X
تبلیغات
پلاسما

پلاسماي غبارآلود:

اگر ذرات كوچك جامد (به اصطلاح غبار) به سيستم پلاسما وارد شوند، پلاسماي غبارآلود تشكيل مي­شود. اندازه ذرات غبار معمولاً از مرتبه نانومتر تا ميکرومتر است به عبارت ديگر پلاسماهای غباری، پلاسماهای چند مولفه­ای متشکل از الکترون­ها، يون­ها، گاز خنثی و ذرات جامد است. وجود غبار در پلاسما باعث تغییر توزیع بار، بوجود آمدن پدیده­های جمعی جدید مانند مدهای امواج جدید و تغییر پارامترههایی چون چگالی و پتانسیل و ... در پلاسما می­شود

 دلایل اهمیت مطالعه پلاسمای غبارآلود:

1)   این پلاسما در گستره وسیعی از فضای بین ستاره­ای (در ابرهاي ميان سياره­اي حلقه­های زحل و مگنتوسفرهاي سياره­اي) تا آزمایشات همجوشی وجود دارد و حضور میکرو ذرات باردار می­تواند نقش مهمی در تعیین دینامیک محیط پلاسما بازی کند.

2)   شامل چندین رشته و گرایش فیزیک است: پلاسما، فیزیک حالت جامد، فاز نانو و شیمی

 کاربردهای پلاسمای غبارآلود:

1)   بعنوان آلاینده: تشکیل میکرو ذرات در راکتور پلاسما که باعث کاهش بازدهی آن می­شود و رشد میکرو ذرات بالاتر از چندین نانومتر در پلاسما

2)   بعنوان کالا در صنعت: رشد فیلم­های الماسی، کاشت نانو ذرات برای افزایش خواص سطحی (سلولهای خورشیدی سیلیکون آمورف)، اين ذرات مي­توانند چگال شوند و در پلاسماهاي مورد استفاده براي ساخت قطعات ميكروالكترونيك رشد كنند. همچنین اين ذرات مي­توانند سطوح پردازش شده را آلوده كنند و بازدهی را كاهش دهند.

بنابراين كنترل اين گونه پلاسماها در آزمايشگاه موضوع مهمي به منظور بهبود كيفيت نيمه­رسانا يا ريزتراشه­هاي كامپيوتري و غيره است، به همين جهت بررسي آن در صنعت حايز اهميت است.

+ نوشته شده توسط در شنبه یکم آبان 1389 و ساعت 14:58 |
معادله ديفرانسيلی شرودينگر غيرخطی و گسسته:
          
در حالت پيوسته معادله شرودينگر غيرخطی پاسخ ساليتونی دارد که چگونگی انتشار موج در سيستم مورد مطالعه را مشخص مي کند. پايداری امواج در حالت پيوسته نيز قاعده مشخصی دارد. با توجه به منفی بودن P، شرط پايداری امواج ساليتونی (0>PQ) بيان میکند که امواج برای  0>Q  پايدارند.
از سوي ديگر، برای (PQ مثبت) ناپايداري مدولاسيوني باعث بوجود آمدن بسته ساليتون روشن مي شود. نتيجه بدست آمده با حل تحليلی معادله ديفرانسيل فوق برای يک زنجیره يک بعدی از ذرات غبار تاييد مي کند که در حرکت عرضی ذرات غبار درون شبکه يک بعدی، نوسانات جايگزيده وجود دارد که به دليل جفت شدگی غيرخطي الكترواستاتيكي ممكن است به پايداري و يا ناپايداري در ساختارهاي جايگزيده منجر شود. شبيه سازی بدست آمده نتايج نظری مبنی بر اينکه بسته هاي برانگيختگي (ساليتونها) خاكستري/ تاريك پايدار و بسته ساليتون روشن (مدهای با پاريته زوج و فرد) ناپايدار هستند را تایید مي کنند. همچنين نتايج بدست آمده وجود مدهای زوج و فرد در نوسان جايگزيده ذرات را تائيد مي کند. مدهای زوج  و فرد و همچنين نحوه نوسان ذرات همسايه در شکل زير آورده شده است.

                          (الف)                                                                (ب)
شكل الف) جواب با پاريته زوج ب ) جواب با پاريته فرد

برای شبيه سازی موارد فوق از نرم افزار متمتيکا استفاده شده است.

+ نوشته شده توسط در یکشنبه سوم مرداد 1389 و ساعت 11:10 |

 

ICFInertial Confinement Fusion

همجوشي محصور شده لختي(ICF) فرايندي است که همجوشي هسته­اي توسط گرم کردن و متراکم کردن سوخت مورد نظر (به طور مثال به شکل يک گلوله شامل مخلوطي از دوتريم و تريتيوم) آغاز مي­شود. سيستمهاي ICF عموما از يک ليزر تکي استفاده مي­کنند. پرتو اين ليزر به تعدادي پرتو منشعب مي­شود، اين پرتوها توسط تعدادي آينه به درون چمبره واکنش فرستاده مي­شوند، به گونه­اي که تمام کل سطح نوردهي شود.

ssad

 براي متراکم کردن و گرم کردن سوخت، با استفاده از نور ليزر، انرژي زيادي به لايه آخر گلوله سوخت، منتقل مي­شود. لايه آخر با گرم شدن به سمت بيرون منفجر شده و يک نيروي واکنش باعث ايجاد و ارسال موج شوک به سمت مرکز هدف مي­شود. این شوک مي­تواند سوخت مورد نظر را گرم و متراکم نمايد، تا حدي که واکنش همجوشي هسته­اي بتواند رخ بدهد. گرماي رها شده از اين واکنش موجب گرم شدن سوخت اطراف مي­شود که ممکن است موجب رخ­دادن فرايند همجوشي بشود. در بخش نهايي انفجار، مرکز سوخت به چگالي 20 برابر چگالي سرب مي­رسد و در دماي 100 ميليون درجه کلوين مشتعل مي­شود. اين احتراق با پخش شدنش در جهت شعاعي، در سرتاسر سوخت متراکم شده و چندين برابر انرژي ورودي ايجاد مي­کند.      

در طول فروپاشي سوخت، امواج شوک شکل گرفته و با سرعت بالا به سمت مرکز سوخت شروع به حرکت مي­کند. وقتي که هر نقطه با نقطه مقابلش که از طرف ديگرِ سوخت، به سمت مرکز سوخت حرکت مي­کند به هم مي­رسند، چگالي پلاسما در آن نقطه خيلي بيشتر بالا ميرود. آهنگ همجوشي در نواحي متراکم شده توسط امواج شوک (تا حد بالا)، مقدار زيادي انرژي ذرات آلفاي انرژي بالا ارائه مي­دهد. بسته به چگالي بالاي سوخت در محيط اطراف، اين ذرات فقط مسافت کوتاهي را طي مي­کنند، و سپس انرژيشان را در غالب گرما به سوخت منتقل مي­کنند. اين انرژي اضافي موجب رخ­داد واکنشهاي همجوشي اضافي در سوخت گرم شده مي­شود. اين فرايند از مرکز به سمت بيرون پخش مي­شود، و به يک نوع سوختن خود پشتيباني کننده، موسوم به اشتعال منجر مي­شود. هدف ICF توليد شرايطي موسوم به احتراق است که در آن اين فرايند گرم کردن موجب رخ داد يک فرايند زنجيره­اي مي­شود که در حين آن بخش عمدۀ سوخت، سوزانده خواهد شد. گلوله­هاي سوخت داراي ابعادي در حد سرسنجاق، و وزني در حدود 10 ميلي گرم هستند.

+ نوشته شده توسط در پنجشنبه شانزدهم اردیبهشت 1389 و ساعت 13:32 |

تقریبا اکثر مردم در پاسخ به این پرسش که ماده چند حالت دارد، می­گویند سه حالت: جامد، مایع،گاز. ولی چنین نیست گازها در درجه حرارتهای بسیار بالا، حالت چهارم ماده را پدید می­آورند که پلاسما نامیده می­شود. پلاسما را می­توان همه جا یافت. در جهان از ماده ستارگان گرفته تا پرتوهای کیهانی و در اطراف کره خاکی، درون حوزه مغناطیسی زمین و در نگاهی عامیانه­تر حتی در آتش حالت پلاسما وجود دارد. پس پلاسما گازی است که از ذرات باردار تشکیل شده است و در درجه حرارتهای به وجود می­آیند.

پلاسما برحسب شدت یونیزاسیون گاز مورد نظر به دو گروه تقسیم می­شوند: دسته اول پلاسماهایی که در آنها درصد بالایی از اتم ها یونیزاسیون شده­اند و برای همجوشی هسته­ای به کار می­روند که دمای آنها بسیار بالا و در حدود چندین میلیون درجه سانتیگراد است.

دسته دوم پلاسماهایی هستند که در آنها جزئی از اتمها یونیزه شده­اند و یونیزاسیون، به ندرت به5% می­رسد که دمای آن بین 2000 تا 20000 درجه سانتیگراد است و این نوع پلاسما کاربرد صنعتی دارد. در ذوب آهن، تهیه آلیاژهای فولاد و در پرتاب موشک به فضا و همچنین در حفاری مورد استفاده قرار می­گیرد.

پلاسما از نظر تولید انرژی قابل ملاحظه است به شرط آنکه کنترل حرارتی همجوشی هسته­ای میسر شود. استفاده از پلاسما برای پوشش­دهی فلزات به منظور حفاظت در برابر حرارت زیاد برای اولین بار در صنایع هواپیماسازی مورد استفاده قرار گرفت.

روش تولید پلاسماا:

الف) تخلیه الکتریکی: پلاسما رسانای بسیار خوبی برای برق است و در مواردی حتی بهتر از بهترین رساناهای فلزی عمل می­کند. اگر مقداری گاز معمولی را یونیزه کنیم، یعنی درون آن تخلیه الکتریکی انجام دهیم، گاز به پلاسما تبدیل می­شود زیرا تخلیه الکتریکی سبب می­شود ذرات گاز باردار شوند. هر اتم معمولی از یک هسته با بار مثبت و ابری از الکترونها با بار منفی در اطراف آن تشکیل شده است. بار الکتریکی اتم در حالت عادی صفر است.

اگر میدان الکتریکی نیرومندی بر گازی معمولی اعمال کنیم ممکن است تعدادی از الکترونها، اتمهای خود را ترک کنند. هر اتم که به این ترتیب تحت تاثیر قرار بگیرد به طور مثبت باردار می­شود و در این حالت می­گوییم اتم به یون تبدیل شده است. الکترونهای جدا شده که بار منفی دارند آزادانه در دستگاه حرکت می­کنند. این الکترونهای آزاد از میدان الکتریکی انرژی می­گیرند و سرعتشان زیاد و زیادتر می­شود و در این روند به اتمهای دیگر برخورد می­کنند و سبب آزاد شدن الکترونهای بیشتر می­شوند.

این کار به طور پی در پی صورت می­گیرد و تعداد الکترونهای آزاد شده رفته رفته زیادتر می­شوند. این فرآیند به فرآیند آبشاری معروف است. در این میان تخلیه الکتریکی گسترش  می­یابد و جریان الکتریکی برقرار می­شود. گاز قبل از تخلیه الکتریکی در آن نارسانا بود در مواقعی که تخلیه الکتریکی بسیار قدرتمندی انجام می­گیرد، ممکن است تمام اتمهای گاز به سبب فرآیند آبشاری یونیزه شوند و گاز به پلاسما تبدیل شود.

ب) تولید پلاسما در درجه حرارت های بالا: با رساندن دمای گاز به درجه حرارتهای بالا نیز می­توان پلاسما بوجود آورد. دمای لازم برای تولید این نوع پلاسما به روش یونیزاسیون حرارتی بسیار زیاد و از مرتبه دهها هزار درجه است و واقعیت این است که دانشمندان در مواقع بسیار نادر و ویژه از این روش برای تولید پلاسما استفاده می­کنند.

ولی از طرف دیگر، فیزیکدانان متخصص پلاسما علاقه بسیار زیادی دارند تا رفتارهای پلاسمای کاملا یونیزه شده را بررسی کنند. در این میان اخترشناسان می­توانند در مورد رفتار پلاسما به فیزیکدان­ها کمک کنند زیرا 99 % جهان هستی پلاسما است.

 در اعماق ستاره­ها، دما بسیار بالا بوده و تمام ماده به شکل پلاسما است. در این دما چهار هسته هیدروژن با هم ترکیب می­شوند و یک هسته­ی هلیوم بوجود می­آورند. در این فرآیند که همجوشی هسته­ای نام دارد، انرژی­ای به دست می­آید که از خورشید یا دیگر ستاره ها آزاد می­شود و در مورد فرآیند همجوشی هسته­ای باید گفته شود که این فرآیند در بمب­های هیدروژنی در کسری از ثانیه رخ می­دهد.

دانشمندان تلاش می­کنند که با کنترل و ابقای همجوشی هسته­ای هیدروژنی به منابع ارزان و پر توان دست یابند. از دیگر کاربردهای پلاسما می­توان به موارد متالوژی، تهیه آلیاژها، پرتاب موشک­ها به فضا، حفاری، برش قطعات فولادی، تهیه استیل، تهیه اکسید تیتانیم، بازیابی اکسید فلزات در آهن، سرب قلع و پوشش­دهی فلزات به منظور حفاظت آنها در برابر حرارت زیاد و برای محافظت قطعات توربین گاز در هواپیما نام برد.

+ نوشته شده توسط در چهارشنبه پانزدهم اردیبهشت 1389 و ساعت 13:30 |