12/05/2022
البلازما العجيبة- مادة الكون
مقال منقول من ا. د. علي عبده
من منا سمع عن كلمة بلازما؟
أنت هناك يا من تحاول أن تختبئ وتتهرب من الإجابة عن السؤال
أنا؟
نعم، أنت أنت
أليست هي بلازما الدم؟
تمهل قليلا
إنها ليست بلازما الدم
إذا ماهي؟ أخبرني، فلقد أعييت حيلتي
البلازما هي الحالة الرابعة من المادة
ماذا تقصد؟ وهل للمادة حالات متعددة؟
نعم
المادة توجد في ثلاث حالات مشاهدة طبيعيا هل لك أنت تخبرني بهن؟
آه، لقد أخذت وقتا أكثر مما ينبغي في التفكير
دعني أذكرك بهن واللاتي درستهن في مراحل دراستك المختلفة وتشاهدهن من حولك ليل نهار
الحالة الأولي هي الحالة الصلبة مثل الحديد والرمال والصخور وغيرها الكثير
وتتميز هذه الحالة ببنائها الذري المترابط فذراتها تربطها قوي بينية تجعل من الصعوبة فكاك أحدها من جيرانه ولذلك تتميز بحجمها الثابت وشكلها الثابت
والحالة الثانية هي السائلة مثل المياة والزيت واللبن والكيماويات السائلة وغيرها الكثير أيضا
وفيها الترابط بين ذراتها او جزيئاتها أقل من نظيرتها في الحالة الصلبة مما يمكنها من الحركة المحسوبة ولكنها ليست مطلقة وتتميز هذه الحالة بحجم ثابت تحت نفس الضغط والحرارة وشكلها المتغير تبعا للإناء الذي توضع فيه
والحالة الثالثة هي الغازية مثل بخار الماء والسحب والدخان والغازات وهي علي النقيض من أسلافها فترابط ذراتها شبه معدوم وليس لها شكل ثابت ولا حجم ثابت وتشغل اي حيّز وضعتها فيه وذراتها او جزيئاتها في حركة دائبة تتميز بالتصادمات الثنائية
شوقتنا يا صاح فهل من بعد هذه الحالات من حالات أخري؟
تمهل قليلا
دعني اخبرك اولا كيف نتحول من حالة إلي أخري
بالحرارة والتسخين وإمداد الطاقة للمادة تتحول من الحالة الصلبة إلي السائلة إلي الغازية وبالتبريد يحدث العكس
إذا .......
ماذا سيحدث ان سخنا المادة في الحالة الغازية وإمددناها بالطاقة؟
حسنا، ان كانت كافية لكسر الروابط الذرية بين جزيئاتها ومن ثم فصل بعضا من الإلكترونات من ذراتها سنحصل علي خليطا من الأيونات الموجبة والإلكترونات السالبه وجزيئات الغاز وذراته المتعادلة وهو ما نطلق عليه اذا توافرت بعض الشروط حالة البلازما ولكن ما مقدار هذه الطاقة اللازمة لذلك؟
لا تتعجب صديقي ولا تندهش اذا أخبرتك انها تحتاج لدرجات حرارة عاليه أكبر من عشرة آلاف من الدرجات المئوية وقد تصل إلي ملايين الدرجات المئوية
هل شعرت بدوار بعد؟ أتتخيل ما أقول؟
نعم ملايين الدرجات
وكيف لنا إمداد مثل هذه الطاقة؟
هناك العديد من الطرق مثل التيارات الكهربية العاتية وموجات الميكروويف وأشعة الليزر الضارية وحزم الجسيمات ذات الطاقة العالية؟
مهلا كنت أنتظر منك أن تسألني ما المادة التي تتحمل أحتواء هذه البلازما المتمرده يا صديقي؟
أنها المجالات المغناطيسية القوية والتي تحتويها وتمنع ملامستها لجدار وعاء الاحتواء
ومع كل هذا فالبلازما تحاول جاهدة أن تتملص من إحتواء بنو البشر لها في صورها الأرضية وتتصرف كما لو كانت عاقلة
ولماذا إذا هي مضيئة؟
الضوء يأتي من الذرات عندما ينتقل الاليكترون من مدار أعلي في الطاقة الي مدار أدني فعندها يفقد الفرق في الطاقة بين المدارين علي هيئة فوتون ضوء ولونه يعتمد علي الفرق في الطاقة المذكور
ولهذا السبب تجد هذه الألوان المبهرة المنطلقة من البلازما
تصنيفات البلازما
تصنف البلازما من حيث محتواها من الطاقة الي قسمين
بلازما عالية الحرارة
بلازما منخفضة الحرارة
كما وتصنف من حيث الكثافة الي
بلازما عالية الكثافة
بلازما منخفضة الكثافة
ومن حيث اتزانها الثيرموديناميكي الي
حراريه أو ثرمال او متزنه
غير حراريه أو نن ثرمال او غير متزنه
وهناك تقسيمات أخري أكثر تعقيدا لن يتسع المقام لذكرها
وفي غالب الأحيان ما نحتاج علي الأرض إلي أوعيه مفرغة لتوليدها ولكن هناك طرق أخري مثل توليدها في الهواء
وتتراوح كثافتها في الكون من جسيم واحد في المتر المكعب الي ١ وأمامه ٣٣ صفر جسيم في المتر المكعب
ودرجة الحرارة من عشرة آلاف إلي مئات الملايين من الدرجات المئوية
تاريخ البلازما
اكتشفها في عشرينات القرن المنصرم إيرفينج لانجمور العالم الامريكي الحاصل علي جائزة نوبل في الكيمياء أثناء عمله في شركة جينيرال إليكتريك وأثناء دراستة للتفريغ الكهربائي وتوصيل الكهرباء في الغازات وكان يريد وقتها زيادة التيار الكهربائي المار في فتيلة من التنجستين لزيادة أستضائتها وفي أثناء عمله لاحظ تواجد كثيف للإلكترونات في الغاز المضيئ مما دعاه لإطلاق لفظة البلازما علي هذه الحالة لما لها من تشابه مع بلازما الدم وحملها لمكوناته
أكتشف بعدها العلماء أن الكون المنظور يتكون في غالبه من هذه الحالة العجيبة والتي تشع أضواءها في جنبات هذا الكون الفسيح فالنجوم كلها مكونه من هذه الحالة والتي تستمد طاقتها من إندماج ذرات نظائر الهيدروجين بها وهو ما يسمي بالاندماج النووي وهي أي النجوم أفران هائلة في حجمها لإنتاج النظائر الثقيلة كما الحديد وغيره والشمس هو أحد تجلياتها
وكذا الفراغ المحيط بالمجرات يسبح في هذه الحالة الفاتنة
وعلي الارض توجد هذه البلازما في ظواهر الشفق القطبي وطبقة الايونوسفير والبرق ومصابيح الفلورسنت والنيون
أكتشف العلماء ان طبقة الايونوسفير هي في حالة البلازما وعندما بدأت ابحاث دراسة انتقال موجات الراديو للاتصالات اكتشف العلماء ان هذه الطبقة لها تأثير كبير علي انعكاس هذه الموجات منها وبدات دراسات مكثفة لدراسة ظواهر انتقال الموجات في البلازما
قام بعدها هانز ألفن الحائز علي جائزة نوبل في الفيزياء لاحقا بدراسة هذه الحالة وطور لها علما يسمي الماجنيتوهيدروداينمك او علم دراسة الموائع الممغنطة الموصلة للكهرباء وتوصل فيها لكثير من فيزياء الكون وأسباب تكون المجالات المغناطيسية للنجوم وهو ما يعرف بالدينامو إفكت وأعادة التلاحم المغناطيسي وكثير من الظواهر الفلكية
تمكنت الولايات المتحدة الامريكية من إبتكار اول قنبلة هيدروجينية في الخمسينيات واختبارها والتي فاقت المدي والتأثير لقنابل هيروشيما وناجازاكي التدميرية بألاف المرات والتي يبلغ درجة حرارة تفجيرها عدة ملايين من الدرجات مما دفع بسباق محموم لفهم هذه البلازما ومحاولة ترويضها كمصدر لإنتاج الطاقة علي الارض
في نهاية الخمسينيات قامت الدول العظمي امريكا وروسيا وإنجلترا بكشف غطاء السرية عن أبحاثها في هذا المجال وبدأ التعاون من اجل فهم أفضل لهذه الحالة ومحاولة ترويضها علي الارض من اجل استخدامها كمصدر لاينضب من الطاقة
بإكتشاف الليزر طور العلماء طرق لتوليد البلازما عن طريق الاحتواء التثاقلي للإندماج النووي وبدأ السباق في هذا المضمار
وبالتطور الغير مسبوق في صناعة الموصلات الفائقة أصبح بناء تجارب غير مسبوقة للاندماج النووي بالإحتواء المغناطيسي كما في تجارب إيتر بفرنسا و وندلشتين سفن إكس بألمانيا
تستخدم البلازما في كثير من التطبيقات نذكر منها
تطبيقات في الطاقة لدراسة انتاج الكهرباء من الاندماج النووي لذرات نظائر الهيدروجين والتي لا تنضب والنظيفه بالمقارنة بالانشطار النووي
تطبيقات في الصناعة ومنها صناعة الإلكترونيات والسيارات والمنسوجات والطلاء وغيرها الكثير
تطبيقات مؤخرا في الطب في علاج القرح الناتجة عن مرض السكري وعلاج بعض أمراض السراطانات والتجميل وعلاج الأسنان
تطبيقات في البيئة وعلاج مشاكلها من تلوث المياة والهواء
وهناك الكثير والكثير من التطبيقات والتي لا يتسع المجال لذكرها ولضيق الوقت
دكتور علي عبده
أستاذ الهندسة النووية بجامعات ولاية تكساس وبنسلفانيا وزويل والشرق الأوسط الأمريكية سابقا
المستشار العلمي
المجموعة النووية
شركة هاليبرتون
هيوستن - تكساس
الولايات المتحدة الأمريكية
