المصائد المغناطيسية السوارية

يقوم الحقل المغنطيسي بحصر البلازما ومنعها من الوصول الى الجدران الجانبية دون ان يمنعها من بلوغ نهايات الانبوبة وابسط طريقة للحصول على مصيدة مغنطيسية هي صنع انبوبة ليس لها اطراف او نهايات.وذلك بلف الانبوبة على هيئة سوار او حلقة كما هو موضح في الشكل (1). فهي على شكل كعكة او فطيرة وتدعى في الهندسة (torus) السوار او الحلقة . تدعى المصيدة المغنطيسية من هذا الشكل بالمصيدة السوارية . تولد الوشيعة الملفوفة خارج الانبوب حقلا مغنطيسيا على امتداد محور الانبوبة يحصر هذا الحقل البلازما ويمنعها من الانحراف في اتجاه عرضي يقربها من جدران الانبوبة فهي تتحرك بحرية مسايرة للحقل ولا تؤدي هذه الحركة الى خروجها من المصيدة فخطوط القوة المغنطيسية تنغلق مسايرة محور الحلقة ولا تخرج من المصيدة . غير ان حصر البلازما في مثل هذه المصيدة الحلقية يتعقد بسبب عدم تجانس الحقل المغنطيسي فيها.

الشكل (1) المصيدة المغنطيسية الحلقية

يدعى الحقل بالمنتظم اذا كانت خطوط القوة فيه مستقيمة متوازية ومتساوية الكثافة في كل موضع من مجال الحقل. ولكنها في المصيدة الحلقية تكون :

اولا: منحنية بالتأكيد ، وثانيا: اكثر تقاربا (كثافة) في اتجاه الجانب الداخلي للحلقة تتناسب كثافة خطوط القوة مع شدة الحقل المغنطيسي وبالتالي مع الضغط المغنطيسي وبما ان خطوط القوة اكثر كثافة هند الجدار الداخلي للحلقة فان هذا يعني ان الضغط المغنطيسي من الجانب الداخلي يكون اكبر منه الجانب الخارجي وهذا الفرق او كما يقال التدرج في شدة الحقل المغنطيسي يدفع بالبلازما نحو الجانب الخارجي للحلقة. وهكذا يسمح هذا النموذج المبسط للبلازما بشكل عام بفهم الصعوبات التي تنشأ عن حصر البلازما في مصيدة حلقية. ستعالج هذه المسالة لاحقا بشيء من التفصيل في نموذج الجسيمات المستقلة ومن الواضح ان نزوح البلازما نحو الجدار يرتبط بحركة الجسيمات الانجرافية في حقل مغنطيسي غير منتظم بالإضافة الى ارتباط بتدرج الحقل وتلعب القوة النابذة المركزية المؤثرة على حركة الجسيمات على طول خطوط القوة المنحنية دورا هي الاخرى ايضا.

ومن اجل حصر البلازما في حلقة لابد من شكل اكثر تعقيدا للحقل المغنطيسي تؤدي كثير من السبل المقترحة الى ايجاد الحقول مغنطيسية لولبية. التي هي الوسيلة الاسهل لبلوغ المصائد وهنا يمرر تيار كهربائي شديد في البلازما وفق منحى الحقل المغنطيسي وذلك بإثارته في البلازما بطريقة تحريضية وتقوم البلازما مقام الملف الثانوي فيحدث التيار المار في البلازما حوله حقلا مغنطيسيا دائريا ذاتيا يضاف الى الحقل الخارجي الطولاني ليشكل حقلا لولبيا واذا كان الحقل الدائري الذاتي اقوى من الخارجي فانه يضغط الحبل البلازمي ويفصله عن الجدران وهو ما يدعى التضيق الحلقي ومن الممكن ان تتحقق مصائد اخرى لا يسمح فيها للبلازما بان تمس الجدران وذلك بفعل حقل مغنطيسي طولاني خارجي شديد واما الحقل الذاتي فيقوم بدور مساعد ايضا. لكن كل المصائد ذات التيار المحرض على طول الحقل المغنطيسي تتعرض لأنواع مختلفة من اللااستقرارية الهدرومغنطيسية والحركية التي سوف يرد ذكرها لاحقا. لذلك فمن المهم جدا ان يتم ابتكار مصيدة يتم فيها الحقل اللولبي عن طريق تيارات مارة في نواقل خارجية : وهي ما تدعى ستيلاراتور⁽¹⁾(stellarator).

في التصميم الاولي للستيلاراتور، تفتل الحلقة نفسها على شكل رقم 8 وفيما بعد يمكن اللجوء الى ايجاد حقل لولبي دون ان يتغير شكل الحلقة وذلك حيث تجري​ عدة ملفات مربوطة بحيث تتعاكس اتجاهات التيار فيها.

هذا ويمكن تسخين البلازما في المصائد المغنطيسية الحلقية، فالحقل المغنطيسي يضبط ليس فقط نزوح البلازما الى الجدران بل ويضبط انتقال الطاقة الحرارية ايضا بخفضه – كما سنرى فيما بعد- الناقلية الحرارية العرضية للبلازما .

فعند عدم وجود ايونات متعددة الشحنات في اطراف البلازما فان الاشعاع سيحمل معه طاقة قليلة وعندئذ تتكشف امكانية مبدئية حول تسخين البلازما حتى درجات حرارية عالية جدا يجب ان تجري عندها تفاعلات نووية حرارية .ان الحل العملي لمسألة تسخين البلازما بتيار مار على طول الحقل المغنطيسي لكن يبدو ان التيار يبدد البلازما ليجعلها غير مستقرة يقتضي الحال البحث عن طرق اخرى في التسخين التي فيها تمر التيارات متعامدة على الحقل المغنطيسي من اجل هذا الهدف يقترح استخدام ظواهر التجاوب عند تفاعل البلازما مع الاهتزازات الكهرطيسية عالية التواتر وعلى الخصوص التجاوب السيكلترونية والصوتية المغناطيسية.

_________________________________

(1) ان تسمية ستيلاراتور ناتجة عن الكلمة (ستيلا) نجمة هكذا سميت هذه المصيدة لانه عليها ووقعت الامال في الحصول على درجات حرارة من نفس المرتبة كما في جوف النجوم حيث تجري التفاعلات النووية الحرارية.