون من جسيمات في حركة عشوائية يمكن تحقيق تفاعلاتها من خلال القوى الكهرومغناطيسية بعيدة المدى وكذلك من خلال الاصطدامات.

في عام 1905، طبق الفيزيائي الهولندي هندريك أنطون لورنتز المعادلة الحركية للذرات (صيغة الفيزيائي النمساوي لودفيج إدوارد بولتزمان) على سلوك الإلكترونات في المعادن. طور العديد من علماء الفيزياء والرياضيات بشكل كبير نظرية حركية البلازما في ثلاثينيات وأربعينيات القرن العشرين. منذ أوائل الخمسينيات من القرن الماضي، تركز الاهتمام بشكل متزايد على حالة البلازما.

أثار هذا الاهتمام الاستكشاف المكاني، وتطوير الأجهزة الإلكترونية، والوعي المتزايد بأهمية المجالات المغناطيسية في الظواهر الفيزيائية الفلكية، والبحث عن مفاعلات الطاقة الحرارية النووية (الاندماج النووي). تظل العديد من المشكلات في أبحاث فيزياء البلازما دون حل بسبب تعقيد الظواهر. على سبيل المثال، يجب أن يتضمن وصف الرياح الشمسية ليس فقط المعادلات المطلوبة لتأثيرات الجاذبية ودرجة الحرارة والضغط في علوم الغلاف الجوي، ولكن أيضًا معادلات الفيزيائي الاسكتلندي جيمس كليرك ماكسويل، اللازمة لوصف المجال الكهرومغناطيسي .

التقلبات والمعاملات المتعلقة بالبلازما

تمامًا كما يرتفع الفلين خفيف الوزن في الماء وينخفض ​​في حالته الهادئة، فإن أي إزاحة عامة للإلكترونات الخفيفة فيما يتعلق بالأيونات الموجبة في البلازما سوف تتسبب في تأرجح الإلكترونات في حالة توازن. في حالة الفلين، يتم توفير قوة الاستعادة عن طريق الجاذبية، وفي حالة تقلبات البلازما، يتم توفير قوة الاستعادة هذه بواسطة القوة الكهربائية.

هذه الحركات هي تذبذبات البلازما التي درسها لانجموير وتونكس. وبالمثل، كما ترشد تأثيرات الطفو لموجات الماء، ترتبط تذبذبات البلازما بالموجات الموجودة في المكون الإلكتروني للبلازما والتي تسمى موجات لانجموير. تلعب ظاهرة الموجة دورًا مهمًا في سلوك البلازما.

الوقت τ للتذبذب من هذا النوع هو أهم عامل زمني في البلازما. المعلمة المكانية الرئيسية هي طول التفريغ h وتساوي متوسط ​​المسافة التي يقطعها الإلكترون الحراري عند.τπ  يمكن تعريف البلازما على أنها غاز مؤين جزئيًا أو كليًا بناءً على هذه المعلمات التي تفي بالمعايير التالية:

  1. قد يكمل الإلكترون المكون العديد من اهتزازات البلازما قبل الاصطدام بأيون أو أي مكون ثقيل آخر.
  2. يوجد العديد من الجسيمات داخل كل كرة بنصف قطر يساوي طول التفريغ.
  3. البلازما نفسها أكبر بكثير في كل بُعد من طول التفريغ.
تقلبات البلازما
تقلبات البلازما

معلمة زمنية أخرى مهمة هي الوقت بين اصطدامات الجسيمات. في كل غاز، يتم تحديد ترددات تصادم منفصلة للتصادم بين أنواع مختلفة من الجسيمات. مجموع ترددات الاصطدام لنوع معين هو مجموع أوزان جميع الترددات الفردية. يمكن أن يحدث نوعان أساسيان من التصادمات: مرن وغير مرن. في حالة الاصطدام المرن، تكون الطاقة الحركية الكلية لجميع الجسيمات المشاركة في التصادم قبل وبعد الحدث هي نفسها. في التصادمات غير المرنة، يتم نقل جزء من الطاقة الحركية إلى الطاقة الداخلية للجسيمات المتصادمة. في الذرة، على سبيل المثال، تتمتع الإلكترونات ببعض الطاقات المسموح بها والمنفصلة ويقال أنها مرتبطة. أثناء االتصاد، قد يُثار إلكترون محدود، مما يعني أنه يرتفع من حالة طاقة منخفضة إلى حالة طاقة. لكن هذا لا يمكن أن يحدث إلا مع استهلاك الطاقة الحركية وفقط إذا كانت الطاقة الحركية أكبر من الفرق بين طاقات الحالتين. إذا كانت هناك طاقة كافية، فقد يرتفع الإلكترون المتصل به إلى درجة عالية بحيث يصبح إلكترونًا حرًا ويقال إنه يؤين الذرة. تسمى الطاقة الدنيا أو العتبة المطلوبة لإطلاق الإلكترون طاقة التأين.

قد تحدث التصادمات غير المرنة أيضًا مع الأيونات الموجبة ما لم يتم فصل جميع الإلكترونات. بشكل عام، يكون فقط تصادم الإلكترونات والفوتونات (الإشعاع الكهرومغناطيسي الكمي) مع الذرات والأيونات في هذه التصادمات غير المرنة أمرًا مهمًا. يسمى التأين بالفوتونات بالتصوير.

يحتوي الجزيء على حالات طاقة منفصلة وإضافية يمكن تحفيزها عن طريق تصادم الجسيمات أو الفوتونات. في التفاعلات مع الطاقات العالية جدًا، يمكن أن يتحلل الجزيء إلى ذرات أو ذرات وأيونات ذرية. مثل الذرات، يمكن أن يتسبب اصطدام الإلكترونات والفوتونات بالجزيئات في التأين وإنتاج أيونات جزيئية. بشكل عام، فإن معدل التفاعل في التصادمات غير المرنة يشبه معدل التفاعلات الكيميائية. في درجات حرارة عالية جدًا، تستنفد الذرات جميع الإلكترونات وتصبح نوى ذرية عارية.

أخيرًا، عند درجة حرارة تبلغ حوالي 1،000،000 كلفن أو أكثر، قد يحدث شكل آخر من أشكال الاصطدام غير المرن، التفاعلات النووية. عندما تؤدي مثل هذه التفاعلات إلى تكوين عناصر أثقل، فإن هذه العملية تسمى الاندماج الحراري. في هذه الحالة، تصبح كتلة وتكتسب هذه الطاقة بدلاً من فقدان الطاقة الحركية.

يمكن تتبع جميع مصادر الطاقة على الأرض بطرق مختلفة في تفاعلات الاندماج للنواة داخل الشمس أو بعض النجوم الميتة. في مصادر الطاقة هذه، تتحكم الجاذبية في عملية الاندماج وتحد منها. يتم تحقيق درجة الحرارة المرتفعة المطلوبة لتفاعلات الاندماج النووي التي تحدث في قنبلة حرارية هيدروجينية أو نووية عن طريق إشعال قنبلة ذرية، مما يؤدي إلى سلسلة تفاعل انشطاري. أحد أكبر التحديات التي تواجه البشرية هو خلق هذه الحرارة المرتفعة بطريقة مضبوطة واستخدام طاقة الاندماج النووي. هذا هو الهدف العملي العظيم لفيزياء البلازما، وهو إنتاج اندماج النوى على الأرض. طور العلماء تصميمات مثبطة تستخدم المجالات المغناطيسية أو القصور الذاتي للانفجار لتوجيه البلازما الساخنة والتحكم فيها.

فيزياء البلازما وتكوينها

بصرف النظر عن بلازما الحالة الصلبة، مثل تلك الموجودة في البلورات المعدنية، لا توجد عادةً البلازما بشكل طبيعي على السطح. لذلك، للأغراض المختبرية والتطبيقات التكنولوجية، يجب إنتاج البلازما صناعياً. نظرًا لأن الذرات القلوية مثل البوتاسيوم والصوديوم والسيزيوم لها طاقات تأين منخفضة، يمكن إنتاج البلازما باستخدام حرارة مباشرة عند درجات حرارة تبلغ حوالي 3000 درجة مئوية. ولكن في معظم الغازات، يلزم الحصول على درجة حرارة تبلغ حوالي 10000 كلفن قبل أي درجة كبيرة من التأين.

الوحدة المناسبة لقياس درجة الحرارة في دراسة البلازما هي إلكترون فولت (eV)، وهي الطاقة التي يولدها إلكترون في الفراغ عند تسريع جهد كهربائي بجهد واحد. عندما يتم التعبير عن T في كلفن، تكون درجة الحرارة أو W المقاسة بالإلكترون فولت هي W = T/12000. لذلك، تتراوح درجة الحرارة المطلوبة للتأين الذاتي بين 2.5 و 8 إلكترون فولت، والتي ترتبط عادةً بالطاقة المطلوبة لإزالة إلكترون من ذرة أو جزيء.

نظرًا لأن جميع المواد تذوب عند درجات حرارة أقل بكثير من هذا المستوى، لم يتم حتى الآن بناء أي غرفة يمكنها تحمل الحرارة اللازمة لتشكيل البلازما. لذلك، يجب توفير أي تدفئة داخليًا. تتمثل إحدى التقنيات في تطبيق مجال كهربائي على الغاز لتسريع وتشتت الإلكترونات الحرة، وبالتالي تسخين البلازما. يشبه هذا النوع من التسخين الأومي الطريقة التي تسخن بها الإلكترونات الحرة في عنصر التسخين في الفرن الكهربائي الملف.

فيزياء البلازما
تم تصميم غرفة الفضاء في مختبر الأبحاث البحرية الأمريكي (NRL) لفهم ظاهرة بلازما الفضاء مثل سلوك البلازما المضغوطة.

بسبب فقدان الطاقة الصغير في الاصطدام المرن، يمكن تسخين الإلكترونات إلى درجة حرارة أعلى بكثير من الجسيمات الأخرى. لتكوين البلازما، يجب تطبيق مجال كهربائي مرتفع بدرجة كافية، وتعتمد الكمية الدقيقة على هندسة الغاز وضغطه. يمكن إنشاء مجال كهربائي بواسطة الأقطاب الكهربائية أو تشغيل محول، حيث يتم إنشاء مجال كهربائي عن طريق تغيير في مجال مغناطيسي. تم الحصول على درجة حرارة المختبر بحوالي 10،000،000، بكثافة إلكترون حوالي 1019 لكل متر مكعب، بواسطة طريقة المحول.

درجة الحرارة محدودة في النهاية بفقدان الطاقة في البيئة الخارجية. يتم إنتاج درجات حرارة عالية للغاية وبلازما منخفضة الكثافة نسبيًا عن طريق الحقن المنفصل للأيونات والإلكترونات في نظام المرآة (جهاز البلازما يستخدم ترتيبًا خاصًا للمجالات المغناطيسية للتثبيط). تستخدم طرق أخرى درجات حرارة عالية تنشأ خلف موجة تنتقل أسرع بكثير من الصوت لإنتاج ما يسمى جبهة الصدمة. يستخدم الليزر أيضًا في هذه الطرق.

يحدث التسخين الطبيعي وتأين البلازما بطرق مماثلة. في البلازما التي يسببها البرق، يسخن التيار الكهربائي الذي تحمله الصدمة الغلاف الجوي بنفس الطريقة كما في طريقة التسخين الأومية الموضحة أعلاه. في البلازما الشمسية والنجوم، يحدث التسخين الداخلي بسبب تفاعلات الاندماج النووي. في الهالة الشمسية، يحدث التسخين بسبب انتشار الموجات من السطح إلى الغلاف الجوي الشمسي وتسخن البلازما مثل حرارة موجة الصدمة في بلازما المختبر.

في الأيونوسفير، لا يحدث التأين عن طريق تسخين البلازما ولكن عن طريق تدفق الفوتونات النشطة من الشمس. تمتلك الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية للشمس طاقة كافية لتأيين الغلاف الجوي للأرض. تُستخدم بعض الطاقة أيضًا لتسخين الغاز، لذا فإن الغلاف الجوي العلوي، الذي يسمى الغلاف الحراري، دافئ جدًا.

تحمي هذه العمليات الأرض من الفوتونات عالية الطاقة، تمامًا كما تحمي طبقة الأوزون أشكال الحياة الأرضية من الأشعة فوق البنفسجية الأقل نشاطًا. تبلغ درجة الحرارة النموذجية 300 كم فوق سطح الأرض 1200 كلفن أو حوالي 0.1 إلكترون فولت. على الرغم من أن درجة الحرارة هذه شديدة السخونة مقارنة بسطح الأرض، إلا أنها منخفضة جدًا بحيث لا ينتج عنها تأين. عندما تغرب الشمس بسبب الأيونوسفير، يتوقف مصدر التأين ويعود الجزء السفلي من الأيونوسفير إلى حالته غير البلازمية. بعض الأيونات، وخاصة الأكسجين ذو الشحنة الواحدة (+O)، تدوم لفترة كافية لبقاء بعض البلازما في السماء حتى شروق الشمس التالي.    في حالة الشفق القطبي، عندما تتسارع أشعة الإلكترون إلى مئات أو آلاف فولت الإلكترون وتضرب الغلاف الجوي، يتم تكوين بلازما في الغلاف الجوي ليلًا أو نهارًا.

فيزياء البلازما ووصف البلازما

يمكن وصف سلوك البلازما عند مستويات مختلفة. إذا كانت الاصطدامات نادرة نسبيًا، فمن المفيد النظر في حركات الجسيمات الفردية. في معظم البلازما ذات الأهمية، إذا كان الجسيم يتحرك، فإن المجال المغناطيسي يبذل قوة على الجسيم المشحون، قوة بزوايا قائمة لكل من المجال واتجاه الحركة. في مجال مغناطيسي موحد (بB)، يدور الجسيم المشحون حول خط القوة. مركز الدائرة يسمى مركز التوصيل. قد يحتوي الجسيم أيضًا على مكون سرعة موازٍ للحقل المغناطيسي، وبالتالي ينتقل حلزونًا في مجال مغناطيسي موحد. إذا تم تطبيق مجال كهربائي موحد (E) بزاوية قائمة على اتجاه المجال المغناطيسي، فإن مركز التوصيل سيتحرك في الاتجاه الصحيح بالنسبة إلى المجال الكهربائي والمغناطيسي بسرعة كبيرة منتظمة تساوي نسبة المجال الكهربائي إلى المجال المغناطيسي (E/B).

الجسيم الذي يبدأ في التحرك عند السكون في مثل هذه الحقول له مسار دائري يتبع مثل نقطة على حافة عجلة دوارة. على الرغم من اختلاف نصف قطر العجلة والشعور بالدوران باختلاف الجسيمات، فإن مركز الجاذبية يتحرك بنفس السرعة E/B، بغض النظر عن شحنة الجسيم وكتلته. إذا تغير المجال الكهربائي بمرور الوقت، تصبح المشكلة أكثر تعقيدًا. ولكن إذا تغير مثل هذا المجال الكهربائي المتناوب عند نفس التردد مثل تردد السيكلوترون (أي سرعة الدوران)، فإن مركز التوصيل يظل ثابتًا ويجبر الجسيم على التحرك في مدار موسع. تسمى هذه الظاهرة بالرنين السيكلوتروني وهي أساس تسارع جسيمات السيكلوترون.

تشكل حركة الجسيم حول مركز سلوكه تدفقًا دائريًا. بهذه الطريقة، تنتج الحركة مجالًا مغناطيسيًا ثنائي القطب يكون مجاله، على عكس المجال المغناطيسي، عبارة عن مغناطيس قضيب بسيط. وبالتالي، لا تتفاعل الشحنة المتحركة مع المجالات المغناطيسية فحسب، بل تولدها أيضًا. لكن اتجاه المجال المغناطيسي الناتج عن جسيم متحرك يعتمد على كل من الجسيم الموجب أو السالب واتجاه حركته. إذا كانت حركة الجسيمات المشحونة عشوائية تتمامً، فإن المجال المغناطيسي النقي المقابل هو صفر. من ناحية أخرى، إذا كانت الأحمال ذات الإشارات المختلفة لها سرعة نسبية (أي إذا كان تيار كهربائي يتدفق)، فسيكون هناك مجال مغناطيسي خالص يتجاوز أي مجال مطبق خارجيًا. لذلك، يكون التفاعل المغناطيسي بين الجسيمات المشحونة أكثر جماعية ولا يعتمد على طبيعتها.

عند مستوى وصف أعلى من الجسيم الفردي، يتم استخدام المعادلات الحركية من نوع بولتزمان. تصف مثل هذه المعادلات بشكل أساسي سلوك الجسيمات عند نقطة ما في عنصر صغير الحجم، وتكون سرعة الجسيمات في نطاق صغير من قيمة معينة تقريبًا. يتم أيضًا النظر في التفاعلات مع جميع مجموعات السرعة وعناصر الحجم وأي مجالات كهربائية ومغناطيسية خارجية. في كثير من الحالات، يمكن اشتقاق معادلات نوع السوائل من المعادلات الحركية التي تعبر عن بقاء الكتلة والزخم والطاقة لكل وحدة حجم مع مجموعة من المعادلات لكل جسيم.

تحديد متغيرات البلازما

تشمل المتغيرات الأساسية المفيدة في دراسة البلازما عدد الكثافة ودرجة الحرارة وقوة المجال الكهربائي والمغناطيسي وسرعة الجسيمات. في المختبر وفي الفضاء، تساعد مجموعة متنوعة من أجهزة الاستشعار الكهروستاتيكية (المشحونة) والمغناطيسية التي تسمى المسابير في تحديد حجم هذه المتغيرات. يمكن تحديد قيم مختلفة باستخدام المجسات الكهروستاتيكية وكثافة الأيونات ودرجة حرارة الإلكترون والأيون والجهد الكهروستاتيكي. تولد ملفات البحث الصغيرة وأنواع أخرى من المجسات المغناطيسية قيمًا للمجال المغناطيسي، ويمكن العثور عليها من معادلات ماكسويل الكهرومغناطيسية لكثافة التيار والشحنة وتحريض المجال الكهربائي. حملت المركبات الفضائية بين الكواكب مثل هذه المجسات إلى كل كوكب في المجموعة الشمسية تقريبًا، وكشفت للعلماء عن ظواهر البلازما مثل البرق على كوكب المشتري، وصوت حلقات زحل والأحزمة المشعة. في أوائل التسعينيات، تم إرسال إشارات إلى الأرض من عدة مركبات فضائية تقترب من حافة حدود البلازما إلى النظام الشمسي، Heliopause.

في المختبر، يكون امتصاص، وتشتت، وإثارة حزم الأيونات المحايدة والحيوية مفيدة في تحديد درجة حرارة وكثافة الإلكترونات. بشكل عام، يوفر أيضًا انكسار وانعكاس وامتصاص وتشتت الموجات الكهرومغناطيسية وتداخلها طرقًا لتحديد هذه المتغيرات. تم استخدام هذه التقنية أيضًا لقياس خصائص البلازما عن بُعد في الفضاء القريب بالقرب من الأرض باستخدام طريقة رادار الانتثار غير المتوافقة. تعتمد هذه الطريقة على عودة موجات الراديو من المخالفات الصغيرة في غاز الإلكترون التي تحدث بسبب الحركة الحرارية العرضية للجسيمات. تختلف الإشارة المنعكسة قليلاً عن الإشارة المرسلة بسبب تأثير إزاحة دوبلر، ويمكن تحديد سرعة البلازما بطريقة مشابهة لتلك المستخدمة من قبل الشرطة لاكتشاف سرعة سيارة ركاب. باستخدام هذه الطريقة، يمكن العثور على سرعة الرياح في الفضاء جنبًا إلى جنب مع درجة الحرارة والكثافة والمجال الكهربائي وحتى أنواع الأيونات المتاحة. في الهواء الطلق، تتراوح ترددات الرادار المناسبة من 50 إلى 1000 ميجاهرتز، بينما في المختبر، حيث تكون كثافة البلازما وترددات البلازما أعلى، يجب استخدام الموجات الدقيقة والليزر.

بالإضافة إلى الطرق المذكورة أعلاه، يمكن تعلم الكثير من الإشعاع المتولد والانبعاث من البلازما نفسها. في الواقع، إنها الوسيلة الوحيدة لدراسة البلازما الكونية خارج النظام الشمسي.

تحدد التقنيات الطيفية المختلفة التي تغطي طيف الإشعاع المستمر درجة الحرارة وتحدد المصادر غير الحرارية مثل النبضات التي تنتج إشعاع السنكروترون.

منشور ذات صلة
الميكانيكا التحليلية 13 Minutes

الأساسيات في الميكانيكا التحليلية| مع تقديم أهم مصادر

عاطفة عكرش

كانت الميكانيكا من أوائل العلوم الدقيقة التي تم تطويرها. علم الميكانيكا هو علم تحريك الأجسام تحت تأثير القوى وحالة خاصة يظل فيها الجسم في حالة سكون. لميكانيكا التحليلية هي إحدى الدورات المتخصصة الرئيسية في مجال الفيزياء.

تحويل الباوند إلی الكيلوغرام 7 Minutes

تحويل الباوند إلی الكيلوغرام

عاطفة عكرش

أهمية الكيلوغرام والباوند تاريخيًا، مهد التبني الرسمي للنظام الدولي للوحدات (SI) في عام 1959 الطريق إلى التحول في اتجاه احتضان الكيلوغرامات باعتبارها أكثر وحدات القياس استخدامًا على نطاق واسع.

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

السلة