تطبيق نموذج السائل الناقل

ان المقاييس الفلكية للطول كبيرة الى حد انها تبدو من اجل العمليات غير البطيئة جدا اكبر بكثير من ثخانة الطبقة الجلدية. لذلك فأن اية بلازما ضمن المقاييس الفلكية يمكن ان تعد ناقلا مثاليا ويكون هنا لقوانين الحقل المتجمد والضغط المغنطيسي مجال واسع من التطبيق لانه يسهل بواسطة هذه القوانين حل عدد من المسائل الفيزيائية الفلكية . فمثلا تقذف الشمس تدفقات او سيالات بلازمية تحدث تأثيرا ملموسا على الغلاف الجوي العلوي للأرض. وليس مثل هذا التدفق حقل مغنطيسي وحسب قانون التجمد لا يمكن لحقل مغنطيسي جانبي ان يتوغل في هذا الغلاف وتوجد في المجموعة الشمسية حقول مغنطيسية غير منتظمة ما بين الكواكب وتعمل التدفقات البلازمية المندفعة من الشمس على ابعاد هذه الحقول المغنطيسية الجانبية ويمكن القول ان المكنسة البلازمية تكنس الحقول المغنطيسية ما بين الكواكب من جوار الشمس الشيء الذي يشكل تجويفا اضعف كثيرا مما هي عليه في الفراغ المجاور وهذا التجويف المغنطيسي يسهل مرور تدفقات جسيمات مشحونة سريعة قادمة من الشمس الى الارض (تدفقات جسيمية).

من ناحية اخرى عندما يلتقي التدفق البلازمي بالحقل المغنطيسي المحلي للأرض فان الحقل يقوم باحتضان البلازما حسب قانون التجمد وذلك كما يفعل سائل بجسم صلب يصادفه وهكذا يتجمع حول الارض غطاء مغنطيسي يكون الحقل في داخله معاكسا للحقل المغنطيسي الارضي حيث لا تتوغل التدفقات البلازمية وتتجمع على سطح هذا الغطاء المغنطيسي كثير من الجسيمات المشحونة هي التي على ما يبدو تكتشف من قبل الاقمار الصناعية والصواريخ كحزم اشعاع خارجي ان التشابه بين احتضان الغطاء المغنطيسي للبلازما واحتضان السائل لجسم صلب كيفي ورياضي ايضا: فكلا الظاهريتين توصفان بالمعادلات ذاتها لكن في حالة البلازما يترتب بالإضافة الى ضغط المادة ان يؤخذ ضغط الحقل المغنطيسي في الاعتبار.

يمكن انطلاقا من نموذج الناقل السائل فهم الفكرة الاساسية لحصر البلازما بحقل مغنطيسي وتلزم في حالة التفاعلات النووية الحرارية درجات حرارة عالية جدا لدرجة انه لا يوجد جدار ومهما كان نوعه يمكنه الصمود امام هذه الحرارة لولا ان البلازما يمكن في حالة توازن حتى بدون جدران تضمنها اذا ما تمت معاكسة ضغط غاز البلازما بضغط حقل مغنطيسي خارجي:

πnT= H2/8    

حيث n –عدد جسيمات البلازما في وحدة الحجم ، T درجة الحرارة مقدرة بوحدات الطاقة.

في هذه الحالة اذا استخدمت وحدة قياس الطاقة العادية في الفيزياء الذرية الا وهي الالكترون – فولت (1eV= 1.6×10^-12erg= 11600K) اخذ شرط الحصر المذكور الشكل التالي:

حيث T درجة الحرارة المقدرة بوحدة الطاقة المذكورة فمن اجل التفاعلات النووية الحرارية المحكومة تكون قيمتا (T,n) التاليتان:

  T= 10⁴ev و n= 10¹⁶cm^-3 معقولتين. وعند مثل هذه الشروط يتطلب حصر البلازما حقلا مغنطيسيا يقدر بحوالي 60 KOe (كيلو ارستد) وهذا يمكن بلوغه تقنيا.

يمكن توليد الحقل المغنطيسي اللازم لعملية الحصر اما بواسطة تيارات خارجية في نوافل معدنية تحيط بالبلازما ، او بتيارات داخلية في البلازما نفسها. وبالتالي يتم التميز بين الحصر بحقل مغنطيسي خارجي والحصر بحقل مغنطيسي ذاتي.

ان ابسط شكل للحقل الخارجي هو الحقل الطولاني المتولد عن وشيعة حلزونية تحيط بالبلازما  وابسط شكل للحقل الذاتي هو الحقل الدائري المتولد عن تيار طولاني يمر عبر البلازما  فمن قانون الضغط المغنطيسي ينتج ان التيار الطولاني المار عبر البلازما يجب ان يولد حقله المغنطيسي الذاتي المسبب لتضيق البلازما في حبل اسطواني دقيق يتوجه محوره مع التيار.

مثل حبل البلازما هذا غالبا ما يدعى باللغة الانكليزية (pinch) ( من الفعل to  pinch اي تضيق⁽¹⁾) ان نفس ظاهرة تضيق البلازما بالحقل الذاتي للتيار المار عبرها تأخذ اسم مفعول التضيق.

وهكذا فان اقل نماذج البلازما دقة يسمح بإعطاء تقدير لشروط الحصر المغنطيسي لكن من اجل التدقيق بهذه الشروط ودراسة طرق دقيقة في الحصر لا بد من الانتقال الى نماذج بلازما اكثر دقة (كمالا) قبل كل شيء يؤمن الشرط المدروس حصرا للبلازما فقط حتى حد معين لا يكون عنده الحقل المغنطيسي قد بدأ بالتوغل او النفوذ داخل البلازما اي زمن اقل من زمن الظاهرة القشرية لتقدير زمن المفعول القشري لا بد من معرفة ناقلية البلازما وهذا يتطلب وصفا اكثر تفصيلا لها.

_________________________________________

(1) في الآونة الاخيرة انتشر استخدام pinch في المراجع ليشمل كل تشكل بلازمي متضيق بحقل مغنطيسي عندها وحسب اتجاه التيار الكهربائي يميز بين تضيق z-pinch     الذي فيه يمر التيار وفق محور الاسطوانة (المحور z) والحقل المغنطيسي الضاغط عبارة عن حقل دائري والتضيق من النوع التحريض (pinch  - θ) حيث التيار الدائري يمر بالسمنت (يرمز للسمنت بالرمز θ) والحقل المغنطيسي الضاغط طولاني في التضيق من النوع θ  يمكن للتيار ان يثار فقط عن طريق التحريض حيث انه من الناحية العملية يحدث التضيق عن طريق حقل مغنطيسي متولد عن تيارات تمر عبر نوافل خارجية وعلى العكس فان التضيق من النوع z يحصل من جراء تمرير تيار بين الاقطاب الموضوعة في البلازما وعندما يجري الحديث عن التضيق فالمقصود يكون هو التضيق التقليدي من النوع z .