كتب synthetic plasma

توليد البلازما الاصطناعية

مثل العديد من استخدامات البلازما، هناك عدة طرائق لتوليد البلازما، لكن هناك مبدأ واحد ثابت بهم جميعًا: لا بد أن يكون هناك مدخلات من الطاقة لإنتاجها والحفاظ عليها. وفي هذه الحالة، تولد البلازما عندما يُطبق تيار كهربائي عبر سائل أو غاز عازل (أي مادة عازلة للتوصيل الكهربائي) كما نرى في الصورة، والتي تُظهر أنبوب التفريغ كمثال بسيط (يُستخدم التيار المستمر للتوضيح).

يسحب فرق الجهد الكهربي والمجال الكهربي المولد عنه الإلكترونات (السالبة) نحو الآنود (القطب الموجب)، بينما يسحب الكاثود (القطب السالب) النواة. وكلما ازداد الجهد الكهربي، فإن التيار يضغط على المادة (بالاستقطاب الكهربي) بصورة تتجاوز حدودها العازلة إلى مرحلة من الانحلال الكهربي، متضحة بالشرارة الكهربية، حيث تتحول المادة من كونها عازلة إلى موصلة (لأنها تصير متأينة شيئًا فشيئًا). تُسمى تلك العملية تفريغ تاونسند، حيث يخلق التصادم بين الإلكترونات وذرات الغاز المتعادل المزيد من الأيونات والإلكترونات. أول تأثيرات الإلكترون على الذرة يُنتج أيونًا واحدًا وإلكترونين. وبالتالي، يزداد عدد الجسيمات المشحونة سريعًا (بالملايين) فقط "بعد نحو 20 جولة متوالية من التصادم"، بسبب صغر المسار الحر المتوسط (المسافة المتوسطة للسفر بين التصادمات).

القوس الكهربي

بتيار كافي الكثافة وتأين، يُشكل ذلك قوسًا كهربيًّا ساطعًا (تفريغ كهربي مستمر مشابه للبرق) بين الأقطاب. تخلق المقاومة الكهربية عبر القوس الكهربي المستمر حرارة، والحرارة تعزل بدورها المزيد من جزيئات الغاز وتأين الذرات الناتجة (حيث تحدد درجة التأين بدرجة الحرارة)، وكما يسير التسلسل صلب-سائل-غاز-بلازما، فإن الغاز يتحول تدريجيًّا إلى بلازما حرارية. البلازما الحرارية هي بلازما في حالة توازن، أي أن درجة الحرارة متجانسة نسبيًّا خلال الجسيمات الثقيلة (الذرات والجزيئات والأيونات) والإلكترونات. ذلك لأنه عندما تتولد البلازما الحرارية، تُعطى الطاقة الكهربية إلى الإلكترونات، بسبب حركيتها الكبيرة وعددها الهائل، قادرة على تفريقها بسرعة وبالتصادم المرن (دون فقط الطاقة) إلى الجسيمات الثقيلة.

أمثلة على البلازما الصناعية

المحولات الهيدروديناميكية المغناطيسيّة

تحركت الجهود العالمية في الستينات لدراسة المحولات الهيدروديناميكية المغناطيسيّة من أجل جلب المولدات الهيدروديناميكية المغناطيسيّة إلى السوق بنوع جديد من المصانع القوية تجاريًّا، محولة الطاقة الحركية بالسرعات العالية للبلازما إلى كهرباء بلا أجزاء متحركة، بكفاءة عالية. أجريت الأبحاث العلمية في مجال الديناميكا الهوائية ذات السرعة الفائقة وذات السرعة القصوى لدراسة تفاعل البلازما مع المجال المغناطيسي لتحقيق تحكم بالتدفق السلبي والنشط أيضًا حول المركبات أو المقذوفات، من أجل تليين والتخفيف من الموجة الصادمة، والانتقال الحراري المنخفض وتقليل مقاومة المائع.

تُستخدم مثل تلك الغازات المتأينة في "تكنولوجيا البلازما" (البلازما "التكنولوجية" و"الهندسية") هي في الغالب غازات ضعيفة التأين بمعنى أن هناك جزء قليل للغاية من جزيئات الغاز متأينة. تُعتبر تلك الأنواع من الغازات ضعيفة التأين من البلازما اللاحرارية (الباردة). في الحقول المغناطيسية، تشمل دراسة مثل تلك الغازات ضعيفة التأين الممغنطة اللاحرارية الهيدروديناميكا المغناطيسيّة المقاومة بعدد رينولد المغناطيسي المنخفض، المجال الحرج لفيزياء البلازما حيث تتطلب الحسابات موترات ديادية في فضاء الطور سباعي الأبعاد. عند استخدامه مع تأثير هول العالي، تستدعي القيمة الحرجة الاختلال الحراري الكهربي الذي يحد من التطورات التكنولوجية.

علم النفس

تشير الأبحاث العلمية إلى أن المجال المغناطيسي بالبلازما خلال البرق والرعد بإمكانه أن يحدث هلوسة في العقل البشري. يشير تقرير سري لوزارة الدفاع أنه "من المقبول طبيًّا" أن المجالات المغناطيسية المرتبطة بالبلازما تسبب هلوسة وأن "القرب من المجالات المرتبطة بالبلازما يمكنه أن يؤثر سلبًا على المركبة أو الشخص" يشير التقرير أيضًا أن العلماء في الاتحاد السوفييتي السابق كانوا يمضون قدمًا في تكنولوجيا مرتبطة بهذه الاكتشافات من أجل الأغراض العسكرية.