أستقطاب البلازما

تحدث كل قوة فاعلة تيار في البلازما مهما كانت طريقة تأثيرها على الالكترونات والايونات لكن التيار المستمر (ويسمونه ايضا المستقر) في البلازما يكون ممكنا فقط في حالتين هما: اذا اغلق التيار داخل البلازما (تيار دائري مغلق على سبيل المثال)او اذا كان مرتبطا بنواقل خارجية (اقطاب) واقعة على تماس مع البلازما. واذا لم يحقق التيار هذين الشرطين فانه يؤدي الى فصل الشحنات وبالتالي يؤدي الى نشوء حقل كهربائي داخلي او الى ما يسمى استقطاب البلازما . وهكذا فان الحقل الكهربائي الداخلي الناشئ في البلازما يمكن ان يتميز عن الحقل الخارجي المطبق على البلازما على نطاق واسع . وفي هذه المميزات يكمن جذر مجموعة كاملة من المحيرات التي تتميز بها البلازما عند غياب كل من النواقل الخارجية والتيارات الحلقية والعمليات الاهتزازية غير المستقرة فان الحقل الكهربائي المرافق للاستقطاب يجب ان يشوش وجود أي تيار بشكل كامل.

يصبح الامر اكثر سهولة عند التعامل مع حالة يقود الاستقطاب فيها الى اطفاء التيار على طول الحقل المغناطيسي او مع حالة يكون فيها الحقل المغنطيسي غير موجود عموما. في هذه الحالة يمكن اعتبار التيار منتقلا بواسطة الالكترونات فقط ففي البلازما غير متجانسة الكثافة ودرجة الحرارة يكون عدم انتظام الضغط الالكتروني لدى غياب التيارات الحلقية والنواقل الخارجية سببا في نشوء حقل كهربائي يتجه من مواضع الضغط الالكتروني الاكبر.

هذه الظواهر مماثلة للظواهر الكهربائية في المعادن ففي كل معدن توجد الكترونات حرة ذات ضغط الكتروني معين. اذا وصلنا معدنين مختلفين حيث الضغوط الالكترونية داخل كل منهما مختلفة فانه ينشأ على الحد الفاصل بينهما حقل كهربائي استقطابي يولد فرق كمون تماسي لكن الضغط الالكتروني في المعدن يتعلق بالكثافة الالكترونية وهو لا يتعلق عمليا بدرجة الحرارة ⁽¹⁾.

اما في البلازما فان الاستقطاب يحدث جراء عدم تجانس الضغط الالكتروني ، ويمكن ان يعود سببه ايضا الى عدم انتظام درجة الحرارة الالكترونية.

تبقى الحقول الكهربائية الداخلية الناتجة عن الاستقطاب غير ملحوظة بدون حقل مغنطيسي خارجي فهذه الحقول لا تولد تيار محصلا بل هي تطفئ كل تيار ممكن ولما كانت هذه الحقول الكهربائية لا تسبب آثار اخرى فهي لم تجلب أي انتباه نحوها على الرغم من انها في النجوم على سبيل المثال ربما تكون عظيمة للغاية.

وفي حالة وجود حقل مغنطيسي خارجي يكتسب الاستقطاب اهمية اكبر فهنا يسبب الحقل الكهربائي المتجه عموديا على الحقل المغنطيسي حركة للبلازما تدعى الانجراف (drift ) والتي سوف يجري الحديث عنها لاحقا. يصبح تأثيرا الحقول الداخلية والمرتبطة بالاستقطاب كلها ملموسا بوجود حقل مغنطيسي .

وبما ان كل حركة للبلازما المستعرضة للحقل المغنطيسي تسبب بدورها اثارة تيارات فيها فان الاستقطاب يلعب دورا هاما في دينامية البلازما الواقعة تحت تأثير حقل مغنطيسي .

عندما يتعلق الامر بالبلازما يجبرنا الاستقطاب على ان نغير بشكل ملحوظ تصوراتنا العادية حول العلاقات السببية بين الظواهر المختلفة فلقد اعتدنا في الهندسة الكهربائية على عدد الحقل الكهربائي (او الجهد) سببا وعد التيار نتيجة له. حيث تعطي شدة التيار كحاصل جداء الحقل الكهربائي المطبق خارجيا بالناقلية (قانون اوم) وبدوره بعد التيار سببا في توليد حقول مغنطيسية حوله(ومثل ذلك المغنطيس الكهربائي).

اما في فيزياء البلازما فكل هذه الامور تصبح معكوسة على الاغلب علينا هنا ان تعتبر الحقل المغنطيسي سببا وبه تتعلق سرعة الحركة والتيارات الكهربائية وكنتيجة لكل هذا يأتي توزع الحقول الكهربائية لذا فانه يفضل تحويل المعادلات التي تصف التوازن او حركة البلازما بحيث ينتفي فيها وجود اي حقل كهربائي.

وهذا ما تم فعله في الهدروديناميك المغنطيسي على الخصوص يطبق قانون اوم هنا ليس من اجل ايجاد التيار بواسطة الحقل الكهربائي وانما لإيجاد الحقل الكهربائي بمعرفتنا للتيار اذا كان هذا لازما. وتعطي ناقلية البلازما ليس فقط شدات التيارات المارة فيها بل وتعطي ما يتعلق بها ايضا مثل التبعثر او كما يقال تبدد الطاقة في البلازما اي تحول الحركة المنتظمة الى حركة حرارية.

_______________________________

(1) الظواهر الكهر-حرارية الحاصلة في المعادن والبلازما مرتبطة بعمليات النقل في كل منها.