پلازما (فيزياء)

	ميكانيكا الاستمرارية
الميكانيكا الكلاسيكية
	إجهاد · إنفعال · Tensor;
ميكانيكا الجوامد
	صلب· المرونة; اللدونة · قانون هوك; Rheology · مرونة لزجة
ميكانيكا الموائع
	الموائع · استاتيكا الموائع; ديناميكا الموائع · لزوجة · موائع نيوتونية; موائع غير نيوتونية; شد سطحي
الفهماء
	نيوتن · ستوكس · كلود-لوي ناڤييه · كوشي· هوك ·
	• •

الپلازما (من الإنكليزية: Plasma) أوالهَيُولَى هي حالة متميزة من حالات المادة يمكن وصفها بأنها غاز متأين تكون فيه الإلكترونات حرة وغير مرتبطة بالذرة أوبالجزيء. فإذا فهمنا حتى المادة توجد في الطبيعة في ثلاث حالات: صلبة وسائلة وغازية، فإنه بالإمكان تصنيف البلازما على إنها الحالة الرابعة التي يمكن حتى توجد عليها المادة.

على النقيض من الغازات فإن للپلازما صفاتها الخاصة. يؤدي التأين لخروج واحد أوأكثر من الإلكترونات عند تسليط حرارة أوطاقة معينة. هذه الشحنة الكهربية تجعل البلازما أوالهيولى موصلة للكهرباء ولذلك ستستجيب بقوة للمجال الكهرومغناطيسي. تأخذ البلازما شكل غاز محايد (معتدل) شبيه بالغيوم، على سبيل المثال النجوم. أوقد يأتي كحزم متأينة ولكنها تحتوي على غبار وحبيبات (وتسمى البلازما المغبرة) وهذه قد شكلت بواسطة الحرارة والغاز المتأين. فعند قذف الإلكترون بعيدا عن النواة سيجعل الشحنات الموجبة والسالبة أكثر حرية.

شعلة بلازمية تعكس إحدى أكثر ظواهر الهيولى تعقيدا، والتي من ضمنها تأتي (الفتيلة). الألوان هي نتاج من تراخ الإلكترونات من حالة الاستثارة والهيجان إلى حالة أقل طاقة بعد إعادة توحدها مع الأيونات. هذه العمليات تؤدي إلى إصدار ضوء على شكل طيف مميز من الغاز المثار

تاريخ الپلازما

في عام 1879 اكتشف العالم السير وليام كروكس البلازما عن طريق أنبوب كروكس واطلق عليها آنذاك "المادة الإشعاعية".. واكتشف العالم البريطاني جوزيف طومسون خصائص وطبيعة البلازما عام 1897, ويرجع الفضل في تسمية البلازما إلى العالم إيرفينغ لانغموير في عام 1928 من الممكن لأنه رأى انها تشبه بلازما الدم.

وقد خط لانگموير:

بجوار الأقطاب يوجد أغطية رقيقة تحتوي إلكترونات قليلة، الغاز المتأين يحتوي على أيونات وإلكترونات بكميات متساوية تقريبا مما يجعل ناتج شحن المكان سهل جدا. يستحسن حتى نستخدم اسم البلازما لتعريف المنطقة المحتوية على شحنات متساوية من الإلكترونات والأيونات

الپلازمات الشائعة

تشكل البلازما نسبة 99% من المادة الكونية بين النجوم والمجرات من حيث الكتلة والحجم، بعض الكواكب تشكل البلازما أغلب مادتها، حيث يعتبر كوكب المشتري كتلة هائلة من البلازما. فقط حوالي 0.1 % من الكتلة و 10−15 % من الحجم يدخل بمدار كوكب پلوتو.لاحظ عالم البلازما الشهير هانز ألفين حتى هناك كميات قليلة من الحبيبات تتصرف خلال الشحنات الكهربية كأيونات وكشكل من أشكال البلازما (بلازما مغبرة).

أشكال البلازما تتضمن
الصناعية: موجودة بشاشات البلازما مثل التلفزيون مصابيح التألق (لمبات الفلوريسنت) (إنارة ذات طاقة ضعيفة)، إشارات النيون عوادم الصواريخ النطاق الموجود أمام الحاجز الحراري لسفن الفضاء خلال دخولها غلاف الأرض الجوي داخل هالة مولد تفريغ الأوزون. أبحاث الاندماج النووي التقوس الكهربي الموجود بالإنارة القوسية، لحام القوس الكهربي أوالمصباح (المدفع) البلازمي مصابيح البلازما وتسمى كرة البلازما يستخدم البلازما لحفر رقائق الحاسوب لإنتاج الدوائر الكهربية وصنع أشباه الموصلات.	بلازما أرضية البرق والصواعق كرة اللهب نار سانت إلمو طبقة الأيونوسفير الشفق القطبي	بلازما فيزياء فلكية وفضاء كوني الشمس والنجوم (البلازما تسخن بالاندماج النووي) رياح شمسية الفراغ المحيط بين الكواكب الفراغ المحيط بين النجوم الفراغ المحيط بين المجرات حلقة أحد أقمار المشتري الأقراص الناشئة من تكوين الأجسام النجمية الضخمة سديم المجرات

خصائص ومعالم البلازما

الأرض منبع البلازما حيث نرى أيونات الأكسجين والهيدروجين والهليوم تتدفق إلى الفضاء من مناطق قريبة من القطبين. اللون الأصفر الذي فوق القطب الشمالي يرمز إلى ضياع الغازات إلى الفضاء الخارجي. المنطقة الخضراء ترمز إلى شفق القطب الشمالي أوطاقة البلازما التي تتدفق عائدة إلى الأرض

تعريف البلازما

يعتبر وصف البلازما على أنها وسط متعادل من الجسيمات سالبة وموجبة الشحنة، وصفاً ضعيفاً تعوزه الدقة وذلك لأن تعريف البلازما لابد حتى يتضمن ثلاثة معايير مما يعطى دقة أكثر وهي :-

1.تقارب الپلازما: الجسيمات المشحونة يجب حتى تكون متقاربة بدرجة حتى لكل جسيم له حتى يؤثر على الكثير من الجسيمات القريبة بدلاً من مجرد التفاعل مع أقرب الجسيمات (والتأثير الجماعي هي الصفة المميزة للبلازما). تقارب البلازماقد يكون له تأثير أقوى حدثا كانت أعداد الإلكترونات داخل المجال المؤثر (يسمى كرة ديباي) لها نصف قطر من الجسيمات الكبيرة يسمى (طول ديباي). معدل عدد الجسيمات بمجال ديباي هوقيمة أومقدار البلازما ويرمز على شكل "Λ" وهوحرف لامدا بالأبجدية الإغريقية.

2.حجم التفاعلات في البلازما: حيث حتى نصف قطر ديباي Debye صغير بالمقارنة بالحجم الطبيعي للبلازما الموجودة في الكون. وهذا يعنى حتى مقدار التفاعلات الحادثة في قلب كتلة البلازما لها أهمية كبيرة عنها على حواف البلازما آخذين في الاعتبار تأثير ما يحيط بالبلازما من الوسط المحيط بها.

3.تردد البلازما: تردد الإلكترونات في البلازما هوكبير بالمقارنة بتردد الإلكترون في حالته المتعادلة (ويقيس التردد البلازمي للإلكترون ويسمى موجات البلازما أوموجات لانغموير تقيس كثافة الشحنة في محيط موصل مثل البلازما والمعادن. وينتج من الكمية في هذا التردد (الپلازمون) وهوشبه جزيء للبلازما)أكبر من تردد الإلكترون بالحالة الطبيعية (بقياس موجات التصادم بين الإلكترونات والجسيمات المحايدة) بهذه الحالة البلازما تتصرف بحماية شحناتها بسرعة (شبه محايد هوتعريف آخر للبلازما).

نطاقات مقادير البلازما

تختلف قيم البلازما حسب القيم الأسّية، لكن خصائص البلازما قد تكون متقاربة جدا كما هوموجود بجدول مقياس البلازما. الجدول التالي ببين فقط البلازما الذرية التقليدية وليست الظواهر الغريبة مثل بلازما الكواركات لأن (هذه البلازما ) تتميز بحالة نووية ذات كثافة مادية هائلة:

مستويات البلازما: حيث الكثافة تزداد إلى الأعلى والحرارة باتجاه اليسار. الإلكترونات الحرة بالمعادن قد تقيَم كإلكترونات بلازمية

	تسلسل مقادير البلازما: بالأس العشري
الميزة	البلازما الأرضية	البلازما الكونية
الحجم بالأمتار	10⁻⁶ م (بلازما مختبرات) حتى 10² م (البرق) (~8 مدى بالأس العشري)	10⁻⁶ م (غلاف سفينة الفضاء) حتى 10²⁵ م (سديم المجرات) (~31 أس)
الحياة بالثواني	10⁻¹² ث (البلازما الليزرية) حتى 10⁷ ث (لمبات الفلورسنت) (~19 أس)	10¹ ث (الإنفجارات الشمسية) حتى 10¹⁷ ث ( بلازما المجرات ) (~17 أس)
الكثافة الجسيمات لكل متر مكعب	10⁷ م^-3 حتى 10³² م^-3 (حد الجمود للبلازما)	10⁰ (أي = 1) م^-3 (مابين المجرات) حتى 10³⁰ م^-3 (باطن النجوم)
درجة الحرارة بالكالفن	~0 ك (بلازما متبلورة) حتى 10⁸ ك (بلازما الاندماج المغناطيسي)	10² ك (الشفق) حتى 10⁷ ك (باطن الشمس)
المجال المغناطيسي بالتسلا	10⁻⁴ ت (بلازما مختبرات) حتى 10³ ت (البلازما النبضية)	10⁻¹² ت (مابين المجرات) حتى 10¹¹ ت (قرب النجوم النيوترونية)

درجة تأين البلازما

التأين ضروري لتكوين البلازما، المقصود ب"كثافة البلازما" هي الكثافة الإلكترونية. بمعنى كمية الإلكترونات المتحررة لكل وحدة مساحة. درجة التأين هي كمية الذرات التي خسرت أوكسبت إلكترونات وتكون الحرارة هي العامل القوي المتحكم بذلك. لوحتى جزءاً من الغاز بما يساوي 1% من الجزيء قد تأين فسوف يأخذ صفة شبه البلازما (بمعنى أنه متأثر بمجال مغناطيسي وهوموصل كهربائي قوي).

درجة التأين '"`UNIQ--postMath-00000001-QINU`"' تعهد بالمعادلة:

'"`UNIQ--postMath-00000002-QINU`"'

حيث أن: '"`UNIQ--postMath-00000003-QINU`"' كثافة الأيونات و'"`UNIQ--postMath-00000004-QINU`"' كثافة الذرات غير المتأينة (المحايدة).

ترتبط كثافة الإلكترون بدرجة التأين عن طريق حالة متوسط الشحنة '"`UNIQ--postMath-00000005-QINU`"' للأيون خلال المعادلة التالية:

'"`UNIQ--postMath-00000006-QINU`"' حيث حتى '"`UNIQ--postMath-00000007-QINU`"' ترمز إلى كثافة الإلكترونات.

الپلازما مع درجة قليلة من التأين تسمى "بلازما باردة". ومن الممكن الحصول على بلازما بدرجة قليلة من التأين (أكثر الغازات المحايدة) بمعنى حتى الأيونات ذات درجة عالية من التأين تكون الإلكترونات قليلة موجودة لكل أيون.

الحرارة

تقاس حرارة البلازما بالكالفن أوإلكترون فولت، وهي قياس للطاقة الحركة الحرارية لكل جزيء، كثيرا من الأحيان الإلكترونات تكون قريبة من حالة التوازن الحراري لأن الحرارة تكون واضحة المعالم. حتى بحالة الانحراف في معادلات ماكسويل لتوزيع الطاقة ومثال على ذلك: أشعة فوق البنفسجية ،الجسيمات النشطة أومجال كهربائي قوي وبسبب التفاوت الكبير بالحجم الإلكترونات تأتي إلى حالة التوازن ديناميكا الحرارية بأنفسهم أسرع من حتى يتحولوا إليها من خلال الأيون أوالذرات الطبيعية. لهذا السبب حرارة الأيونات تكون مختلفة عن حرارة الإلكترون وعادة أبرد. وهذا معتاد ببلازما الأيونات الضعيفة حيث الأيونات تكون قريبة من الحرارة المحيطة.

استناداً للحرارة المرتبطة بالإلكترونات والأيونات والجسيمات المحايدة فإن البلازما يمكن تصنيفها على إنها الحرارية أولاحرارية.

البلازما الحرارية: تكون فيها الإلكترونات والأجسام الثقيلة بنفس درجة الحرارة أي أنهم بحالة التوازن الحراري مع بعضهم البعض ..
البلازما اللاحرارية: تكون الأيونات والجسيمات المحايدة بحالة الحرارة المحيطة بها بينما الإلكترونات تكون أكثر حرارة بكثير.

وكما أسلفنا فإن الحرارة تتحكم بدرجة التأين بالبلازما. بالخصوص حتى تأين البلازما محدد بدرجة حرارة الإلكترون المتصلة بطاقة التأين (وبدرجة أضعف بالكثافة). البلازما أحيانا يشار إليها بأنها حارة إذا كانت متأينة بدرجة تامة، أوباردة إذا كان جزئ سهل (كمثال1%) من جزيء الغاز متأين ولكن التعريفات الأخرى للبلازما الحارة والباردة هي معروفة. حتى في حالة البلازما الباردة فإن درجة حرارة الإلكترون المثالية تكون حوالي عدة آلاف من الدرجات المئوية. البلازما المستخدمة في التكنولوجيا البلازمية عادة تكون باردة في هذا الصدد..

البرق هومثال للبلازما الموجود على سطح الأرض. تفريغ البرق للكهرباءقد يكون عادة 30,000 أمبير، ويصل إلى 100 مليون فولت. يصدر منها الضوء وأشعة الراديووأشعة سينية وحتى أشعة غاما. درجة حرارة البلازما بالبرق قد تصل ~28,000 كالفن (~27,700°C) وكثافة الإلكترون قد تتعدى ²⁴10/متر³.

الجهد الكهربي

بما حتى البلازما موصل قوي للكهرباء فمقادير الجهد الكهربية ستأخذ دورا مهما. وبما حتى الجهد موجود ما بين جسيمين مشحونين بالفضاء. فإذا وضع إلكترود أوقطب كهربي بالبلازما فإن الجهد بشكل عام سيتحرك بقوة إلى مادون جهد البلازما بسبب نشوء ما يسمى غشاء ديباي. بسبب جودة التوصيل الكهربي فإن المجال الكهربي للبلازما يصبح صغيرا جدا وهذا يفضي إلى مفهوم مهم لشبه الحياد والذي يقول إذا كانت كمية التقارب الحقيقية جيدة فالمفروض حتى كثافة الشحنات السالبة تعادل كثافة الشحنات الموجبة خلال مساحة كبيرة من البلازما حيث حتى المعادلة: ('"`UNIQ--postMath-00000008-QINU`"') على مقياس طول ديباي قد يحدث الشحن غير متوازن. بهذه الحالة الخاصةقد يكون الطبقات المزدوجة متشكلة وتوزيع الشحن يمكن حتى يمتد إلى عشرات من أطوال ديباي.

مقادير الجهد والمجالات الكهربية يجب حتىقد يكونوا محددين بالوسط المحيط بدلا من إيجاد صافي كثافة الشحنات. المثال العام لنعهد حتى الإلكترون بحالة طبيعية معادلة بولتزمان:

'"`UNIQ--postMath-00000009-QINU`"'.

ميزة تلك المعادلة تجعل الحالة قادرة على حساب المجال الكهربي من الكثافة:

'"`UNIQ--postMath-0000000A-QINU`"'.

ممكن إنتاج بلازما ليست شبه محايدة فمثلا شعاع الإلكترون له شحنة سالبة. كثافة البلازما غير المحايدة يجب حتى تكون قليلة أوصغيرة جدا وإلا ستنتشر بطريقة الكهرباء الساكنة غير المرغوب فيها. بالبلازما الكونية، حاجز ديباي يمنع المجال الكهربي من التأثير المباشر على البلازما خلال مسافة كبيرة (أبعد من طول ديباي). لكن ظهور الجزيئات المشحونة يجعل البلازما تولد وتتأثر بالمجال المغناطيسي. وهذا يسبب سلوكا معقدا مثل نشوء الطبقات المزدوجة التي تفصل الشحنات عن بعضها البعض خلال العشرات من أطوال ديباي. ديناميكا البلازما تتأثر مع المجالات المغناطيسية سواءا الخارجية أوالمنتجة ذاتيا.

المغنطة

البلازما الممغنطة هي التي في مجال مغناطيسي قوي لدرجة أنه يؤثر على حركة الجسيمات المشحونة. المعيار الكمي المشهجر هوحتى الجسيم بالمتوسط يكمل على الأقل دورة كاملة حول المجال المغناطيسي قبل الاصطدام أوالالتحام (بمعنى '"`UNIQ--postMath-0000000B-QINU`"' حيث حتى '"`UNIQ--postMath-0000000C-QINU`"' هوعدد دورات الإلكترون حول المجال و'"`UNIQ--postMath-0000000D-QINU`"' هومعدل اصطدام الإلكترون).قد يكون بالعادة حتى الإلكترونات ممغنطة والأيونات غير ممغنطة. البلازما الممغنطة( المغناطيسية) تكون مختلفة الخصائص بمعنى حتى هناك خصائص تتوازى مع المجال المغناطيسي وهناك عمودية عليها. بما حتى المجال الكهربي بالبلازماقد يكون ضعيفا بسبب قوة التوصيل، ولكنه يتوافق مع حركة البلازما بالمجال المغناطيسي بالمعادلة التالية:

E = -v x B (حيث حتى E هوالمجال الكهربي.. وv هوالسرعة.. وB يعني المجال المغناطيسي) وهذا المجال الكهربي لم يتأثر بحاجز ديبي, ولكن على أطراف البلازماقد يكون المجال الكهربي أساسا صفر.

مقارنة بين الپلازما وحالات المادة الأخرى

البلازما هي الحالة الرابعة للمادة وتتميز عن غيرها من حالات المادة بالطاقة الهائلة التي تمتلكها. وهوذوصفات مقاربة للحالة الغازية ولكن ليس له شكل محدد أوكتلة.ينظر الفهماء للبلازما على أنها أكثر أهمية من الغاز بسبب الحالات المتميزة له، راجع الجدول التالي:

الخاصية	الغاز	البلازما
توصيل كهربي	ضعيف جدا الغازات عازل قوي إلا في حالة تحولها إلى مادة بلازمية في مجال كهربي قوته فوق 30 كيلوفولت/ سم.	قوي جدا لأغراض عديدة التوصيل بالبلازما ممكن حتى يعامل على أنه غير محدود.
الأنواع التي تمثلها	نوع واحد جميع الجزيئات تتصرف بطريقة مشابهة, تتأثر بالجاذبية وتتصادم مع بعضها البعض	اثنان أوثلاثة إلكترون أوأيون أو محايد وتتوزع حسب نوع الشحنة وتتصرف عند أكثر الحالات باستقلالية حسب الحجم والسرعة والحرارة وبظهور أنواع جديدة من الموجات وعدم الإستقرارية
توزيع السرعة	نظام ماكسويل لتوزيع السرعات التصادم يتبع نظام ماكسويل لتوزيع السرعات عند جميع الجزيئات، عدا بعض الجزيئات السريعة.	غير خاضع لنظام ماكسويل تفاعلات التصادم ضعيفة عند البلازما الحارة والقوة الخارجية قادرة على تحريك البلازما من مكانها المتوازن وتؤدي إلى كثافة قوية من الجسيمات السريعة الغير عادية.
التفاعلات	مزدوج اصطدام بين جسيمين ونادرا بين ثلاثة.	تراكمي تموج أوحركة منتظمة للبلازما مهم جدا لأن الجسيمات تتفاعل لمجالات أبعد خلال القوى الكهربية والمغناطيسية.

حالات البلازما المعقدة

بقية من نجم متفجر, كرة ضخمة من البلازما المتوسعة. اللون الأزرق للقشرة الخارجية نشأت بواسطة أشعة إكس المنبعثة من إلكترونات عالية السرعة

بالرغم حتى المعادلات التي تحكم البلازما هي بسيطة نوعاً ما, إلا إذا سلوك البلازما غير عادي ومتغير وفيه ذكاء. ظهور تصرف غير متسقط من شكل عادي هوتصرف طبيعي من نظام معقد, مثل هذه النظم تميل في بعض الأحيان في سلوكها ما بين النظام والفوضى، ومن الصعب وصفها سواءً عبر قوانين رياضية بسيطة أوبالعشوائية التامة. التشكيل العفوي من الميزات المكانية بالسلسلة الواسعة من الجداول الطويلة هوأحد مظاهر التعقيد بالبلازما. التشكيلات جميلة فمثلاً لأنها حادة جداً، التحيز بالمكانقد يكون متبتر(المسافة بين المجسمات أكبر من الأجسام نفسها) أوشكل كسري.

أغلب تلك الجسيمات تمت دراستها مخبرياً بادئ الأمر ومن ثمّ تعهد الناس عليها. أمثلة على تعقيدات وهجريب الأجسام بالبلازما يشتمل على:

التفتيل

الشروخ والقنوات أوالأمور الضئيلة ترى في أغلب البلازمات مثل كرة البلازما والشفق والبرق والتقوس الكهربي ووهج الشمس وبقايا الانفجار النجمي فهي ترتبط أحيانا مع أكبر كثافة موجودة وتسمى بالحبال المغناطيسية.

الكتل أوالطبقات المزدوجة

الصفائح الضيقة ذات الحواف الحادة مثل الكتل أوالطبقات المزدوجة والتي تسبب التغير السريع بخصائص البلازما. الطبقات المزدوجة مسئولة عن تمركز الشحنات المنفصلة والتي تسبب الاختلاف الكبير بالجهد خلال الطبقة ولكن لا تولد أي مجال كهربائي خارجها. الطبقات المزدوجة تباعد بين مناطق البلازما المتقاربة بأشكال مختلفة وتكون موجودة بالعادة بالتيارات حاملة البلازما وهي تعجل سرعة الإلكترونات والأيونات.

المجال الكهربي والدوائر

خاصية شبه الحيادية بالبلازما تتطلب من تيارات البلازما حتى تكون متقاربة من بعضها البعض بالدوائر الكهربية, هذه الدوائر تخضع لقانون كيرشوف للدائرة الكهربية وتحتوي على مقاومة وعامل مستحث, تلك الدوائر يجب حتى تعامل كنظام مزدوج قوي, جميع منطقة بلازما مستقلة بسلوكها بالدائرة الداخلية، إنها الترابط القوي بين عناصر النظام معا مع عدم الاستقامة مما يقود إلى سلوك معقد. الدوائر الكهربية بالبلازما تخزن طاقة مستحثات(مغناطيسية). وان تكون تلك الدائرة معطلة فمثلا عند عدم استقرار البلازما, الطاقة المستحثة ستخرج كمسخن ومسارع للبلازما, وهذا هوتفسير الحرارة التي توجد بالهالة الشمسية. التيار الكهربي وبالتحديد المجال المغناطيسي المصطف مع التيار الكهربي(الذي أحيانا يشير إلى تيارات بيركلاند) تلاحظ عادة بالشفق الأرضي وفي فتائل البلازما

البناء الخلوي

الصفائح الضيقة ذات الحواف الحادة ممكن تعزل المناطق مع خواصهم المتنوعة مثل المغناطيسية والكثافة والحرارة مما ينتج مناطق تشبه الخلايا. الأمثلة على ذلك المحيط المغناطيسي والمحيط الشمسي وغطاء المجال الشمسي. هنز ألفن خط: وجهة نظر عالم بالكونيات هوحتى أبرز أبحاث اكتشافات الفضاء هوبالاحتمال تكوين الكون الخلوي كما تبين في جميع منطقة من مناطق الفضاء التي يمكن الإطلاع عليها في المسقط، هناك عدد من الحوائط الخلوية، صفائح من التيار الكهربي التي تقسم الكون إلى أقسام مع اختلاف بالمغناطيسية والحرارة والكثافة والخ".

سرعة التأين الحرجة

هي السرعة النسبية ما بين البلازما المتأينة والغاز المحايد حيث يحصل التأين للغاز، عملية التأين الحرجة هي تقنية عامة للتحويل طاقة الحركية لدفق الغاز السريعة إلى طاقة البلازما أوالتأين الحرارية. إذا ضخت طاقة أكثر فإن سرعة الذرات أوالجزيئات لن تتعدى سرعة التأين الحرجة حتىقد يكون الغاز تام التأين هذه الظاهرة الحرجة هي حالة نموذجية من نظام معقد ويمكن حتى تؤدي إلى ميزات مكانية أوزمانية شديدة.

الپلازما الشديدة البرودة

ممكن إنتاج بلازما شديدة البرودة باستخدام الليزر لإمساك وتبريد الذرات المحايدة إلى درجة حرارة تعادل 1مللي كلفن أوأقل, وليزر آخر يأين الذرات بواسطة إعطاء الإلكترونات الأبعد طاقة كافية للخروج من مجالها الذري. النقطة المهمة في البلازما الشديدة البرودة هي معالجة الذرات بدقة بواسطة الليزر، والسيطرة على طاقة الحركة للإلكترونات المتحررة. باستخدام ليزر نبضي معين يمكن إنتاج طاقة إلكترون مقارنة لدرجة حرارة صغيرة تعادل 0.1 ك، ونطاق التردد لليزر النبضي محدد سلفا. فالأيون يحافظ على درجة حرارة تساوي مللي كالفن في الذرة المحايدة. هذا النوع من البلازما الشديدة البرودة الغير متوازنة ينشأ بسرعة، ويضع أسئلة كثيرة لهذا السلوك بدون إجابة لها والتجارب أفضت إلى كشف ديناميكات غريبة وسلوك إعادة الارتباط مما زاد من حدود معهدتنا بفهم البلازما. إحدى الحالات الغير مستقرة للبلازما الغير مثالية هي حالة ريدبرج، الذي يشكل من تكثيف الذرات بالإثارة.

الپلازما اللاحيادية

الشبه حيادية هي مقدرة ومدى قوة الإلكترون وجودة التوصيل بالبلازما التي عادة تضمن تعادل في كثافة الشحنات السالبة والموجبة لكل نطاق محدد. أما البلازما المحتوية على كمية إضافية من كثافة شحنة معينة بحالات قصوى يتكون فقط لصنف واحد يسمى بلازما لاحيادية. بالبلازما المجال الكهربي هوالمهيمن مثل حزمة الجزيئات المشحونة والغيوم الإلكترونية والبلازما البوزيترونية (هوجسيم مضاد مساوي لكتلة الإلكترون وذوشحنة موجبة)..

البلازما المغبرة والبلازما الحبيبية

البلازما المغبرة تكون عادة بالفضاء الكوني وتتميز بوجود الغبار فيها فإذا صارت الجسيمات أكبر فتكون حبيبية وهي لها تصرفات البلازما.

الوصف الرياضي

The complex self-constricting magnetic field lines and current paths in a field-aligned Birkeland current that may develop in a plasma

لوصف حالة البلازما تماما نحتاج لنعهد أماكن وسرعة الجسيمات ووصف المجال الكهرومغناطيسي بمنطقة البلازما، لكن ليس من الضروري حتى نفحص جميع الجسيمات بالبلازما، لهذا فهماء البلازما يعطون بتفصيل أقل للنماذج المعروفة وهناك نوعين مهمين

نموذج الموائع

نموذج الموائع يصف البلازما من حيث الكميات السهلة مثل الكثافة والسرعة المتوسطة حول جميع مسقط. أحد نماذج الموائع البسيطة نظرية ديناميكية هيدرومغناطيسي(ديناميكيات الموائع الموصلة في مجالات كهربية ومغناطيسية شبه مستقرة, وهذه الموائع قد تكون معادن فلزية سائلة كالزئبق أوالفلزات القلوية المنصهرة أوقد يحدث غاز ضعيف التأين أوبلازمات) وهي تتعامل مع البلازما كمائع وحيد محكوم بهجريبة من (معادلات ماكسويل ومعادلات نافير-ستوك) الوصف الآخر هونظام الموائع الثنائي. حيث حتى الإلكترون والأيون يعاملان منفصلين عن بعضهما البعض. نظام الموائع عادةقد يكون دقيق إذا صار الاصطدام عالي بدرجة كافية لكي يصل توزيع سرعة البلازما مقاربة لقانون (توزيع ماكسويل بولتزمان). والسبب حتى نظام الموائع يصف البلازما كمجرى واحد بدرجة حرارة محددة لكل مسقط مكاني, فإنه لا يمكنه اصطياد سرعة الأجسام الفضائية مثل الشعاع أوالطبقات المزدوجة ولا يحل تأثير أجسام الموجات.

النموذج الحركي

هذا النموذج يصف توزيع سرعة الجسيم لكل نقطة بالبلازما ولا نحتاج للافتراض بقانون توزيع ماكسويل بولتزمان. وصف الحركة ضروري للبلازما العديمة الاصطدام. هناك طريقتان معروفتان لوصف الحركة بالبلازما، الأولى تعتمد وظيفة التوزيع السهل على الشبكة في السرعة والمسقط أما الأخرى فتسمى تقنية الجزيء في الخلية فتضم المعلومات الحركية بإتباع مسارات لعدد كبير من الجزيئات الفردية. نموذج الحركي أكثر كثافة حسابيا من نموذج الموائع, ويستخدم معادلة فلاسوف لوصف نشوء نظام الجزيئات بالبيئة الكهرومغناطيسية.

الپلازما الاصطناعية الشائعة

تنتج معظم البلازما الصناعية بتطبيقات المجالات الكهربية أوالمغناطيسية أوكليهما. البلازما المنتجة مخبريا ثم للاستخدام الصناعي يمكن حتى تصنف بشكل عام حسب:

نوع مصدر الطاقة المنتجة لتلك البلازما، بمعنى التيار الكهربي، تردد موجي، وتردد ذوالموجات الدقيقة (Microwave).
مجال الضغط لديها: ضغط الفراغ <عشرة مللي تور، ضغط جزئي ~ 1 تور، الضغط الجوي 760 تور=1 بار=1.013 نيوتن/متر مربع.
درجة التأين بالبلازما: تأين كامل، تأين نسبي، تأين ضعيف.
علاقة الحرارة داخل البلازما: بلازما حرارية (Te = T_ion = T_gas)، بلازما غير حرارية أوباردة (Te >> T_ion = T_gas).
شكل القطب المستخدم لتوليد البلازما.
مغناطيسية الجسيمات الداخلة بالبلازما: ممغنطة (الأيون والإلكترون كليهما محاصران في مدار لارمور بواسطة المجال المغناطيسي) ، ممغنطة جزئيا (الإلكترونات فقط هي المحاصرة بواسطة المحال المغناطيسي)، غير ممغنطة (حيث المجال المغناطيسي ضعيف عن إمساك الجزيئات حول المدارات).
الاستعمال والتطبيق.

توليد الپلازما الاصطناعية

Artificial plasma produced in air by a Jacob's Ladder

Just like the many uses of plasma, there are several means for its generation, however, one principle is common to all of them: there must be energy input to produce and sustain it. For this case, plasma is generated when an electric current is applied across a dielectric gas or fluid (an electrically non-conducting material) as can be seen in the adjacent image, which shows a discharge tube as a simple example (DC used for simplicity).

The potential difference and subsequent electric field pull the bound electrons (negative) toward the anode (positive electrode) while the cathode (negative electrode) pulls the nucleus. As the voltage increases, the current stresses the material (by electric polarization) beyond its dielectric limit (termed strength) into a stage of electrical breakdown, marked by an electric spark, where the material transforms from being an insulator into a conductor (as it becomes increasingly ionized). The underlying process is the Townsend avalanche, where collisions between electrons and neutral gas atoms create more ions and electrons (as can be seen in the figure on the right). The first impact of an electron on an atom results in one ion and two electrons. Therefore, the number of charged particles increases rapidly (in the millions) only "after about 20 successive sets of collisions", mainly due to a small mean free path (average distance travelled between collisions).

القوس الكهربائي

Cascade process of ionisation. Electrons are "e−", neutral atoms "o", and cations "+".

Avalanche effect between two electrodes. The original ionisation event liberates one electron, and each subsequent collision liberates a further electron, so two electrons emerge from each collision: the ionising electron and the liberated electron.

With ample current density and ionisation, this forms a luminous electric arc (a continuous electric discharge similar to lightning) between the electrodes.Electrical resistance along the continuous electric arc creates heat, which dissociates more gas molecules and ionises the resulting atoms (where degree of ionisation is determined by temperature), and as per the sequence: solid-liquid-gas-plasma, the gas is gradually turned into a thermal plasma. A thermal plasma is in thermal equilibrium, which is to say that the temperature is relatively homogeneous throughout the heavy particles (i.e. atoms, molecules and ions) and electrons. This is so because when thermal plasmas are generated, electrical energy is given to electrons, which, due to their great mobility and large numbers, are able to disperse it rapidly and by elastic collision (without energy loss) to the heavy particles.

أمثلة على البلازما الصناعية

إفراغ بالضغط المنخفض

پلازما تفريغ متوهج: بلازما غير حرارية تتولد بتطبيقات من التيار الكهربي المستمر أوتردد منخفض لموجات المجال الكهربي للفراغ ما بين قطبين معدنيين (أقل من 100 ك هرتز). وأشهر تطبيق لذلك هوإضاءة الفلوريسنت.
پلازما مقترنة بالسعة: شبيهة لما قبلها ولكن بحاجة إلى مجال كهربي ذوتردد عالي من الموجات (تقديريا 13.56 ك هرتز). وهذه تختلف عن التفريغ المتوهج بأن الأغلفة أقل كثافة بكثير. وهذه التطبيقات تستخدم بشكل رائج في الصناعات الدقيقة وصناعة الدوائر المتكاملة لعمل النقش البلازمي والإزالة بالبلازما المعززة بالأبخرة الكيميائية.
پلازما مقترنة بالحث: مشابه للتقارن بالسعة ومشابه بالتطبيقات ولكن القطب يحتوي على ملف يغطي منطقة التفريغ مما يثير البلازما بالحث.
پلازما المسخنة بالموجات: مماثلة للتقارن بالحث والسعة من حيث الترددات ولكن الموجات تسخن بواسطة كلا الوسيلتين الكهروستاتيكية والكهرومغناطيسية. وهي بحاجة إلى مجال مغناطيسي متحد المحور لانتشار الموجات.

إفراغ بالضغط الجوي

تفريغ قوسي: وهوما يسمى باللحام وهي طاقة لتصريف درجات حرارة عالية (~ 10000 كالفن). وتولد من عدة مصادر طاقة. وتستخدم بشكل عام بعمليات التعدين. عملى سبيل المثال، تستخدم لإذابة الصخور المحتوية على أكسيد ألومنيوم لإنتاج معدن الألمونيوم.
التفريغ الإكليلي: تفريغ لا حراري ويولد بواسطة تطبيق جهد كهربي عالي على الأطراف الحادة للقطب. ويستخدم بشكل عام لتوليد غاز الأوزون ومرسبات الجسيم.
تفريغ حاجز العازل الكهربي: تفريغ لا حراري يولد بتطبيق جهد كهربي عالي خلال فجوات بحيث العازل الغير موصل يمنع انتنطق تفريغ البلازما إلى تقوس. والعادة يخطأ بالتسمية بالتفريغ الإكليلي بالصناعة مع انهما متشابهين بالتطبيقات. تستخدم بنطاق واسع لعمل تشابك الأنسجة الصناعية واللدائن.

المحولات الديناميكية المائية المغناطيسية

A world effort was triggered in the 1960s to study magnetohydrodynamic converters in order to bring MHD power conversion to market with commercial power plants of a new kind, converting the kinetic energy of a high velocity plasma into electricity with no moving parts at a high efficiency. Research was also conducted in the field of supersonic and hypersonic aerodynamics to study plasma interaction with magnetic fields to eventually achieve passive and even active flow control around vehicles or projectiles, in order to soften and mitigate shock waves, lower thermal transfer and reduce drag.

Such ionized gases used in "plasma technology" ("technological" or "engineered" plasmas) are usually weakly ionized gases in the sense that only a tiny fraction of the gas molecules are ionized. These kinds of weakly ionized gases are also nonthermal "cold" plasmas. In the presence of magnetics fields, the study of such magnetized nonthermal weakly ionized gases involves resistive magnetohydrodynamics with low magnetic Reynolds number, a challenging field of plasma physics where calculations require dyadic tensors in a 7-dimensional phase space. When used in combination with a high Hall parameter, a critical value triggers the problematic electrothermal instability which limited these technological developments.

مجالات البحث النشطة

Hall effect thruster. المجال الكهربي في پلازما ثنائية الطبقات هوفعال جداً في تسريع الأيونات، لدرجة حتى المجالات الكهربية تستخدم في ion drives

هذه هي قائمة جزئية من المواضيع. وهناك قائمة أكمل وأكثر تنظيماً في المسقط الإلكتروني لفهم وتكنولوجيا الپلازما.

نظرية الپلازما
- Plasma equilibria and stability
- تفاعلات الپلازما مع الموجات والشعاع الضوئي
- Guiding center
- Adiabatic invariant
- Debye sheath
- Coulomb collision
الپلازمات في الطبيعة
- The Earth's ionosphere
- Space plasmas, e.g. Earth's plasmasphere (an inner portion of the magnetosphere dense with plasma)
- Astrophysical plasma
- پلازمات صناعية
  - كيمياء الپلازما
  - Plasma processing
  - رذاذ الپلازما
  - شاشة بلازما

مصادر الپلازما
Dusty Plasmas
Plasma diagnostics
- Thomson scattering
- Langmuir probe
- Spectroscopy
- Interferometry
- Ionospheric heating
- رادار Incoherent scatter
تطبيقات الپلازما
- Fusion power
  - Magnetic fusion energy (MFE) — tokamak, stellarator, reversed field pinch, magnetic mirror, dense plasma focus
  - Inertial fusion energy (IFE) (also Inertial confinement fusion — ICF)
  - Plasma-based weaponry
- Ion implantation
- Plasma ashing
- معالجة الأغذية (پلازما غير حرارية)
- التخلص من النفايات باستخدام قوس الپلازما, تحويل النفايات إلى مواد مدورة باستخدام الپلازما.

مراجع

^ Crookes presented a lecture to the British Association for the Advancement of Science, in Sheffield, on Friday, 22 August 1879 [1] [2]
^ Announced in his evening lecture to the Royal Institution on Friday, 30th April 1897, and published in Philosophical Magazine, 44, 293 [3]
^ I. Langmuir, "Oscillations in ionized gases," Proc. Nat. Acad. Sci. U.S., vol. 14, p. 628, 1928
^ G. L. Rogoff, Ed., IEEE Transactions on Plasma Science, vol. 19, p. 989, Dec. 1991. See extract at http://www.plasmacoalition.org/what.htm
^ ref name="langmuir1928"
^ It is often stated that more than 99% of the universe is plasma. See, for example, D. A. Gurnett, A. Bhattacharjee, Introduction to Plasma Physics: With Space and Laboratory Applications (2005) (Page 2) and also K Scherer, H Fichtner, B Heber, "Space Weather: The Physics Behind a Slogan" (2005) (Page 138). Essentially all of the visible light from space comes from stars, which are plasmas with a temperature such that they radiate strongly at visible wavelengths. Most of the ordinary (or baryonic) matter in the universe, however, is found in the intergalactic medium, which is also a plasma, but much hotter, so that it radiates primarily as x-rays. The current scientific consensus is that about 96% of the total energy density in the universe is not plasma or any other form of ordinary matter, but a combination of cold dark matter and dark energy.
^ IPPEX Glossary of Fusion Terms
^ R. O. Dendy, Plasma Dynamics.
^ Hillary Walter, Michelle Cooper, Illustrated Dictionary of Physics
^ Daniel Hastings, Henry Garrett, Spacecraft-Environment Interactions
^ After Peratt, A. L., "Advances in Numerical Modeling of Astrophysical and Space Plasmas" (1966) Astrophysics and Space Science, v. 242, Issue 1/2, p. 93-163.
^ See The Nonneutral Plasma Group at the University of California, San Diego
^ See Flashes in the Sky: Earth's Gamma-Ray Bursts Triggered by Lightning
^ Richard Fitzpatrick, Introduction to Plasma Physics, Magnetized plasmas
^ Hong, Alice (2000). "Dielectric Strength of Air". The Physics Factbook.
^ Dickel, J. R., "The Filaments in Supernova Remnants: Sheets, Strings, Ribbons, or?" (1990) Bulletin of the American Astronomical Society, Vol. 22, p.832
^ Grydeland, T., et al, "Interferometric observations of filamentary structures associated with plasma instability in the auroral ionosphere" (2003) Geophysical Research Letters, Volume 30, Issue 6, pp. 71-1
^ Moss, Gregory D., et al, "Monte Carlo model for analysis of thermal runaway electrons in streamer tips in transient luminous events and streamer zones of lightning leaders" (2006) Journal of Geophysical Research, Volume 111, Issue A2, CiteID A02307
^ Doherty, Lowell R., "Filamentary Structure in Solar Prominences." (1965) Astrophysical Journal, vol. 141, p.251
^ Hubble views the Crab Nebula M1: The Crab Nebula Filaments
^ Zhang, Yan-An, et al, "A rope-shaped solar filament and a IIIb flare" (2002) Chinese Astronomy and Astrophysics, Volume 26, Issue 4, p. 442-450
^ Hannes Alfvén, Cosmic Plasma (1981) See section VI.13.1. Cellular Structure of Space.
^ R. G. Greaves, M. D. Tinkle, and C. M. Surko, "Creation and uses of positron plasmas", Physics of Plasmas -- May 1994 -- Volume 1, Issue 5, pp. 1439-1446
^ See Evolution of the Solar System, 1976)
^ خطأ استشهاد: وسم <ref> غير سليم؛ لا نص تم توفيره للمراجع المسماة Hippler
^ Chen, Francis F. (1984). . Plenum Press. ISBN . Archived from the original on 15 January 2018.
^ Leal-Quirós, Edbertho (2004). "Plasma Processing of Municipal Solid Waste". Brazilian Journal of Physics. 34 (4B): 1587–1593. Bibcode:2004BrJPh..34.1587L. doi:10.1590/S0103-97332004000800015.
^ خطأ استشهاد: وسم <ref> غير سليم؛ لا نص تم توفيره للمراجع المسماة Gomez
^ Plasma scattering of electromagnetic radiation : theory and measurement techniques. Froula, Dustin H. (1st ed., 2nd ed.). Burlington, MA: Academic Press/Elsevier. 2011. p. 273. ISBN . OCLC 690642377.CS1 maint: others (link)
^ Web site for Plasma science and technology

انظر أيضا

بلازما مغبرة
كرة بلازما
تقنية التخفي البلازمي
اندماج نووي
تقوس كهربي
طول ديبي
شفق قطبي

وصلات خارجية

عملية استثارة للبلازما على شكل رسوم متحركة
صفحة لشرح تقنيات البلازما
صفحات البلازما. قائمة شاملة للروابط الخارجية المتصلة بالبلازما.
مقدمة لفهم البلازما الفيزيائية محاضرة للتخرج معطاة بواسطة Richard Fitzpatrick | دروس للبلازما بواسطة I.H.Hutchinson
كتاب البلازما لمعهد أبحاث البحرية على الإنترنت (أوبلغة html )
صفحة الإندماج البلازمي
تفاعل مواد البلازما
طريقة خلق كرة متوهجه من البلازما بالميكروويف مع العنب | بالصوت والصورة
مشروع درس لوزارة الزراعة الأمريكية إزالة التلوث من المنتجات الطازجة بالبلازما الباردة
بلازما القوس الكهربي بالفرنسي | وبالإنجليزي

خطأ استشهاد: وسوم <ref> موجودة لمجموعة اسمها "Note"، ولكن لم يتم العثور على وسم <references group="Note"/> أوهناك وسم </ref> ناقص