فیزیک پلاسما: تفاوت میان نسخه‌ها

محتوای حذف‌شده محتوای افزوده‌شده

درخط

نسخهٔ ‏۱۷ اکتبر ۲۰۰۹، ساعت ۱۴:۳۳

فیزیک پلاسما از شاخه‌های فیزیک است که به بررسی یکی از اشکال وجود ماده یعنی پلاسما می‌پردازد.

از انجا که بخش بزرگی از جرم قابل مشاهدهٔ عالم، ستارگان با دماهای بسیار زیاد هستند، امکان وجود ماده به صورت‌های جامد و مایع در این اجرام منتفی است. از سوی دیگر گاز نیز، به دلیل این حرارت بسیار زیاد، تبدیل به یک توده یونیزه شده و به صورت مخلوطی از یون‌های مثبت(هسته اتم ها) یون‌های منفی (الکترون ها) و ذرات خنثی در می‌اید.

در این توده، به دلیل وجود نیروهای الکتریکی که بسیار قوی تر از نیروی گرانشی است ذرات بر روی هم تأثیر زیادی می‌گذارند. به طوری که حرکت بخشی از این توده، باعث تغییر در وضعیت حرکت و انرژیِ بخش‌های دیگر می‌شود که به این پدیده، اثر جمعی گفته شده، و هر گاه گاز به شدت یونیزه شده دارای این خاصیت باشد، پلاسما نامیده می‌شود و این بدین معنی است که بخش غالب ماده قابل مشاهده جهان، پلاسما است.

جالب این است که پلاسما ممکن است درعین حال دارای چندین دماباشد که این حالت باتوجه به اینکه میزان برخوردبین خود یونها یا خود الکترونها از میزان برخوردهای بین یک یون و یک الکترون بیشتراست می‌تواند پیش بیاید.

چند مورد از پلاسما که ما روزانه باآن سروکار داریم عبارت است از: جرقه رعدوبرق، تابش ملایم شفق قطبی، گازهادی داخل یک لامپ فلورسنت، چراغ نئون و یونش مختصری که در گازهای خروجی موشک دیده می‌شود.

پلاسما، امروزه نقش مهمی در توسعهٔ منابع انرژی، از راه همجوشی هسته‌ای یافته است.

این یک مقالهٔ خرد است. می‌توانید با گسترش آن به ویکی‌پدیا کمک کنید.

جستارهای وابسته

منابع

امواج غیر خطی، سولیتون‌ها و بی‌نظمی‌ها (انگلیسی)

@@ خط ۱: / خط ۱: @@
+{{تمیزکاری}}
-مقدمه:
+[[پرونده:Z-pinch H-gamma.jpg|thumb]]'''فیزیک پلاسما''' از شاخه‌های [[فیزیک]] است که به بررسی یکی از اشکال وجود ماده یعنی پلاسما می‌پردازد.
-رشد سریع جمعیت جهان در قرن بیستم و تغییر در شیوه زندگی انسانها، نیاز مبرم بشر به انرژی را افزایش می دهد. بعضی از محدودیت ها از قبیل رو به پایان بودن سوخت های فسیلی، عدم توزیع ذخائر نفتی به صورت  یکنواخت و آلوده کنندگی سوخت موجب نگرانی بشر نسبت به آینده شده است.  از این رو به دست آوردن منبع انرژی که سه مزیت فراوانی، ارزان بودن و بی ضرر بودن را داشته باشد بسیار مهم است. دانشمندان امید دارند که انرژی همجوشی هسته ای بتواند این انرژی را فراهم کند.
-یکی از روش های  مطرح در همجوشی هسته ای، روش محصور سازی لختی است. در این روش  با تراکم  نمودن ساچمه دو تریم- تریتیم (سوخت) به شعاع چند میلی متر توسط پرتوهای محرک موجب چگال شدن سوخت و بالا رفتن دمای سوخت تا kev5T= می شود. در چنین دمایی اتم های سوخت یونیده می شود و به صورت پلاسما در می آید. براثر تراکم، چگالی سوخت حدود 1000-500 برابر سوخت جامد می شود که موجب بالا رفتن آهنگ بر هم کنش همجوشی می شود. فشار ناشی از برهم کنش ها باعث فروریزی ساچمه می شود. این موج فشار تقریبا با سرعت امواج مکانیکی (امواج صوتی) در محیط ساچمه منتشر می شود که این امر باعث محدود شدن زمان محصور سازی تا مرتبه نانو ثانیه می شود. در این مدت زمان تقریبا 60-30 درصد سوخت مصرف می شود.
+از انجا که بخش بزرگی از [[جرم]] قابل مشاهدهٔ عالم، [[ستارگان]] با دماهای بسیار زیاد هستند، امکان وجود ماده به صورت‌های [[جامد]] و [[مایع]] در این اجرام منتفی است. از سوی دیگر [[گاز]] نیز، به دلیل این حرارت بسیار زیاد، تبدیل به یک توده یونیزه شده و به صورت مخلوطی از [[یون|یون‌های]] مثبت(هسته اتم ها) یون‌های منفی (الکترون ها) و ذرات خنثی در می‌اید.
-- پارامتر
-اگر در زمان سوختن قرص   شعاع آن (Rb) ثابت بماند فشاری که به واسطه گرم شدن قرص از همجوشی ناحیه های داغ بوجود آمده، سبب انبساط قرص و در نتیجه کاهش آهنگ  بر هم کنش ها ی گداخت می شود. تعداد کل یون های موجود در حجمی از سوخت در حال اشتعال را Nb فرض می کنیم پس:
+در این توده، به دلیل وجود نیروهای الکتریکی که بسیار قوی تر از نیروی گرانشی است ذرات بر روی هم تأثیر زیادی می‌گذارند. به طوری که حرکت بخشی از این توده، باعث تغییر در وضعیت حرکت و انرژیِ بخش‌های دیگر می‌شود که به این پدیده، اثر جمعی گفته شده، و هر گاه گاز به شدت یونیزه شده دارای این خاصیت باشد، پلاسما نامیده می‌شود و این بدین معنی است که بخش غالب ماده قابل مشاهده جهان، پلاسما است.
-که در آن Rfu آهنگ بر هم کنش های گداخت می باشد. در مورد سوخت D-T
+جالب این است که پلاسما ممکن است درعین حال دارای چندین دماباشد که این حالت باتوجه به اینکه میزان برخوردبین خود یونها یا خود الکترونها از
+میزان برخوردهای بین یک یون و یک الکترون بیشتراست می‌تواند پیش بیاید.
-با قبول برابر دانسیته یون های D و T و جایگزینی   به نتیجه زیر می رسیم:
+چند مورد از پلاسما که ما روزانه باآن سروکار داریم عبارت است از:
-که با انتگرال گیری مستقیم و قرار دادن 0n در 0t= و n در  (زمان پایان سوختن) به دست می آید:
+جرقه رعدوبرق، تابش ملایم [[شفق قطبی]]، گازهادی داخل یک لامپ [[فلورسنت]]، چراغ نئون و یونش مختصری که در گازهای خروجی موشک دیده می‌شود.
-پارامتر مناسب   راکسر مصرف سوخت معرفی می کنیم همچنین  که در آنm_i و  به ترتیب جرم و چگالی سوخت مرکزی ساچمه می باشند و   که   سرعت حرکت جرم مرکزی به سمت بیرون است و برابر   است که Ti دمای ناحیه مرکزی است با قراردادن مقادیر فوق در رابطه بالا و قبول این فرض که زمان سوختن نباید بیشتر از زمان فروریزی باشد  :
+پلاسما، امروزه نقش مهمی در توسعهٔ منابع انرژی، از راه [[همجوشی هسته‌ای]] یافته است.
-بنابراین پارامترمهم   برای همجوشی به روش لختی بدست می آید:
+{{خرد}}
-در حالت  مناسب برای سوختن  و در  مقدار عددی زیر برای   بدست می آید   که در شرایط   دانسیته مورد نظر   باشد که 1000 برابر چگالی مایعات است معیار لارسون و شرط    به دست آمده بیان کننده یک شرط هستند چرا که   یعنی
+==جستارهای وابسته==
-- ساختمان ساچمه:
+* [[معادله کورتوگ-دوریز]]
-طراحی ساختمان ساچمه به منظور افزایش تراکم سوخت در حال حاضر بخشی مهمی از مطالعات رابه خود اختصاص داده است  فراهم آوردن معیار لارسون با تکیه برفشار پرتو محرک مورد توجه قرار گرفته است بر این اساس هر ساله مدل های متفاوتی برای ساختمان ساچمه به منظور افزایش بهره انرژی آن ها ارائه و پیشنهاد می شود.
+* [[سولیتون]]
--1 ساچمه کروی:
+* [[رفتارهای غیر خطی]]
-در ساچمه کروی سوخت به صورت یک لایه متقارن و کروی حامل یک ناحیه خلا مرکزی تهیه می شود لایه سوخت توسط لایه دیگری به نام جذب کننده پوشانده می شود. انبساط سریع این لایه سوخت را با سرعت زیادی روانه مرکز می کند. برای اینکه انبساط لایه جذب کننده صرفا متوجه مرکز باشد، لایه دیگری به نام کوبه بر روی لایه جذب کننده قرار می دهند. پرتو متحرک لیزر، یون سبک یا یون سنگین را به ساچمه می تاباند. قسمت کمی از انرژی پرتو متحرک در لایه کوبه جذب می شود و بقیه این انرژی به لایه جذب کننده منتقل می شود. انتقال قسمت اعظم انرژی پرتو متحرک به لایه جذب کننده باعث انبساط سریع این لایه می شود در اثر این انبساط سوخت با شتاب زیادی روانه مرکز ساچمه می شود. در مرکز ساچمه، حجم سوخت کاهش یافته و لختی سوخت به همراه لایه جذب کننده تبدیل به یک ضربه ناگهانی می شود. این ضربه قادر است، سوخت را در مدت زمانی که لختی اثر می کند به مقدار زیادی متراکم سازد.
+* [[امواج غیر خطی تفرق‌زا]]
-طی مدت زمانی که سوخت به حالت متراکم باقی می ماند، برهم کنش های همجوشی انجام شده و انرژی آزاد می شود. در بعضی موارد به جای لایه کوبه و جذب کننده از موادی مثل پلیمر کربن- هیدروژن CH استفاده می کنند. با تاباندن نیرو به سطح ساچمه پلیمر تبخیر شده و روی ساچمه را می گیرد. پلیمرگازی به سمت خارج حرکت می کند. عکس العمل آن یک ضربه به سمت مرکز ایجاد می کند، که می تواند سوخت را متراکم کند. تهیه باریکه پرتوهای محرک هزینه زیادی را در حال حاضر به همراه دارد. به همین دلیل انتخاب جنس، ضخامت و چگالی لایه های تشکیل دهنده ساچمه ها برای دستیابی به بهره انرژی  بیشتر، مطالعات وسیعی را به دنبال داشته است. ضخامت یکسان و چگالی ثابت لایه های جذب کننده و کوبه در جهات متفاوت، میزان تراکم سوخت در مرکز را افزایش می دهد.
--2 ساچمه استوانه ای:
+==منابع==
-ساچمه استوانه ای به صورت استوانه های هم محور است که هر لایه آن از یک ماده ساخته می شود. قسمت مرکزی آن توسط دوتریم- تریتیم گازی پر می شود. در لایه بعدی دوتریم- تریتیم جامد قرار داده می شود که روی آن توسط لیتیوم و طلا به ترتیب پوشانده می شود، که البته می توان از یک میدان مغناطیسی محوری نیز برای کنترل پلاسما استفاده شود.
-- اشتعال ساچمه:
+* [http://www.amazon.com/Nonlinear-Waves-Solitons-Chaos-Infeld/dp/0521632129 امواج غیر خطی، سولیتون‌ها و بی‌نظمی‌ها] {{نشان زبان | en}}
-بر اساس طراحی ساچمه نحوه اشتعال ساچمه متفاوت می باشد. اشتعال به صورت حجمی یا جرقه ای است. در اشتعال حجمی وقتی ساچمه به بیشترین تراکم خود   می رسد تمام نقاط سوخت بطور همزمان گرم شده و به دمای   می رسد که واکنش همجوشی می توانند اتفاق بیفتد و اشتعال در تمام نقاط سوخت متراکم شده شروع می شود. این نوع اشتعال در ساچمه هایی رخ میدهد که مرکز ساچمه خلا باشد و پرتو محرک تک پالسی باشد. همچنین اگر نسبت جرم لایه هل دهنده به لایه سوخت بیش از 7-5 باشد اشتعال حجمی صورت می گیرد. در اشتعال جرقه ای نخست با تاباندن یک تپ پرتو محرک سوخت متراکم می شود  و   و همجوشی مانند یک جرقه در مرکز ساچمه اتفاق می افتد در این هنگام تپ قوی دیگری  تابانده می شود. فشار ناشی از تولید ذرات آلفا و نوترون حاصل از همجوشی و فشار ناشی از تابش تپ قوی باعث افزایش چگالی و دمای سوخت و در نتیجه افزایش کسر مصرف سوخت می شود که در این حالت بهره ساچمه تقریبا دو برابر ساچمه با اشتعال حجمی است.
-- مکانیزم پرتو دهی:
--1 روش مستقیم
-در این روش ساچمه را به صورت مستقیم تحت تابش پرتوهای محرک قرار می دهند و آن را فشرده می کنند راندمان انرژی منتقل شده به ساچمه در این روش بالاست. ولی در عوض به یک تقارن و هم زمانی بسیار بالایی برای تابش باریکه های پرتو محرک نیازمندیم عدم هماهنگی در تابش پرتو محرک بر روی ساچمه موجب ناپایداری هایی در ساچمه می شود که عمده ترین آن ها ناپایداری رایلی- تیلور است.
+[[رده:فیزیک پلاسما]]
--2 روش غیر مستقیم
-برای کاهش ناپایداری رایلی- تیلور که در اثر یکنواختی و ناهمزمانی تابش پرتوهای متحرک بر روی ساچمه ایجاد می شود از روش غیر مستقیم استفاده می شود در این روش ابتدا انرژی پرتوهای محرک را به اشعه X تبدیل می کند. ساچمه در داخل محفظه ای قرار می گیرد که سطح آن از پوسته فلزی با z بالا تشکیل شده است . پوسته خارجی دارای دو سوراخ است که اجازه عبور نور لیزر را می دهد.
+[[ar:بلازما]]
-نور لیزر تابیده شده بین دو پوسته چندین بار منعکس می شود.  در نتیجه اشعه X نرم تولید می شود که فضای خالی بین ساچمه و محفظه را پر می کند. پس از آن فلز با z بالا تبخیر شده و بخار آن باعث ایجاد فشار بسیار زیادی می شود که ساچمه را متراکم می کند. در کل استفاده از روش غیر مستقیم بهره انرژی را به اندازه یک سوم روش مستقیم کاهش می دهد.
+[[ca:Plasma]]
-- انواع پرتوها:
+[[cs:Plazma]]
--1 پرتو یون سبک (LIB)
+[[de:Plasma]]
-با استفاده از مولدهای فارکس (مولد ولتاژ قوی) و به کمک دیودهایی که به منظور شتاب دادن و کانونی کردن پرتوها بکار می رود، یون های پروتون یا لیتیم را تا انرژی بالا شتاب می دهند. مثلا در پروژه P13FA-II در SNL، هدف تولید یون های لیتیم با انرژی Mev30 درمدت زمان ns15 با جریان یونی MA5/3 است که باید با چگالی توان   روی هدف کانونی شود. مشکل اساسی پرتویون سبک تولید جریان یونی بسیار بالا و کانونی کردن پرتو به خاطر دافعه کولنی و جرم کم یون ها، می باشد.
+[[en:Plasma]]
--2 پرتو یون سنگین (HIB)
+[[es:Plasma]]
-با استفاده از شتاب دهنده ها، یون های سنگین   مانند اورانیوم و بسیموت را تا حد انرژی GeV 10 با جریان یونی KA10 شتاب می دهند بدین منظور پرتویونی توسط لامپ تخلیه شتاب دهنده ای از نوع کاکرافت- واستون تولید می شود و با شتاب دهنده هایی از نوع وایدرو توسط RFQ و شتاب دهنده چهار قطبی فرکانس رادیویی فرستاده می شود. سپس پرتو یون سنگین توسط شتاب دهنده خطی القایی تا انرژی GeV10، شتاب داده می شود. برای افزایش جریان پرتو، دو پرتو را چندین مرتبه با هم ترکیب می کنند. راندمان بالای تبدیل انرژی به پرتو یون سنگین (حدود 25 درصد) و آهنگ تکرار (بزرگتر از Hz20) و خوب کانونی شدن پرتو روی ساچمه توسط لنزهای مغناطیسی و جذب درصد بالایی از پرتو یونی در ساچمه از مزیت های این روش است. نکته مهم دیگر در مورد یون های سنگین، انتقال تکانه از یون های سنگین به هدف می باشد. سنگینی یون ها باعث می شود که تکانه قابل توجهی به هدف وارد شود و لایه سوخت به سمت درون شتاب گرفت و چگالی سوخت به هنگام بیشترین تراکم افزایش یافته و آهنگ بر هم کنش ها افزایش یابد.
+[[fr:Plasma]]
--3 پرتو الکترون های نسبیتی
+[[gl:Plasma (homónimos)]]
-در مقایسه با لیزرها که دارای راندمان پایینی هستند، پرتو الکترونی از نظر تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی جنبشی الکترون ها دارای راندمان بالایی در حدود %60 است. معمولا پرتو الکترونی مورد استفاده در همجوشی توسط ولتاژی در حدود چند مگا الکترون ولت شتاب داده می شود.
+[[he:פלזמה]]
--4 پرتو لیزر و معایب آن:
+[[it:Plasma]]
-نور لیزر در اثر گذار الکترون های برانگیخته مولکول های گاز به ترازهای پایین تر تولید می شود. لیزرهای با طول موج کوتاه محرک خوبی برای متراکم کردن ساچمه های D-T هستند پرتو لیزر باید متقارن روی ساچمه تابیده شود. برای این منظور ساچمه را با یک لایه از ماده با عدد اتمی پایین مانند پلی اتیلن می پوشانند تا انرژی لیزر را به خوبی جذب کند و دما و فشار غیر یکنواخت را توسط هدایت گرمایی بالایی خود همگن کند. از لایه پوششی با عدد اتمی بالا به خاطر انعکاس لیزر از سطح ساچمه و کاهش بهره هیدرودینامیکی ساچمه (نسبت انرژی جذب شده در ساچمه به انرژی پرتوها) استفاده نمی شود. دراثر جذب انرژی لیزر در ساچمه، الکترون های پر انرژی تولید می شود که این الکترون ها پیش از رسیدن موج فشار به مرکز ساچمه می رسند و سوخت مرکز را گرم می کنند. این پیش گرم شدن، از رسیدن به چگالی های بالا جلوگیری می کند، این پدیده با افزایش طول موج لیزر، افزایش می یابد. به این دلیل از لیزرهای با طول موج کوتاه استفاده می کنند. لیزرهای شیشه ای تئودیم با طول موج   و لیزرید با طول موج   بازده خوبی ندارند. هم اکنون لیزر  با طول موج   و لیزر گازی KrF با طول موج   گزینه های مناسبی برای این روش هستند. لیزر KrF با طول موج کوتاه بازده جفت شدگی لیزر و پلاسما و بهره هیدرودینامیکی بالایی دارد. به این دلیل برای رشد و توسعه تکنولوژی لیزرهای KrF در سراسر دنیا پژوهش و هزینه بالایی صرف می شود. با لیزر Aurora در آزمایشگاه LANL امریکا به انرژی KJ3/1 با 36 باریکه در زمان ns6 دست یافتند شدت لیز   w/〖cm〗^3  〖10〗^14 وشعاع کانونی کوچکتر ازmµ550 است. استفاده از لیزر به عنوان پرتوی محرک بهره هیدرودینامیکی را پایین می آورد. علاوه بر آن تغییر انرژی الکتریکی به نور لیزر از راندمان پایین برخوردار است. اما در دسترس بودن، شدت بالا، توان کانونی شدن و وضعیت پیشرفت تکنولوژی از پارامترهای موثر برای استفاده لیزر می باشد.
+[[ms:Plasma]]
-وقتی چگالی پلاسما زیاد نباشد و فرکانس پلاسما کمتر از فرکانس موج الکترو مغناطیسی باشد پلاسما فرو چگال است و موج در محیط پلاسما منتشر می شود، در غیر این صورت پلاسما فراچگال است و موج الکترومغناطیس در پلاسما میرا می شود.
+[[nl:Plasma]]
+[[pt:Plasma (desambiguação)]]
+[[ru:Плазма]]
-در نتیجه فرکانس پلاسما از فرکانس لیزر تئودیم بیشتر است که می گویند. این سوخت برای لیزر تئودیم فراچگال است. بنابراین پلاسما آن را منعکس می کند و لیزر نمی تواند در پلاسما نفوذ کند. اما در دسترس بودن، شدت بالا، توان کانونی شدن و وضعیت پیشرفت تکنولوژی از پارامتر موثر برای استفاده از لیزر می باشند.
+[[simple:Plasma]]
--ناپایداری رایلی- تیلور
+[[sk:Plazma]]
-این ناپایداری معمولا در اثر فشردگی غیر یکنواخت ساچمه اتفاق می افتد. در محصور سازی لختی باید شرایطی ایجاد شود تا کل سوخت به صورت یکنواخت در مرکز فرو ریزد. اگر پرتو ها به صورت نا متقارن از همه سو به ساچمه بتابند سوخت نمی تواند به صورت متقارن در مرکز متراکم شود در نتیجه لختی به خوبی اثر نمی کند و واکنش ها به خوبی انجام نمی شوند.
+[[sl:Plazma]]
--1 عوامل موثر در حذف ناپایداری رایلی- تیلور
+[[th:พลาสมา]]
-- بکار گیری تعداد بیشتری از پرتوهای محرک باعث می شود انرژی به صورت یکنواخت بر روی ساچمه توزیع شود.
+[[tr:Plazma]]
-- رسانندگی گرمایی لایه جذب کننده باعث می شود انرژی پرتو محرک را به صورت یکنواخت بر روی سوخت توزیع شود.
+[[ur:شاکلہ]]
-- باریکه پرتو محرک پالس گونه عمل می کند بنابراین همزمانی بین پالس های اعمال شده به ساچمع در حذف ناپایداری موثر است.
-- استفاده از روش غیر مستقیم در پرتو دهی.