با انفجاربمب هیدروژنی در سال 1951انرژی گرما هسته ای به عنوان یک شکل جدید از انرژی که از پلاسما سرچشمه میگیرد پای به صحنه عمل گذارد.ماده تشکیل دهنده یک جرقه یا شفق قطبی نیز از نوع پلاسما هستند
پلاسما گاز شبه خنثایی از ذرات باردار و خنثی است که رفتار جمعی از خود ارائه میدهد. به عبارت دیگر میتوان گفت که واژه پلاسما به گاز یونیزه شدهای اطلاق میشود که همه یا بخش قابل توجهی از اتمهای آن یک یا چند الکترون از دست داده و به یونهای مثبت تبدیل شده باشند. یا به گاز به شدت یونیزه شدهای که تعداد الکترونهای آزاد آن تقریبا برابر با تعداد یونهای مثبت آن باشد، پلاسما گفته میشود.
دید کلی
میدانیم که برای ماده سه حالت جامد ، مایع و گاز در نظر گرفته میشود. اما در مباحث علمی معمولا یک حالت چهارم نیز برای ماده فرض میشود. حدوث طبیعی پلاسما در دماهای بالا ، سبب تخصیص عنوان چهارمین حالت ماده به آن شده است. یک نمونه بسیار طبیعی از پلاسما آتش است، بنابراین خورشید نمونهای از پلاسمای داغ بزرگ است.
حدود پلاسما تا قرن بیستم میلادی علم فیزیک فقط سه حالت از ماده را که در روی کره زمین به صورت جامدsolid))، مایع(liquid) و گاز(gas) وجود دارد می شناخت.اما امروزه میدانیم که قسمت عظیم جهان هستی از چهارمین حالت ماده به نام پلاسما(.plasma) تشکیل یافته است.این نام گذاری به وسیله دانشمند امریکایی اورینگلانگ میور(Irving Langmuir) (1957-1881)برنده جایزه نوبل شیمی سال 1932که از محققان ومطالعه کنندگان اولیه بر روی خواص این حالت چهارم ماده بود انجام شد.در علم فیزیک و شیمی یک پلاسما معمولاً یک گاز تمام یا قسمتی یونیزه شده است وبه دلیل خواص منحصر به فردش به عنوان جنبه متفاوتی از ماده در مقایسه با جامدات، مایعات وگازها مورد ملاحظه قرار میگیرد.
اگر گازی را فوق العاده حرارت دهیم یا آنکه آن را تحت تأثیر یک اختلاف پتانسیل الکتریکی قوی قرار دهیم، تعدادی از الکترونها از اتمهای گاز کنده شده و در نتیجه مخلوطی از اتم، الکترون،و یون خواهیم داشت که مجموعاً از نظر بار الکتریکی یک مخلوط خنثی را تشکیل می دهند. اگر درجه حرارت گاز بالا رود ودر نتیجه انرژی الکترونها افزایش یابد ، یا آنکه چگالی گاز به قدری ضعیف گردد که زمان ترکیب الکترون و یون طولانی گردد، در چنین حالتی به تهیه پلاسما موفق شده ایم.واین تهیه پلاسما به صورت مصنوعی می باشد و چنین حالتی در لامپهای نئون،تخلیه الکتریکی خطوط برق قوی ، وقوس و جرقه ناشی از برقی می توان مشاهده کرد،در حالی که پلاسما در طبیعت نیز وجود دارد. بعضی از محققان اظهار داشته اند هنگام رعد وبرق که در ابرها حاصل میشود، اگر یک ذره با انرژی زیاد همانند اشعه کیهانی از اتمسفر زمین بگذرد، گاز موجود در مسیر خود را یونیزه (ionized)کرده و تولید پلاسما می نماید که موجب برق و نور قابل روءیت می شود.
اغلب گفته میشود که 99% ماده موجود در طبیعت در حالت پلاسماست، یعنی به شکل گاز الکتریسته داری که اتمهایش به یونهای مثبت و الکترون منفی تجزیه شده باشد. این تخمین هر چند ممکن است خیلی دقیق نباشد ولی تخمین معقولی است از این واقعیت که درون ستارگان و جو آنها ، ابرهای گازی و اغلب هیدروژن فضای بین ستارگان بصورت پلاسماست. در نزدیکی خود ما ، وقتی که جو زمین را ترک میکنیم بلافاصله با پلاسمایی مواجه میشویم که شامل کمربندهای تشعشعی وان آلن و بادهای خورشیدی است.
در زندگی روزمره نیز با چند نمونه محدود از پلاسما مواجه میشویم. جرقه رعد و برق ، تابش ملایم شفق قطبی ، گازهای داخل یک لامپ فلورسان یا لامپ نئون و یونیزاسیون ، مختصری که در گازهای خروجی یک موشک دیده میشود. بنابراین میتوان گفت که ما در یک درصدی از عالم زندگی میکنیم که در آن پلاسما بطور طبیعی یافت نمیشود.
آیا کلمه پلاسما یک کلمه بامسما است؟
کلمه پلاسما ظاهرا بیمسما به نظر میرسد. این کلمه از لغت یونانی πλάσμα,-ατος,τό آمده است که هر چیز به قالب ریخته شده یا ساخته شده را گویند. پلاسما به علت رفتار جمعی که از خودشان نشان میدهد، گرایشی به متأثر شدن در اثر عوامل خارجی ندارد و اغلب طوری عمل میکند که گویا دارای رفتار مخصوص به خودش است.
حفاظ دبای
یکی از مشخصات اساسی رفتار پلاسما ، توانایی آن برای ایجاد حفاظ در مقابل پتانیسیلهای الکتریکی است که به آن اعمال میشوند. فرض کنید بخواهیم با وارد کردن دو گلوله بارداری که به یک باتری وصل شدهاند یک میدان الکتریکی در داخل پلاسما بوجود آوریم. این گلولهها ، ذرات یا بارهای مخالف خود را جذب میکنند و تقریبا بلافاصله ، ابری از یونهای اطراف گلوله منفی و ابری اطراف گلوله مثبت را فرا میگیرند. اگر پلاسما سرد باشد و هیچگونه حرکت حرارتی وجود نداشته باشد، تعداد بار ابر برابر بار گلوله میگردد، در این صورت عمل حفاظ کامل میشود و هیچ میدان الکتریکی در حجم پلاسما در خارج از ناحیه ابرها وجود نخواهد داشت. این حفاظ را اصطلاحا حفاظ دبای میگویند.
معیارهای پلاسما
• طول موج دبای (λD) باید خیلی کوچکتر از ابعاد پلاسما (L) باشد.
• تعداد ذرات موجود در یک کره دبای (ND) باید خیلی بزرگتر باشد.
• حاصلضرب فرکانس نوسانات نوعی پلاسما (W) در زمان متوسط بین برخوردهای انجام شده با اتمهای خنثی (t) باید بزرگتر از یک باشد.
کاربردهای فیزیک پلاسما
• تخلیههای گازی: قدیمیترین کار با پلاسما ، مربوط به لانگمیر ، تانکس و همکاران آنها در سال 1920 میشود. تحقیقات در این مورد ، از نیازی سرچشمه میگرفت که برای توسعه لولههای خلأی که بتوانند جریانهای قوی را حمل کنند و در نتیجه میبایست از گازهای یونیزه پر شوند احساس میشد.
• همجوشی گرما هستهای کنترل شده: فیزیک پلاسمای جدید (از حدود 1952 که در آن ساختن راکتوری بر اساس کنترل همجوشی بمب هیدروژنی پیشنهاد گردید، آغاز میشود.
• فیزیک فضا: کاربرد مهم دیگر فیزیک پلاسما ، مطالعه فضای اطراف زمین است. جریان پیوستهایی از ذرات باردار که باد خورشیدی خوانده میشود، به مگنتوسفر زمین برخورد میکند. درون و جو ستارگان آنقدر داغ هستند که میتوانند در حالت پلاسما باشند.
نوشته شده توسط مسعود ستاری در یکشنبه هفدهم دی 1385 ساعت 11:0 AM | لینک ثابت |
