پژوهش, راهنمای ضروری جهان الکتریکی, فصل نهم - ناپایداری های پلاسما, کتاب ها

ناپایداری های پلاسما

۰ 327
kink_instability_in_lab_plasma-copy

بخش نهم: ناپایداریهای مداری پلاسما

۹٫۱ انفجار دولایه ها

انرژی القایی یک مدار تابعی از جریان و ظرفیت القایی مغناطیسی است.چنانچه هر مدار القایی مختل گردد، برای مثال ، به وسیله ی باز شدن یک کلید، انرژی القایی مدار از نقطه ی شکست، آزاد خواهد شد. این پدیده  به اندازه ی کافی برای استفاده ی متداول در مهندسی برق کاربردی شناخته شده است، که در این مقاله نشان داده خواهد شد.

I-and-V-waveforms-for-bare-wires-550x394

انفجار مفتول موجی شکل در شرایطهای مختلف در مدارهای القایی ، با توجه به گزارش “شروع انفجار با انفجار سیم ها” United States Naval Ordinance Laboratory, White Oak, Maryland, 15 May 1963

 

در یک مدار پلاسما شکست،  اکثرا به دلیل ناپایدار شدن DL اتفاق میوفتد. این اتفاق زمانی رخ میدهد که تمام انرژی القایی مدار در DL  رها شده باشد. که می تواند باعث انفجار در DL  شود. در نتیجه افت ولتاژ بسیار زیادی در سراسر DL گسترش میابد و اتلاف مقدار بسیار زیادی از انرژی، در نهایت به صورت گرما وتابش از ذرات شتابدار، با مواد دیگر واکنش نشان می دهد. این رفتار تحت یک میدان مغناطیسی تابت رخ خواهد داد. میدان هیچ نقشی در انفجار ایفا نمی کند.

Ghostscript 24 bit color image dump

Ghostscript 24 bit color image dump

انفجار ستاره ،Nova Cygni 1992، نشان دهنده ی اثرات ناگهانی و انتشار انرژی زیادی توسط یک ستاره، همراه با یک تشعشع بسیارروشن حلقوی پلاسمایی در آشفتگی نا پایدار،  نزدیک به ۶ روز نوری، قطر محاسبه شده ی حلقه ۱۵۴٫۴ بیلیون کیلومتر یا ۹۶ میلیارد مایل است. اعتبار:NASA ، تلسکوپ فضایی هابل ۱۹۹۴

اگر جریان زمینه همچنان بعد از انفجار باقی بماند، چرخه می تواند به طور نامحدود تکرار شود. یک DL شکل می گیرد، جریان افزایش میابد و DL با برآیند مقدار زیادی تابش منتشر شده،منفجر می شود. جریان شروع میکند به از نو تقویت شدن، و یک DL جدید شکل میگیرد.

واضح است که این نوع رفتار را نمی توان با استفاده از مدل مبتنی بر میدان درست توصیف کرد. مدلهای مبتنی بر جریان، برای اینکه این سطح از پیچیدگیها را در برمی گیرند، ضروری هستند.

۹٫۲ مدارهای در حال گسترش

انرژی از یک مدار القایی به علت نیروهایی که توسط حلقه ی جریان تولید می شوند می تواند به صورت گسترش انفجاری از خود حلقه ی جریان آزاد شود. هم اکنون دیدیم که چگونه یک جریان محوری می تواند باعث تنگش نیروی مغناطیسی  شود. درست در نقطه ی مقابل این وضعیت، وضعی است که جریان حلقه ای، یک میدان مغناطیسی محوری تولید می کند. در این حالت، نتیجه ی نیروی I × B  به صورت شعاعی و به طرف خارج می باشد.

اگر فشار  خارجی به وسیله ی نیرو های دیگر متعادل نشود، حلقه جریان به خودی خود گسترش پیدا خواهد کرد. در یک رسانای فلزی، نیروی متعادل کننده توسط ساختار شبکه فلزی به صورت داخلی تامین می شود. در یک پلاسما، ممکن است مانعی نارسا وجود داشته باشد، به خصوص اگر انرژی القایی مدار، به علت فروپاشی یک DL، در مدار الکتریکی در مدت کوتاهی آزاد شود.

این می تواند در انفجار حلقه ی جریان ایجاد شود،  مانند چیزی که در فوران جرم تاج خورشیدی (CME) اغلب دیده می شود، که در آن یک حلقه از جریان به سرعت از سطح خورشید گسترش می یابد. این توضیح ساده بر اساس رفتار الکتریکی شناخته شده است و در تضاد با مدل گرانشی است، که “اتصال مجدد مغناطیسی” از خطوط نیروی مغناطیسی را می طلبد. درست مثل خطوط عرضهای جغرافیایی، خطوط مغناطیسی میدان نیز به صورت فیزیکی قابل رویت نیستند، بنابراین خیلی سخت است که ببینیم چگونه آنها می توانند “بشکنند” و “دوباره متصل  شوند” و انرژی آزاد کنند.

solar-CME-SOHO2002

تخلیه های تاج خورشیدی

(Sun occulted by disk), courtesy SOHO, 2002

٣٫٩ سایر بی ثباتی های رشته ای

همانطور که مشاهده کردیم، جریان های رشته ای به یک نیروی متراکم کننده  (pinch force) مربوط می شوند. اگرچه یک ” pinch ” ساده هم خودش در تعدادی از موقعیت ها ناپایدار است. اگر نیروی متراکم کننده  در پینچ افزایش یابد و باعث یک تراکم شود، موجب افزایش بیشتر نیروی متراکم کننده خواهد شد. رشته های جریان می توانند آنقدر منقبض شوند که به یک سری از برآمدگی ها تبدیل شده و مانند یک رشته از سوسیس متراکم شود.

Kink_instability-Aldermaston-circa-1951-52-550x383

عکسی از ناپایداری پیچ خوردگی ” سوسیسی ” در یکی از اولین دستگاه های پلاسمایی  Z Pinch ، یک لوله ی پیرکس استفاده شده توس تیمAEI

 اگر جریان خطی به اندازه ی کافی قوی باشد سرانجام پینچها ها می توانند به طور کامل متلاشی شوند، در این حالت، در نواحی فشرده شده جریان خطی به جریان حلقوی تبدیل می شود، و به پلاسمویدهای مغناطیسی دونات شکلی در امتداد خطی از رشته توسعه می یابد. اگر ماده از قبل در یک رشته متمرکز شده باشد آنگاه این ماده در طول یک جریان هم تراز با میدان، همانند مروارید هایی روی یک رشته توزیع می شود. این موضوع می تواند تعدادی از هم ترازی های (صف های) خطی بدنه ها را در فضا توضیح دهد.

Herschel-star-forming-filaments-550x404

اعتبار: شکل ۳٫b) از “توصیف رشته های میان ستاره ای با هرشل در IC 5146″، نجوم و اختر فیزیک نامه به سردبیر، ۵۲۹، L6 (2011) “توسط D. Arzoumanian و همکاران، همراه با یادداشت های توضیحی اضافه شده است.

شکل بالا از خط الراس های آبی رنگی در امتداد خطوطی که بیشترین تراکم رشته ای رویت شده را، در ناحیه ی فروسرخ دارند، پوشیده شده است.. یک بررسی از ٢٧ بخش رشته نشان داد که مشخصه ی عرض رشته بدون در نظر گرفتن طول آن تقریبا برابر ١/٣) parsec 0.١ سال نوری) می باشد. طبق شواهد، نواحی شکل گیری  ستاره ها و هسته ی پروتستلار عمدتا در امتداد نواحی خط الراس در این رشته های میان ستاره ای واقع شده اند.

نویسندگان اشاره کرده اند که ” اگر یک آشفتگی در مقیاس بزرگ برای تشکیل رشته ها، یک مکانیسم قابل قبول  (محتمل) را فراهم کند، این حقیقت که هسته ی پرستیلار در رشته های ناپایدار گرانشی تشکیل  شدند، نشان می دهد که گرانش عامل اصلی در تکامل متعاقب رشته هاست. روش EUاشاره میکند به این واقعیت  که، بسیاری از ناپایداری های پلاسمایی که در فضا مشاهده شده در آزمایشگاه های پلاسمایی روی زمین نیز ایجاد شده است، اما، درمطبوعات علوم کارشناسی، به چنین مکانیسم هایی به ندرت در مکانیسم های توضیحی ارائه شده ، اشاره می شود.

نوع دیگر بی ثباتی، بی ثباتی پیچ خوردگی می باشد این اتفاق اغلب درجریان Birkeland می افتد، که در آن جریان با یک میدان مغناطیسی خارجی هم تراز می شود. سپس pinch یک حالت مارپیچی قوی ایجاد می کند. تاثیر آن در انحراف جریان استوانه ای نسبت به جهت میدان می باشد. این می تواند به عنوان یک پیچ خوردگی در جریان هنگامی که زاویه ی مناسب مشاهده شده، اتفاق بیفتد.

kink_instability_in_lab_plasma-copy

عکس از ناپایداری پلاسمای آزمایشگاهی به صورت تجربی، پیچ خوردگی وقتی رخ میدهد که ستون مرکزی به اندازه ی کافی بلند شود که شرایط ناپایداری فراهم شود-از ارائه ی شبیه سازی اختر فیزیک جتها در محیط آزمایشگاهی

 ” Courtesy Prof. Paul Bellan, KTTP & Caltech

بلان پل، فیزیکدان فیزیک پلاسما، به همراه دانشجویان خود در دانشگاه صنعتی کالیفرنیا در حال تحقیق بر روی ناپایداری های پلاسمایی به منظور رسیدن به درک بهتری از پدیده های قدرتمند مشاهده شده بر روی خورشید، می باشد، یک فیلم کوتاه (تعدادی فریم ١۶٫۵میکرو ثانیه از تکامل را نشان می دهند) از یکی از آزمایش هایآزمایشگاهی مربوط به یک بی ثباتی پلاسمایی، در اینجا مشاهده می شود، به عنوان مرجع در مقاله ی اخیر پل و دانشجویش، آنا موسر، مطرح شده است:  اتصال مجدد مغناطیسی از یک ناپایداری مولتی سکال آبشاری می باشد.

۹٫۴ ناپایداریهای پرات

آخرین تحقیقات گزارش شده توسط آنتونی پرت در مجله ی IEEEو دیگر موسسات دانشگاهی یکسری از دشارژهای پلاسمایی در انرژی بسیار بالارا که ازشان نام بردیم ،شناسایی کرده است. در اینجا یک برگه برای نمایش، از پیتر و ون هست.

ناپایداریهای پرات مدهای دشارژ پلاسمایی هستند که فرم های قطعی اتخاذ می کنند و علی رغم نامشان، آنها می توانند برای دوره های زمانی  که این برای مشاهده ی آنها کافیست، پایدار باقی بمانند. در برخی موارد، آنها شبیهDLs  هستند، دینامیکی “ناپایدار” دارند، که میتواند بی حرکت با قی بماند، در حالیکه جنبش های سریعی در ذرات آنها وجود دارد.

ناپایداری پرات اغلب به شکل دشارژ پلاسمای ستونی است که توسط  پلاسمای حلزونی شکل انباشته احاطه شده است. بالا و پایین حلزونی هامی تواند به شکل فنجان و ناقوس تکامل یابد. لبه هایحلزونی ها اغلب به سمت بالا و پایین پیچ و تاب دارند. تعداد حلوزنی ها می تواند بین سه تا در حدود نه تغییر یابد و می تواند به هر چیزی از جام شراب تا نردبان شباهت داشته باشد. همچنین، وابسته به ماهیت پلاسما و جریان ها در آن، می تواند به شکل های مختلفی وجود داشته باشد.

 

تحقیقات پرات در مورد پدیده پلاسما در بسیاری از مقیاس ها، او را به سمت این پیشنهاد هدایت کرده است که: شاید سنگ نبشته ها ی(هنر سنگی ) به جا مانده از تاریخ نسبتا  اخیر ،در واقع ثبت و ضبط ، شکل های خاصی از دشارژ پلاسمایی، با اشکال و شمایل متفاوت ناپایداریهای معین وابسته به آنهاست، همینطور که در نمودار گرافیکی خیره کننده اش در مجله ی  IEEE  معین شده است ، مشخصه ها برای ایجادیک  اورای   zپینچ جریان بالا، همانطور که در دوران باستان ثبت شده است، IEEE Transactions on Plasma Science, Vol. 31, No. 6,

December 2003..

 

نکته قابل توجه بدست آمده در اینجا این است، که هیچ کدام از این اشکال ناپایدارپلاسما احتمالا نمی توانند توسط یک پایه آنالیزگر در میدان های مغناطیسی پیشگویی شوند، با این حال حاصل شبیه سازی کامپیوتری ذرات در سلول نیز نتایج مشابهی ارائه می کنند. یکبار دیگر رفتار پلاسما را مشاهده می کنیم؛ اغلب پیچیده تر از آن است که توسط مگنتوهیدرودینامیک ، یا MHD، معادلات مایع توصیف شود. بسیار ضروریست که جنبش های ذرات به عنوان پایه در نظر گرفته شوند که این راه حلی بر پایه ی جریان  است.

 

به علاوه، ناپایداری های پلاسما ممکن است مکانیزم موجود در بسیاری از فعل و انفعالات پیچیده که در نتیجه اش در ستارگان و سیستم سیارات ، و همچنین پدیده های پر انرژی مشاهده شده در داخل و اطراف خود ستارگان را، توضیح دهند.

 

https://www.thunderbolts.info/wp/2012/02/26/essential-guide-to-the-eu-chapter-9/

مترجمین راهنمای ضروری جهان الکتریکی:

فرزین حسینی، سبا حفیظی، نسترن ختایی، سمانه فتحیه، ساناز مفیدی احمدی، فرشته معماریان، پروین هویدا و ثمین یزدی

 

هرگونه کپی برداری تنها با ذکر نام “بخش فارسی پروژه بین المللی آذرخش” امکان پذیر می باشد

در باره نویسنده / 

مدیریت

مطالب مرتبط

ارسال پاسخ

ایمیل شما نمایش داده نمی‌شود. موارد مورد نیاز علامتگذاری شده است *

The Thunderbolts Project

پر بیننده ها

  • mag_field_current_450x370

    میدان های الکتریکی و مغناطیسی در فضا

    ۲ توان گرانش و نیروهای الکتریکی میتوان گفت گرانش نیروی نسبتا ضعیفی است. نیروی الکتریکی کولنی بین یک پروتون و یک الکترون در حدود ۱۰ به توان ۳۹ بار قوی تر از نیروهای گرانشی بین آنهاست. چهار نیروی بنیادین در فیزیک اثرات متقابل هردو میدان گرانشی و الکترومغناطیسی به صورت نامحدودی ادامه دارد.  نیروی نسبی…

  • عضوگیری

    عضوگیری بخش فارسی پروژه آذرخش – فروردین ۹۶ (تمدید شد)

    بخش فارسی پروژه بین المللی آذرخش، تعدادی محدود عضو فعال “ناپیوسته” می پذیرد. انواع عضویت در آذرخش پارسی: ۱٫ عضویت ناپیوسته: ویژه دانشجویان مقطع کارشناسی دارای مهارت لازم زبان انگلیسی هر عضو ناپیوسته طی یک بازه زمانی یک ساله در این مجموعه عضویت داشته و از کلیه امکانات لازم بهره ور خواهد شد، این بازه…

  • plasma_lab_450x303

    پلاسما

    ۳ معرفی پلاسما مسئله اینکه جهان از پلاسما تشکیل شده است برای همه شناخنه شده است. در واقع، پلاسما رایج ترین نوع ماده در جهان است. در مکان های مختلف مانند: آتش، چراغ های نئون، و رعد و برق بر روی زمین و فضای کهکشانی و بین کهکشانی یافت می شود. تنها دلیلی که ما…

آخرین دیدگاه ها

بخش فارسی پروژه آذرخش

پروژه تحقیقاتی بین المللی، در زمینه ترویج عمومی و یا مطالعه تخصصی مدل های نوین در علوم طبیعی
بخش فارسی آن تحت نظارت بخش مرکزی، از اسفند ماه سال 1391 با محوریت مطالعه و بررسی مدل های نوین نجومی آغاز به کار نموده است.