اغلب مشاهده شده که نيروي الکترومغناطيسي باعث ايجادساختار(منظم)شده يعني اتمهاوملکولهاوجامدات کريستالي راتثبيت مي نمايد.درحقيقت نتايج (اثرات)نيروي مغناطيسي که بيش از همه موردمطالعه قرارگرفته اندموضوع ومبحث شيمي وفيزيک جامدات را تشکيل داده که هردومبحث برشناخت سازه هاي اساسأاستاتيک بسط يافته اند.
سيستم هاي داراي ساختار منظم انرژي چسبندگي بيشتري نسبت به انرژي حرارتي پيراموني دارند.اگراين سازه ها در محيطي باحرارت کافي قرارگيرند تجزيه مي شوند يعني کريستال ها ذوب مي شوند و نظم مولکولي به هم مي ريزد .در دماي نزديک يا بالاتر از انرژي يونيزاسيون اتمي،اتمها نيز به الکترون هاي با بارمنفي ويون هاي با بار مثبت تجزيه مي شوند.اين ذرات بارداربه هيچ وجه آزاد نبوده ودرحقيقت به شدت تحت تاثير ميادين الکترومغناطيسي يکديگر قرار مي گيرند.با اين حال چون بارها ديگر چسبيده نيستند،ترکيب ومونتاژآنها قادر به حرکات مشترک با پيچيدگي و قدرت بالا خواهند بود.چنين ترکيبي پلاسما ناميده مي شوند.
البته سيستم هاي داراي چسبندگي مي توانند سازه وساختاربا چسبندگي بالا را نشان دهند مانند مولکول پروتئين .پيچيدگي در پلاسما به نوعي متفاوت بوده ومعمولأبه صورت موقثي وفضايي بيان مي شوند.پلاسما بيشترداراي ويژگي تحريک تغييرات مختلف وضعيتهاي مشترک ديناميکي است.
چون تجزيه حرارت ،قبل ازيونيزه شدن ،چسبندگي واتحاد بين اتمي را مي شکند،بيشتر پلاسماهاي زميني با حالت گازشروع مي شوند.در حقيقت بعضي مواقع پلاسمابه عنوان گازي تلقي مي شود که به اندازه اي يونيزه شده که عملکرد پلاسما مانند از خود بروزدهد. توجه داشته باشيد که عملکرد پلاسما مانند پس از بخش نسبتأکمي از گازي که يونيزه شده رخ مي دهد. بنابراين گازهايي که تااندازه اي يونيزه شده اند داراي ويژگي شبيه به بيشترنشانه هاي خارق العاده مخصوص گازهاي کاملأ يونيزه شده هستند.
پلاسماهايي که ازيونيزه شدن گازهاي خنثي ناشي مي شود عمدتأ حاوي تعداد مساوي ناقل هاي مثبت و منفي هستند. در اين حالت مايعات داراي بارمخالف کاملأ به هم چسبيده و درمقياسهاي طول واقعي (ماکروسکوپي) تلاش مي کنند همديگررا خنثي نمايند چنين پلاسماهايي شبه خنثي ناميده مي شوند (شبيه به خاطراينکه انحرافات کوچک ازخنثي بودن کامل اثرات مهم ديناميکي براي وضعيتهاي پلاسماي خاصي دارد.)پلاسماهاي غيري خنثي قوي که ممکن است بارهاي فقط از يک نوع را داشته باشند،اصولاًدرآزمايشات لابراتواري رخ داده ،توازن آن ها به وجود ميادين مغناطيسي شديد که حول آن مايع باردارمي چرخد بستگي دارد.
بعضي مواقع مشاهده شده که95%(يا99%،اينکه بخواهيد چه کسي را تخت تأثيرقراردهيد )ازطبيعت ازپلاسما تشکيل شده است.اين نظريه داراي ويژگي دوجانبه کاملاًجالب فيزيک وتقريباً غيرممکن بودن رد کردن (ياتاييدکردن)آن است.با اين حال،لازم است به وجود و عموميت داشتن محيط پلاسما اشاره شود.در دوران اوليه جهان،همه چيز در حالت پلاسما بوده است.دردوران کنوني،ستارگان،سحابيها وحتي فضاي بين ستارگان از پلاسما پرشده اند.درمنظومه شمسي نيز پلاسما به شکل بادهاي خورشيدي جريان داشته و زمين نيز کاملاً توسط پلاسمايي که درميدان مغناطيسي زمين قرارگرفته احاطه شده است.
يافتن پلاسماي زميني نيزمشکل نيست . چنين حالاتي دررعدوبرق ،لامپهاي فلورسنت ،انواع آزمايشات لابراتواري ومجموعه درحال رشد فرايندهاي صنعتي رخ مي دهند.درحقيقت تخليه برق (رعدو برق ) اخيراً هسته ي اصلي صنعت مونتاژوساخت مدارات ريز (ميکرو)را تشکيل مي دهد.سيستم هاي مايع وحتي جامدي که بعضي مواقع مي توانند اثرات مشترک الکترومغناطيسي که داراي ويژگي پلاسما را دارند از خود بروزدهند.مثلاًجيوه مايع داراي بسياري ازوضعيتهاي ديناميکي مانند امواج آلفن( ALFVEN ) بوده که درپلاسماهاي معمولي رخ مي دهد.

تاريخچه مختصري ازفيزيک پلاسما

اگر کلبول هاي مختلف خون ازآن جدا شوند آنچه که باقي مي ماند مايعي شفاف است که توسط دانشمندان پزشکي چک (که برگرفته از کلمه يوناني به معناي ژله يا ماده قابل شکل گيري است)پلاسما ناميده شد.جانزپورکنژ شيميدان آمريکايي (1869-1787)برنده جايزه نوبل اولين بارازاين اصطلاح براي تشريح يک گازيونيزه شده در1927استفاده نموده،لانگمورازنحوه جابجايي يونها الکترونها توسط جريان الکتريسيته به چگونگي انتقال گلبولهاي سفيد وقرمز توسط پلاسما پي برد.لامگوربه همراه همکارش لويي تونکس ويژگيهاي شيميايي وفيزيکي حبابهاي الکتريکي داراي المان تنگستن را براي يافتن راهي براي افزايش عمرمفيد تنگستن مورد مطالعه قراردادند (که اين هدفي بود که نهايتاً بدست آمده).درطي فرايند وي فرضيه (غلاف پلاسما)يعني لايه هاي مرزي که بين پلاسماهاي يونيزه شده وسطوح جامد تشکيل مي شوند را ارايه نمود.وي همچنين دريافت که مناطق ونواحي خاصي از لوله و مجراي تخليه پلاسما داراي تغييرات نوبه اي تراکم الکتروني بوده که امروز امواج لانگمور ناميده مي شوند.اين مبنا و پايه فيزيک پلاسما بود.امروز تحقيقات لانگمور مبناي تئوريک بيشترروشهاي فرآوري پلاسما براي ساخت مدارات مجتمع را تشکيل ميدهند. پس از لانگمور تحقيقات پلاسما به تدريج دربخشهاي ديگرنيز گسترش يافت که از اين ميان پنج بخش اهميت خاصي دارند.
1- توسعه و پيشرفت بخش امواج راديويي منجر به کشف يوسفر زمين شد که لايه اي است داراي گازهاي تقريباً يونيزه شده دراتمسفربالايي با قابليت انعکاس امواج راديويي و مويد اين حقيقت که اگرفرستنده بالاتراز افق قرارگيرد مي تواند امواج راديويي را منعکس نمايد. متاسفانه بعضي مواقع يوسفر امواج راديويي را جذب ومنحرف مي نمايد. مثلاً ميدان مغناطيسي زمين باعث مي شود امواج با ويژگيهاي مغناطيسي پلاريزه متفاوت با سرعتهاي مختلف انتشاريابند که اين تاثيري است که باعث به وجود آمدن امواج سايه اي ghost signals (يعني امواجي که قبل يا بعد از موج اصلي مي رسند)مي شود.جهت درک واصلاح بعضي ازنقايص درارتباطات راديويي دانشمندان متعددي ازجمله آپلتون وبادن به طورسيستماتيک فرضيه انتشارامواج الکترومغناطيسي غيريکنواخت را ارائه نمودند.
2- دانشمندان فيزيک نجومي خيلي سريع دريافتند که بيشتر(بخش اعظم)جهان از پلاسما تشکيل شده و اينکه درک وشناخت بهترفيزيک نجومي شناخت و درک بهترفيزيک پلاسما را مي طلبد. دراين زمينه يکي از پيشگامان،هانس آلفن Hannes Alfven بود که درحدود سال 1940 فرضيه هيدروديناميک مغناطيسي يا MHD را ارائه نمود که درآن با پلاسما اساساً به عنوان يک مايع هادي برخورد مي شود. از اين فرضيه به شکلي گسترده و موفقيت آميز براي بررسي لکه هاي خورشيدي، شعله هاي خورشيدي، بادهاي شمسي، تشکيل ستارگان و مجموعه اي از ديگر موضوعات درفيزيک نجومي استفاده شده است. دو موضوع داراي اهميت و توجه خاص درفرضيه MHD ارتباط مجدد مغناطيسي و فرضيه دينامو ( Dynamo ) هستند. ارتباط مجدد مغناطيسي Magnetic reconnection فرآيندي است که در آن خطوط ميدان مغناطيسي ناگهان تغيير ساختارداده مي توانند باعث تبديل ناگهاني بخش اعظمي از انرژي مغناطيسي به انرژي حرارتي و شتاب و تسريع برخي از ذرات باردار به انرژي بالا شده و اغلب به عنوان مکانيزم بنيادي وراي شعله هاي خورشيدي شناخته مي شوند. درفرضيه دينامو اينکه چگونه حرکت مايع MHD باعث افزايش توليد ميدان مغناطيسي ماکروسکوپي مي شود و مورد مطالعه قرار مي گيرد. اين فرايند مهم است چون ميادين مغناطيسي خورشيدي وزميني تقريباً سريع تحليل خواهند رفت اگرتوسط تاثير دينامو حفظ نشوند. ميدان مغناطيسي زمين حرکت هسته مذاب ،که مي توان با آن به عنوان مايع MHD با تقريبي قابل قبول برخورد نمود ، حفظ مي شود.
3- توليد بمب اتمي در 1952 توجه همگان را تا اندازه زيادي به گداخت حرارتي هسته اي کنترل شده به عنوان منبع قدرت ممکنه براي آينده جلب نمود. ابتدا اين تحقيق به صورت مخفيانه و مستقل توسط آمريکا ، روسيه و انگلستان صورت گرفت . با اين حال در 1958 اين تحقيقات علني شده و منجر به انتشارات مقالات بسيار مهم و تاثير گذار در اواخر دهه 1950 و اوايل دهه 1960 شد. اگر بخواهيم دقيق تر صحبت کنيم فيزيک پلاسماي تئوريک دراين سالها ابتدا به عنوان يک روش کاملاً مبتني بر رياضي ارائه شد . جاي تعجب نيست که (بگوييم) فيزيکدانان گداختي بيشتر با شناخت و بررسي اينکه چگونه مي توان پلاسماي هسته اي حرارتي را اکثراً توسط ميدان مغناطيسي به دام انداخت و بررسي نا پايداريهاي پلاسما که باعث فرار (از کنترل خارج شدن ) آن مي شود سروکار دارند.
4- کشف جيمز وان آس در ارتباط با کمربند هاي تشعشعي اطراف زمين با استفاده از اطلاعات ارسالي توسط ماهواره اکسپلو در آمريکا در 1958 مبناي شروع بررسي سيستماتيک ماگنتو سفر به کمک ماهواره بوده و زمينه فيزيک پلاسماي فضايي باز نمود. دانشمندان علوم فضايي فرضيه به دام انداختن (کنترل) پلاسما توسط ميدان مغناطيسي را از تحقيقات گداختي يعني فرضيه امواج پلاسما از فيزيک يونسفري وايده ارتباط مجدد مغناطيسي به عنوان مکانيزمي براي آزادسازي انرژي و شتاب ذرات از فيزيک نجومي گرفتند.
5- توسعه نيرو با قدرت بالا در دهه 1960 زمينه را براي فيزيک پلاسماي ليزري باز نمود. وقتي يک طيف ليزري با قدرت بـالا بـا هـدفـي جـامـد برخورد نمايد مواد سريعاً ذوب شده و در ناحيه (مرز) بين طيف و هدف پلاسما تشکيل مي شود پلاسماي ليزري ويژگيهاي تقريبا خاصي (مانند تراکم هاي خاص جامدات ) داشته که در بيشتر پلاسماهاي معمولي يافت نمي شوند. يکي از کاربردهاي اصلي پلاسماي ليزري در روشي است که انرژي گداختي به کار رفته و تحت عنوان گداخت حبسي داخلي شناخته مي شود. در اين روش از طيفهاي ليزري کاملاً تمرکز يافته براي انفجار داخلي يک هدف جامد کوچک تا زمانيکه تراکم و دماي خاص گداخت هسته اي (يعني مرکز و هسته بمب هيدروژني ) بدست آيد . کار برد جالب ديگر فيزيک پلاسماي هسته اي استفاده از ميادين الکتريکي بسيار قوي براي شتاب ذرات است که زماني توليد مي شوند که موج ليزر با شدت بالا از پلاسما عبور نمايد . فيزيکدانان انرژي بالا اميد دارند (بتوانند )از روشهاي شتاب پلاسمابري کاهش چشمگير ابعاد و هزينه شتاب دهنده هاي ذرات استفاده نمايند.
منبع:www.sadbarg.com /س