[Dear]

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته

في البداية اعذروني يا اخواني على عدم الرد على بعض أسئلتكم ومواضيعكم ولكن باقي الأعضاء العباقرة فيهم كل الخير......

أما طلبي ياطيبين فهو شرح الحالة الرابعة من حالات المادة وهل هي متكونة في جميع الكواكب؟

أخوكم المحب:a_plain111:

[الريم الجفول]

البلازما هي الحالة الرابعه للمادة وهي تختلف في طبيعتها عن حالات المادة الثلاث(الغازية والسائلة والصلبة) في أن الالكترونات تكون منفصلة تماما عن انويتها، وبذلك يتضح لنا انها مزيج من الشحنات الموجبة والشحنات السالبة, وعلى الرغم من نسبتها القليلة على الارض الا ان معظم الكون(99%منه)هو في حالة البلازما, وعلى الارض لها استخدمات كثيرة في مجال الصناعات الالكترونية وفي مصابيح النيون الموجودة في المنازل
لكي نصنع بلازما تحت ضغط منخفض لغاز ما، فإن كل ما يلزم هو مفرغة هواء بارتفاع متر وعرض نصف متر تقريبا، وكذلك مصدر تغذية للتيار المتردد، (في الصناعة يكون مصدر التيار في مجال ترددات الراديو 13.56MHz وحديثا يمكن استخدام أجهزة الميكروويف ذات ترددات أعلى 2.45GHz). في الواقع يمكن عمل بلازما باى شكل ولكن الأكثر استخداما في الصناعة
ويحتوى على قرصين معدنيين نصف قطرهما حوالي 15 سم والمسافة الفاصلة بينهما من 4-5سم. بعد ضخ الهواء بواسطة المفرغة يدخل الغاز المراد تحويلة إلى حالة بلازما وقد يكون خليط من الغازات، وبمجرد مرور التيار الكهربي (~200Watt) يبدأ الغاز في التوهج مصدرا ضوءا ساطعا لونه يعتمد على نوع الغاز. من الامثلة على حالة البلازما هي طبقات الجو المحيطة بالكرة الارضية كما في اليونيسفير وكذلك اللهب الصادر من انطلاق الصواريخ ومن ذلك يتضح انه يمكن اعتبار ان حالة التأين (او البلازما) هي حالة ساخنة بشكل عام

التطبيقات الصناعية للبلازما

صناعة الدوائر الالكترونية المتكاملة
تستخدم البلازما ذات درجات الحرارة المنخفضة في العديد من المجالات الهامة على سبيل المثال، معظم الدوائر المتكاملة المعقدة جدا والتى تدخل في تركيب كل جهاز الكتروني، هذه الدوائر الالكترونية تحتوى على عشرات الآلاف من الترانزستورات والمكثفات موصلة ببعضها البعض بواسطة أسلاك قطرها في حدود 0.1 ميكرومتر، هذا النوع من التكنولوجيا الدقيقة والمعقدة تصنع باستخدام البلازما، حيث تقوم البلازما بنحت الدوائر الالكترونية على شريحة السليكون بناءا على القناع المعدني الموضوع أمام الشريحة.

في هذه العملية يكون النحت على شريحة السليكون كالاتى: حيث أن الالكترونات داخل البلازما حرة الحركة وطاقتها أعلى من الايونات الموجبة فإنها تصل إلى أطراف البلازما بسرعة وتقوم بدورها بجذب الايونات الموجبة اتجاهها وتعجلها باتجاه الشريحة وعند اصطدام الايونات الموجبة بالمناطق المكشوفة على الشريحة تقوم بنحتها، وبعدها يستبدل القناع المعدني بآخر مطبوع عليه الدوائر الكهربية الخاصة بالطبقة الثانية وهكذا بالنسبة للطبقة الثالثة والرابعة... والخ حتى تتم عملية النحت.
هنالك طريقة أخرى متبعة وهى تعتمد على استخدام مركب Carbon tetrafluoride CF4 كمصدر لإنتاج البلازما، وعندها يتحول هذا المركب إلى أجزاء أخرى منها ذرات الفلورين. هذه الذرات تتفاعل مع ذرات السليكون المكونة للشريحة وتكون مركب جديد هو Silicon tetrafluoride والذي يمكن إزالته إثناء عملية الضخ. يتضح مما سبق أن هذه الطريقة هي عملية كيميائية تقوم فيها ذرات الفلورين بالتهام السليكون المراد إزالته. وهذه العملية أسرع من عملية النحت المذكورة سابقا.

وتجدر الإشارة إلى أن البحث والتطوير جارى منذ عام 1980 وحتى الآن للحصول على بلازما منتظمة لتغطى اكبر مساحة ممكنة حيث كانت شريحة السليكون المستخدمة قديما تبلغ 2سم2 إما الآن فهي تصل إلى 20سم2، وهذه البلازما لها استخدامات عديدة فهي تستخدم في شاشات أجهزة الكمبيوتر المتنقلة Notebook computer كمصدر ضوئي، والتي أدت إلى تطور كبير في مجال تكنولوجيا شاشات العرض. ويسعى العلماء حاليا للحصول على شاشة مساحتها 1متر مربع وسمكها لا يزيد عن 4-5 سم لاستخدامها كشاشة تلفزيون يمكن تعليقها في المنازل والمحلات دون إن تشغل حيز من الغرفة، وهذا سوف يتحقق بالوصول إلى بلازما متجانسة على مساحة 1متر مربع.

المحافظة على نظافة البيئة
تستخدم البلازما حاليا في العديد من الدول المتقدمة في التخلص من المواد السامة الملوثة للبيئة معتمدين على العمليات الكيميائية الفريدة التي تتم داخل البلازما. حيث يمكن إن تقوم البلازما بتحويل المواد السامة المنبعثة من مداخن المصانع ومن عوادم السيارات مثل غاز أكسيد الكبريت (SO) وأكسيد النيتريك (NO) إلى مواد غير سامة. فعلى سبيل المثال غاز NO قبل إن يخرج من المدخنة إلى الغلاف الجوى، توجه عليه حزمة من الالكترونات ذات طاقة عالية من جهاز مثبت في منتصف المدخنة تعمل على تأيين الغازات الموجودة (المادة السامة NO والهواء) أي تحولها إلى حالة بلازما. وقبل خروجها إلى الجو تكون مرحلة التأيين قد انتهت وتتكون جزيئات النيتروجين والأكسجين نتيجة لعملية إعادة الاتحاد. وبهذا نكون قد حولنا الغازات الملوثة إلى غازات نافعة وبتكاليف قليلة.

يجدر الإشارة هنا أنه تم حديثا التوجه إلى معالجة الغازات المنطلقة من عوادم السيارات، حيث تم تركيب جهاز بلازما في عادم السيارة ليعالج الغازات السامة قبل خروجها إلى الجو. كذلك أجريت تجارب عديدة على الفضلات الصلبة والسائلة حيث تستخدم بلازما عند درجات حرارة عالية تصل إلى 6000 درجة مئوية تعمل على تبخير وتحطيم المواد السامة وتحولها إلى غازات غير سامة، وفى نهاية العملية يكون ماتبقى من مواد صلبة في صورة زجاج. وتم في أمريكا العام الماضي التخلص من حوالي 4000 مستودع يحتوى على فضلات صلبة وملوثة للبيئة بواسطة البلازما. وقد كانت هذه الفضلات تدفن في باطن الأرض مما كانت تسبب أخطار تلوث. وباستخدام البلازما يمكن حاليا التخلص من 200 كيلو جرام من المواد السامة في الساعة.

[الريم الجفول]

الحالة الرابعة من المادة وهي " البلازما " وتتكون البلازما عبر مراحل تدريجية تتم بإرتفاع درجة الحرارة, حيث تتفكك جزيئات الغاز إلى ذرات في المرحلة الأولى. ثم يتبع ذلك في المرحلة الثانية تأيين لذرات الغازات نتيجة التصادمات التي تؤدي إلى إنطلاق الإلكترونات من المدارات الخارجية للذرات, وبذلك تتكون البلازما من خليط من الذرات المتعادلة والأيونات الموجبة والإلكترونات. والبلازما هي الحالة الشائعة للمادة في الكون حيث تشكل 99% من المادة. إلا أنها نادرة جداً على الأرض إلا في الحالات التي يقوم الإنسان بصنعها مثل " مصابيح الفلورنست ".

[الريم الجفول]

فيزياء البلازما

البلازما هي حالة خاصة من حالات المادة الأربعة
وتطلق على المادة المحتوية على كمية معينة من الجسيمات الأولية المشحونة كهربائياً ( الأيونات ، الغاز المتأين )
أي أن الالكترونات تكون منفصلة تماما عن نوياتها
تعطي هذه الحالة للمادة خواصا كهربائية وسلوكاً خاص
وأهمية كبرى في مختلف مظاهر حياتنا اليومية .


ماهية البلازما
يطلق مصطلح البلازما عادة على الحالة الرابعة من الحالات التي توجد بها المادة في الوجود .
-الحالة الأولى : الحالة الصلبة .
-الحالة الثانية : الحالة السائلة .
-الحالة الثالثة : الحالة الغازية .

فإذا قمنا بتسخين المادة الصلبة، ستتحول الى حالة سائلة
واذا تم تسخينها وهي سائلة، ستتحول الى حالة غازية
وعادة ما يتكون الغاز من ذرات أحادية الشحنة أو جزيئات متطايرة ثم تتصادم ببعضها بعضا.
واذا قمنا باكساب الغاز طاقة
(عن طريق تسخينه أو تمرير تيار كهربائي مرتفع أو ضوء ليزر كثيف من خلاله)
فان بعض الذرات تكتسب طاقة كافية لتحرير الكترون سالب الشحنة ليصبح ذا شحنة كهربية موجبة.

ففي الأحوال العادية تكون الذرة مستقرة لا تصدر أي إشعاع
لكن يمكن لهذه الذرات أن تثار بإعطائها طاقة بأكثر من طريقة
مثل التسخين ، أوتسليط الإشعاع عليها
وتبقى في حالة الإثارة فترة زمنية من رتبة 10^-8 من الثانية ؛أي جزء من مائة مليون من الثانية
وبعد ذلك تعود إلى حالتها الأساسية
مصدرة الطاقة التي اكتسبتها أثناء عملية الإثارة
على هيئة إشعاع كهرطيسي ، أو جسيمات أولية
كما ويمكن أن تتحول الذرة إلى ( أيون Ion ) وذلك باقتلاع إلكترون أو أكثر من إلكتروناتها .
وإذا فقدت الذرة إلكتروناتها كلها وصارت الإلكترونات تتحرك بحرية مع نوى الذرات
دون أن ترتبط بها قلنا أن المادة تحولت إلى حالة البلازما .

فالمادة إما أنها صلبة مثل الحديد والتراب
أو سائله كالماء والزيت
أو غازية كالهواء والغازات الأخرى المعروفة
أو بلازما
والبلازما إما أنها باردة مثل حالة الغاز في لمبة النيون المشتعلة
أو حارة كما هو الحال في الشمس والنجوم الأخرى المشتعلة التي تبنى منها المجرات.



خواص حالة البلازما

تشكل البلازما وسطاً ناقلاً من الجسيمات المشحونة ، الناقلة للتيار الكهربائي والمولدة للحقول المغناطيسية .
تعتبر حالة البلازما هي الحالة الأكثر شيوعا للمادة
التي تضم 99% من الكون المرئي لدينا ، وتشمل حالة جميع النجوم و المجرات .

يوجد في الحقيقة مجالين جوهريين لدراسة حالة البلازما:
-المجال الأول وهو الحالة الأعم للبلازما التي تتضمن الحركة الالكترونية
( الحركة الأيونية ) في المجال المايكروني من المرتبة (10^-6 )ودونه .
-المجال الثاني يغطي معظم مجالات الفيزياء التي يمكن تطبيقها في الفضاء ( قوانين الطاقة والكثافة ) .
من جهة أخرى ، نجد أن بلازما الكواركات واللبتونات ( Quark-gluon plasmas )
التي على الرغم من وجودها ضمن حقل قوى جذب هائل
الناتج عن الحقل الإلكترومغناطيسي الناتج عن شحناتها
فإن (هذه البلازما ) تتميز بحالة نووية ذات كثافة مادية هائلة .

وبالنسبة للحرارة ( الطاقة ) فإن بعض أنواع البلازما التي تتميز بــ الحالة الكريستالية
وتنتج في المختبرات ، تملك درجة حرارة قريبة من الصفر المطلق(0 كالفن = -237 ْ سيلسيوس )
خلافا لذلك ، تمتلك البلازما الكونية ( الفضائية ) طاقة حرارية تصل لدرجة حرارة تتجاوز (10^+8 كلفن )
والأشعة الكونية ( والتي هي نوع من البلازما التي تمتلك إشعاعات جيروسكوبية( لولبية ) هائلة )
تم رصد طاقة إشعاعاتها الهائلة التي تفوق الى حد بعيد قدرات الإشعاع
التي تسعى لإنتاجها جميع مختبرات الإنسان المتطورة الحالية .

وبسبب ناقلية حالةالبلازما من المادة واستجابتها للحقل الكهربائي والمغناطيسي
وباعتبارها تشكل منابع فعالة للإشعاعات المختلفة
ظهرت لها تطبيقات عديدة جدا تكاد تكون غير محدودة ، وفي مختلف العلوم .


التطبيقات التكنولوجية العملية للبلازما

* جهاز الدفع الصاروخي بالبلازما
البلازما عبارة عن تجمع من جسيمات سالبة (الكترونات) وأخرى موجبة (أيونات)
وهي بذلك تمتلك خواص تختلف اساسا عن التي يمتلكها الغاز المحايد (ليس له شحنة كهربية)
ويمكن التحكم في البلازما عن طريق المجال المغناطيسي.
كما أنها موصل جيد للكهرباء، فعند تمرير تيار كهربائي خلال البلازما واستخدام المجال المغناطيسي
يمكن بذلك اخضاع البلازما لقوة كهرومغناطيسية مشابهة لتلك التي يعمل بها المحرك الكهربي
وهذه القوة يمكن استخدامها بشكل فعال لزيادة سرعة البلازما
ودفعها بسرعة عالية جدا قد تصل الى 60 كيلومترا في الثانية
وبهذه الطريقة يتم انتاج قوة دفع يمكنها دفع أي مركبة فضائية في الفضاء


يطلق على هذا الجهاز الذي يقوم بتوليد وتسريع البلازما اسم
صاروخ البلازما أو محرك البلازما أو «جهاز الدفع بالبلازما» Plasma Thruster
وهو عبارة عن صاروخ كهربائي لاعتماده على الطاقة الكهربية بدلا من احتراق الوقود.
ويركز مختبر الدفع بالبلازما على دراسة الفيزياء المعقدة للبلازما وتطوير أنواع مختلفة من صواريخ البلازما.

وبالنسبة الى أهمية تقنية الدفع بالبلازما في المركبات الفضائية
فإن معظم الصواريخ المستخدمة حاليا في الفضاء
هي صواريخ كيميائية (بوقود كيميائي) تعتمد على عملية الاحتراق
أي تحرق الوقود السائل داخل حجرة الاحتراق لإنتاج غاز كهربي محايد
يخرج كعادم من الصاروخ بسرعة لا تتجاوز 3 كيلومترات في الثانية.
وكلما كانت سرعة الغاز الخارج من الصاروخ عالية
قلت نسبة الوقود المستخدم لدفع مركبة فضائية من مكان لآخر في الفضاء
ولذا نحتاج الى عدة أطنان من الوقود لإرسال مركبة فضائية كبيرة مأهولة أو على متنها معدات ثقيلة.

أما اذا استخدمنا صاروخ البلازما الذي تصل سرعة العادم فيه الى 60 كيلومتراً في الثانية
فان وزن المادة الدافعة يمثل جزءا صغيرا بالمقارنة بتلك التي يستخدمها الصاروخ الكيميائي.
ولابد من الاشارة الى أن صواريخ البلازما تستخدم فقط في محيط الفضاء الخارجي
أي عند وصول المركبة الى المدار المخصص لها
لأننا ما زلنا نعتمد على عملية الدفع الكيميائي لإطلاق المركبات الفضائية من على سطح الأرض.

وقد ساعد استخدام الدفع بالبلازما في المدارات
على توفير قدر هائل في كمية المادة المستخدمة في عملية الدفع والتي يجب اطلاقها
وهذا يعني توفيرا كبيرا في تكلفة عملية الاطلاق
اذ تصل تكلفة اطلاق كيلوغرام واحد من هذه المادة ما بين 20 الى 200 ألف دولار.

وتعتبر المركبة الفضائية Deep Space-1 التابعة لـ«ناسا» التي أطلقت عام 1998م
أول مركبة تستخدم صواريخ البلازما
وقد حققت مهمتها بنجاح باهر
حيث مكن المحرك الأيوني المركبة من السفر لمسافة 320 مليون كيلومتر
ومن اعتراض أحد الكويكبات السيارة وأحد المذنبات، وقد استهلكت 80 كيلوغراما فقط من الوقود.

[Dear]

ماشاء الله تبارك الله

والله إبداع لايوصف

ألف ألف ألف شكر:s_thumbup::s_thumbup::s_thumbup: