وجد العلماء طريقة لتغيير شكل البلازما المغبرة دون الاتصال المباشر

البلازما عبارة عن غاز متأين يوصل التيار ويمكنه الاستجابة لمجال مغناطيسي خارجي. عندما تكون هناك جسيمات دقيقة صلبة في البلازما، يصبح هذا النظام أكثر تعقيدًا بسبب حركة الجزيئات وتأثيرها على خصائص البلازما. أحد الأشياء المثيرة للاهتمام في الدراسة هو البلازما المتربة. في عملهم، نظر الباحثون في نوعين من هذه الأنظمة: بلازما الهباء الجوي، حيث تتحرك الجسيمات الدقيقة الصلبة بشكل عشوائي، وبلازما الغبار، حيث تشكل الجسيمات هياكل مرتفعة مرتبة. تتمتع هذه الأنظمة بإمكانات كبيرة للتطبيق في مختلف المجالات – من الصناعة وتكنولوجيا النانو إلى الطب والبيئة والملاحة الفضائية. في هذا العمل، قام العلماء بشكل تجريبي وباستخدام النمذجة الحاسوبية بدراسة تأثير شعاع الإلكترون على أنظمة غبار البلازما. شعاع الإلكترون هو تدفق موجه للإلكترونات السريعة. في تجاربهم، أنشأ الفيزيائيون بلازما الأرجون أو الهيليوم، حيث تم إدخال جزيئات الغبار – مسحوق أكسيد الألومنيوم، الكربون غير المتبلور أو حمض أسيتيل الساليسيليك. ثم مرروا شعاعًا إلكترونيًا عبر هذا الوسط ولاحظوا تغيرات في حركة الجسيمات وشكل سحابة البلازما. تم نشر المقال في مجلة الفيزياء التطبيقية. اكتشف الباحثون ثلاثة أنماط لسلوك بلازما الهباء الجوي تحت تأثير شعاع رفيع من الإلكترونات: الأوضاع غير المضطربة، والعابرة، والمضطربة. تم تحديد نوع النظام بواسطة ضغط الغاز وتيار شعاع الإلكترون وتركيز الغبار. في الوضع غير المضطرب، لم يغير شعاع الإلكترون عمليا توزيع الجزيئات في حجم البلازما. في الأنظمة الانتقالية، ظهرت مناطق ذات تكوينات مختلفة، خالية من الجزيئات. في الوضع المضطرب، تم دفع الجزيئات بشكل نشط خارج منطقة الشعاع. وكانت إحدى النتائج المهمة هي أنه في الأوضاع الانتقالية والمضطربة، لم تكن حركة الجسيمات فوضوية. لقد تحركوا في الغالب في اتجاه انتشار شعاع الإلكترون وتبعوه عندما ينحرف الشعاع عن الاتجاه الأصلي. لم يكن أقل إثارة للاهتمام هو تأثير التأثير البعيد للحزمة على جزيئات الغبار: ليس من الضروري على الإطلاق توجيه الشعاع مباشرة إلى بلازما الغبار؛ يكفي أن يمر بالقرب من حجم البلازما. تعتبر طريقة التأثير هذه مناسبة تمامًا للتحكم في هياكل غبار البلازما المطلوبة. “لم يكن من المتوقع أن تكون العمليات الفيزيائية في بلازما الهباء الجوي مصحوبة بتأثيرات مذهلة للغاية، والتي، كما تبين لاحقًا، يتم تفسيرها من خلال عدم الاستقرار الناتج عن شعاع الإلكترون. وقالت تاتيانا فاسيليفا، الأستاذة في قسم الكيمياء الفيزيائية في MIPT، إنه من المهم أيضًا أن تتداخل حالات عدم الاستقرار هذه مع التشغيل العادي لمنشآت شعاع البلازما، ولكن يمكن التحكم فيها بشكل فعال”. أظهرت عمليات المحاكاة أن جزيئات الغبار يمكنها امتصاص جزء كبير من طاقة الشعاع. وفقًا للحسابات، عند التركيزات العالية، يمكن للغبار أن يسلب معظم الطاقة، مما يترك طاقة أقل بخمس مرات للتأين. يشير هذا إلى أن الغبار ليس مكونًا سلبيًا، ولكنه مشارك نشط في عملية التحكم في حجم البلازما، والذي يحدد إلى حد كبير خصائص الطاقة وتكوينها. وبالتالي، يمكن اعتبار شعاع الإلكترون كأداة للتأثير المباشر على الهباء الجوي وبلازما الغبار. بمساعدتها، يمكنك تغيير شكل حجم البلازما، وضبط حركة جزيئات الغبار، وإنشاء مناطق خالية من الغبار، والعكس بالعكس – مناطق ذات تركيز عالٍ من الجزيئات. بالإضافة إلى ذلك، فإن شعاع الإلكترون يجعل من الممكن التحكم في طاقة بلازما الغبار. يمكن أن تكون هذه التأثيرات مفيدة في إنشاء تركيبات بلازما الحزمة للبحث الكهربي الفيزيائي وتقنيات الإنتاج، حيث يكون وسط العمل هو البلازما مع جزيئات الغبار الدقيقة.