ناقلية البلازما في حقل مغناطيسي

اذا وقعت البلازما في حقل مغناطيسي فان نموذج السائلين يصبح شديد التعقيد. فالتيار المار على طول الحقل المغناطيسي  خاضعا لقانون اوم وبنفس قيمة الناقلية. من اجل البلازما الواقعة في حقل مغناطيسي ، تدعى هذه الناقلية النظامية بالناقلية الطولية. واما الناقلية العرضية فيجب ان تتناقص تحت تأثير الحقل المغناطيسي.

فاذا كان التيار العرضي ينتقل فقط بواسطة الالكترونات المتحركة تحت تأثير حقل كهربائي مطبق من الخارج فان البلازما سيكون لها ناقلية لا متناهية . وللناقلية اللامتناهية القوانين التالية:

اولا: يجب ان تتناقص الناقلية المعامدة للحقل بما يتناسب عكسا مع مربع سدة الحقل المغناطيسي.

ثانيا: يجب ان يمر التيار ليس فقط على طول الحقل الكهربائي المطبق بل عرضيا عليه ايضا (مفعول هول Hall effect). البلازما التي يلحق فيها الالكترون القيام بعدد كبير من اللفات الدورانية خلال الزمن ما بين تصادمين متتالين تدعى بالبلازما المتمغنطة.

لكي تتمغنط البلازما يجب ان لا تكون كثافتها كبيرة وان تخضع لحقل مغناطيسي قوي. واذا ظهرت الناقلية الللامتتاحية بشكلها الكامل فان الناقلية العرضية في البلازما المتمغنطة تكون اصغر بكثير من الناقلية الطولية، والتيار المعامد للحقل الكهربائي (تيار هول) اشد بصورة محسوسة مما هو عليه علىطول الحقل الكهربائي . غير انه في البلازما جيدة التأين لا تظهر الناقلية اللامتتاحية حقيقة بشكل كامل للأسباب الثلاثة التالية:

اولا: في الاتجاه المعترض للحقل يمكن ان يبدو انتقال التيار محسوسا ليس بواسطة الالكترونات بل بالأيونات.

ثانيا: التيارات المارة بالاتجاه المعترض للحقل المغنطيسي يمكن ان تنشأ ليس فقط عن طريق تأثير حقل كهربائي بل تحت تأثير قوى ذات منشأ غير كهربائي (مثل هبوط الضغط) . واخيرا ان انفصال الشحنات يؤدي الى استقطاب البلازما الى نشوء حقول داخلية كهربائية داخلية فيها. بعد هذا فان التيار سيتعين ليس فقط بالحقل الكهربائي المطبق من الخارج بل بالحقل الكهربائي الناشئ عن الاستقطاب ايضا.

كلما كانت الجسيمات المعتدلة اكثر في البلازما ظهر لا تتاحي الناقلية على نحو اشد . ففي البلازما تامة التأين يتعين معامل انتثار الحقل المغنطيسي وزمن تخامده (الزمن الجلدي) دائما بالناقلية النظامية (اي بنفس قيمة الناقلية بدون حقل مغنطيسي).​وفي البلازما جزئية التأين حيث الكثير من الجسيمات المعتدلة يتناقص الزمن الجلدي من جراء انخفاض الناقلية في الاتجاه المعترض للحقل المغنطيسي⁽¹⁾ .

بالإضافة الى لاتناحي حركة الجسيمات هناك لا تتاحي التصادمات الذي يؤثر هو ايضا على الناقلية في حقل مغنطيسي مميز للبلازما جيدة التأين . سنرى لاحقا انه كلما كانت الجسيمة اسرع في حركتها قلت تصادمها مع الجسيمات الاخرى ( اثناء الحركة الحرة على طول حقل مغنطيسي). وعند الحركة على عرض الحقل ومهما اسرعت الجسيمة في حركتها فأنها ستدور حول خط القوى حتى يحين موعد تصادمها. وبنتيجة لا تناحى التصادم فان الناقلية العرضية للحقل المغنطيسي القوي في بلازما تامة التأين تبدو اصغر بحوالي المرتين من الناقلية الطولية.

وان تصادم الالكترونات مع الجسيمات المعتدلة اقل تعلقا بالسرعة بحيث لا يظهر اثر لا تناحى التصادمات في البلازما ضعيفة التأين. لكن هناك يظهر وبشكل تام اكبر للحقل المغنطيسي على الحركة العرضية للجسيمات الناقلة للتيار.

_________________________________

(1) اذا كان ضغط البلازما صغيرا بالمقارنة مع الضغط المغنطيسي فان انتثار البلازما يساوي الى معامل انتثار الحقل المغنطيسي مضروبا بنسبة هذين الضغطين β وبالتالي فان زمن انتثار البلازما سيكون اكبر بمقدار 1/β  مرة من الزمن الجلدي عندها فان انتثار البلازما (وليس الحقل المغنطيسي) سيتعين دائما بالناقلية النظامية (العادية).