[الزعيم الفيزيائي]

المقدمة :

التقدم في البز ترون حصر التقنيات التي جعلت من الممكن أداء التجارب بلازما البز ترون والإلكترون في المختبر
دراسة نظام شعاع البلازما في البز ترون والإلكترون عن طريق إرسال شعاع ذو طاقة منخفضة خلال بلازما البز ترون وخزنة في اسطوانة وفي مصيدة ذات أقطاب رباعية (quadrupole ).

وفي الاسطوانة تسخن البزوترونات بمعدل ثابت ولكن نلاحظ عدم استقرار ها وإثناء عبور الإلكترون المثار خلال البلازما أداء إلي تدبدب بلازما البز ترون وطرد البزترونات من الاسطوانة .
وبلازما البز ترون والإلكترون درست على نطاق واسع باستعمال نماذج تحليلية ومحاكاة عددية التي أوصلتهم إلي بلازما الفيزياء الفلكية مثل غلاف بلسر المغناطيسي .وعلى أية حال إلي ألان لا توجد دراسات مختبريه نفدت . لان تقنيات تجميع إعداد كبيرة من البزترونات ودمجها بالالكترونات كانت غير متوفرة بالرغم من إن المخططات المختلفة لأداء مثل هده التجارب نوقشت من قبل .
العرض:
ولقد اوجد التطور الحديث تقنيات ذات كفاءة عالية لتجميع بلازما البزترون وتنقيته وضعه في اسطوانة التي بدورها جعلت التجارب على بلازما البزترون والالكترون محتملة .
ويوجد هناك طرق اخرى لخلق بلازما البزترون النقي , وتصف هده الرسالة الادراك الاول لمثل هدة التجربة نظام شعاع بلازما البزترون والالكترون ويتم دلك بارسال شعاع الكتروني دو طاقة منخفضة خلال بلازما البزترون وخزنه في اسطوانة وكتابة الحسابات الجيو مترية ونلاحظ في الاسطوانة إن البزترونات تسخن بمعدل ثابت ولكنه غير مستقره في المصيدة دات الاقطاب الرباعية وعند عبور الشعاع الالكتروني المثار من خلال البلازما يؤدي إلي اثارة المركز تدبدب الجماعي في البلازما إلي سعات كبيرة جدا مما يؤدي الى طرد البزترونات من البئر
ورسال الاشعة خلال البلازما في المحصور هو موضوع الاهتمام الحالي على سبيل المثال , اشعة الإلكترون التي تتحقق فية تكون تشخصية للبلازما.و في التجربة الاخرى يكون شعاع الإلكترون متقاربا كرويا لتحقيق مفهوم متقدم للانشطار المسيطر علية .
الاستعمالات الاخرى للاشعة في المحصور تتضمن اثارة أنماط الطلب الاعلى التي تستعمل في حزمة الاشعة , ومثل هدة الأنماط تحتاج الى اهتمام تشخيصي بعيد ,وفي مثل هدة التطبيقات تحتاج الى فهم طبيعة تفاعلات شعاع البلازما التي يمكن إن تحدث ,والهدف من الدراسة طويلة المدى لبلازما البزترون والالكترون تحت شروط حيث إن العنصرين نسبهم ثابتة بعضهم الى بعض ومثل هدة التجربة قد تنجز في مراة مغناطيسية اوفي شرك بول (paul trap ) كخطوة اولى وتحقق نظام شعاع البلازما والسبب في دلك لانه يتطلب الحجز الاني في كلا النوعين .
والتجربة أديت في اسطوانة ومصيدة ذات أقطاب رباعية والمبينة في الشكل (1) والفقرة (a) و(b) على التوالي .
وكان مصدر البزترونات هو Na22 المشع ولكن تباطأت إلي بضعة إلكترون فولتات بواسطة النيون الصلب وقد حمل إلى المصيدة بالاصطدامات الغير مرنة مع جزيئات غاز النتروجين الحاجز بعد البزترونات حمل وبرد إلى درجة حرارة الغرفة . ويطعم بغاز مثبط وبالتالي يسقط الضغط إلى ( 5x10-10 torr~P ) في حوالي 30 s وان عمر البزترونات حوالي (torr 5x10-10 ) حوالي نصف ساعة .
والحجز المحوري مجهز بالانطباق وإمكانية سلبية القطب الكهربائي المركزي وتعقد أقطاب النهاية الكهربائية وكذلك الحجز الإشعاعي مجهز من قبل حقل مغناطيسي (1260G) وتحت هدة الشروط فأن التردد الإرجاع المحوري لكتلة البلازما والمصيدة ذات الأقطاب الرباعية هو 4.4 MHZ إما تردد الإرجاع في الاسطوانة يعتمد على غزارة التدبدب .
وشعاع الإلكترون المرسل خلال البلازما البز ترون وبعد دلك يسقط الشعاع على حاجز قابل لتعديل












الشكل رقم (1 ) (a) رسم توضيحي أللاسطوانة التي ينحصر فيه الشعاع
(b)رسم تقريبي لمصيدة ذات الأقطاب الرباعي

وبعد فترة من الوقت تترك البزترونات الصحيفة المتجمعة عليها .والبزترونات تستعمل كاشف حساس يكون المضخم وبقياس الإبادة للأشعة جاما ( ) من قبل قياس عدد البزترونات وحساب الطاقة الاحتمالية تماما عند تركها الصحيفة المجتمعة عليها ,وقياس درجة الحرارة البزترونات المكتسبة عن طريق مسح شعاع أيبل لحصول على لمحة للحياة الإشعاعية لشعاع الالكتروني وأيضا لمحة لحياة الإشعاعية المكتملة البلازما . والتدبدب اثأر في البلازما عن طريق الشعاع وتم اكتشاف دلك عن طريق ربط القطب كهربائي دو شحنة صغيرة بأحد أقطاب البقعة ذات النهاية المخروطية كما هي مبينة في الشكل (1 ) الفقرة (b) .
والبلازما تحتوي على حوالي ( 108) من البزترونات ويمكن إن تحصل علية بتجميع البزترونات لعدة دقائق ووصفت التجارب بأن البلازما تحتوي على (2x107 ) من البزترونات .
بارومترات البلازما البز ترون يتم الحصول عليها بقياس الكثافة المتكاملة محوريا ورصد التحليلات واستعمال رمز الموازنة لبولتزمان للبز ترون وحساب التوزيع المكاني للبزترونات في المصيدة باستخدام بارومترات البلازما للبز ترون المثلية.
العدد الكلي للبز ترون =2x107 NP, ودرجة الحرارة للبزترونات =0.025 ev TP , ونصف قطر البلازما =1.5 cm p r للاسطوانة , وطول البلازما LP=20cm , وكثافة البز ترون np=3x105cm
ونسبة الطول للعرض LP/2rp of 7= , وطول موجة ديباي =2mm في المصيدة ذات الأقطاب الرباعية LP=4cmالذي يعطي np=1x106cm-3 , =1.3 ,1mm=D وهكذا في الاسطوانة والمصيدة ذات الأقطاب الرباعية نجد إن <<1 Np <<rp , D , D<<LP
حيث إن NPعددالبزترونات في مجال ديباي .
وقطر الشعاع الالكتروني في البلازما حوالي 7cm في موقع البلازما البز ترون . وكان معدل انتشار الطاقةwb لشعاع الالكتروني حوالي 1ev في النصف الحد الأعلى وكانت طاقة الشعاع تقدر بحوالي 10 evقبل إن تدخل المصيدة تبأطا إلى بضعة إلكترون فولتات والسبب في دلك عمق البئر وشحنة فضاء البز ترون المقدرة ببضعة إلكترون فولتات .
وان إمكانية البلازما القيام بتخفيض طاقة الشعاع بدقة بحيث إن البعض من الالكترونات تنعكس بانحصار البزترونات وقدرة إمكانية البلازما القيام بالتخفيض حسب رمز موازنة لبولتزمان للبز ترون إلى ( 0.4 – 0.3 ) .
والشكلين التاليين يبينا مجموعة مثالية من البيانات التي تصور تفاعل الشعاع الالكتروني دو الطاقة المنخفضة مع بلازما البزترونات في الاسطوانة ونلاحظ في الشكل (2-a) درجة حرارة البلازما البز ترون بعد الشعاع كانت مختلفة ونتصور إن التسخين كان له تأثير أسي .وبما إن حصلنا على نسبة التسخين وطبيعة سرعة الشعاع تحت شروط حيث كانت كثافة الشعاع ثابتة بتعديل تيار الشعاع الشكل (2 – a ) يصور مدى سرعة الشعاع على إجراء تفاعلي حتى يحدث تغير في الطاقة ( تغير أسي ) التي اعتبرت هنا الظاهرة مهمة جدا .













الشكل رقم (2) رسم بياني لتفاعل شعاع البلازما في للاسطوانة
(a) نسبة تسخين للبزترونات NP=1.2X107, nb=3x105cm-3
(تسخين البزترونات المصممة وقت المتابعة مع الشعاع الالكتروني )
(b) حساب معدلات النمو np=3x105cm-3 ,- nb=3x105cm-3


وتتحول البلازما إلي الحلة اللانهاية (دبلر ) وبالتالي يزدوج نمط الشعاع النمط بلازما لينغمور
( Langmuir ) والعلاقة بين النمطين عادية ل(إلكترون – ايون البلازما )قابلة للتطبيق وهدا يعطي معدل النمو الأقصى ل WP / 2 و الذي كان اعلي من حالة إلكترون – ايون البلازما لأي معدل نمو Wp 3/1( me / mi ) حيث me , miكتل الإلكترون والايون على التوالي وعند تعديل هندسة تجربتنا (تعيد الأنماط ) إلى أنماط ( القطعة الذهبية ) لشعاع البلازما وهدا يؤدي إلي تصغير معدلات النمو في العلامة التفريق البلازما الملا لنهائية .
ويعمل التسخين كمنشأ لنمو الأنماط الغير مستقرة للبلازما التي تحول الطاقة إلى جزيئات.
أد إن النظام يتصرف وفق النظرية الشبة خطية ويتوقع إن التسخين يقيس مدى الضوضاء في النظام وهو مشابه لملاحظات ديفيدسن في دراستهم العددية لعد استقرار النمطين في نظام شعاع البلازما ( ايون – إلكترون ) بمقارنة النظرية وجدنا النظام بشكل عددي واستعمال القيمة الذاتية للمعادلة ( الانجراف الحركي ) واستخدم الاندفاع المصفوفة في البلازما لانهاية ويعالج كنموذج نظام محوري البلازما الدان ينجرفان بنسب ثابتة لبعضهم البعض. لكن اختلاف إنصاف الأقطار للنوع المتضمن في النموذج لكن التحليلات الإشعاعية مفترضه إن تكون متساوية (شكل -2 (a وتقارن نسب التسخين المدروسة بشكل تجريبي لمدى سرعة الشعاع بمعدلات النمو .
وفي هده الحسابات والقيم المدروسة وإنصاف الأقطار البلازما والشعاع وكثافة ودرجة الحرارة أذا وجد إن درجة الحرارة Tb مكتسبة من انتشار طاقة الشعاعwb ويستعمل العلاقة التاليةwb /4 2(wb ) Tb , حيث wb طاقة الشعاع المتوسطة والقيم المثالية لـ Tb يكون في المدى ev 0.05إلى .1evعدد الموجة k يعتبر ملائما بارومترا وحلول الاثنان من القيم لـ k مبينة في الشكل (2-b), وأفضل شكل ملائم مع شكل المنحنى المكتسب يكون
K ~0.2-.04cm-1 7-15cm ~ ولكون طول البلازما كان 20cmلهدة المجموعة من المعلومات وهدا الطول يقابل نمط محوري منخفض الرتبة .
ونظرا لفرضيات تبسيط النموذج فأن الاتفاقية بين النظرية والتجربة معقولة وتعد الحسابات شي رئيسي لميزات البيانات وعامل الاختلاف في القيم المطلقة من معدلات النمو معقولة لكزن التفاعل يحدد مسافة قصيرة التي بين الشعاع والبلازما نستنتج إن معدل تسخين البلازما ثابت مع إننا نتوقع عدم استقرارا النمطين ونحن لا نستطيع تحديد وبشكل تجريبي النظام سرعة الشعاع (0.5x108cm-1 ) لان في مثل هده طاقة الشعاع منخفضة .
وانتشار طاقة الشعاع 0.5~wb يؤدي إلى انعكاس الشعاع وحصلنا على البيانات أيضا للتفاعل بين شعاع الإلكترون وبلازما البز ترون وخزنا في الاسطوانة والمصيدة ذات الأقطاب الرباعية لاحظ الشكل (1-b ) ولقد لاحظنا بعض الاختلافات في السلوك في المصيدة الاسطوانية وكذلك نلاحظ التدبدب المباشر من الاسطوانتين وبدلك نستعمل شحنة قطب كهربائي بارز نلاحظ الشكل (1-b ) أيضا الشكل (3-a ) المار في s 6~t والسبب دلك شحنة الشعاع عندما تعبر القطب الكهربائي الصغير والطاقات الشعاع قيمة تسمى قيمة العتبة . وهناك تدبدب جيبي قوي ينمو من الضوضاء بارتفاع أسي أولي ويصل إلى حالة التشبع عند s 50 ويكون تردد الإشارة 4.4MHZ وفي هده الحالة التي تكون مركبة من المركز المحسوب للتردد الجماعي لبلازما البز ترون الشكل (3 – b ) مصحوبا ببعض البزترونات المطرودة .
الذي لوحظ من قبل أشعة جاما ( ) الكاشفة والشكل نحفظ معدلات النمو المدروسة لاثنان من قيم الشعاع والكثافة معدلات النمو المدروسة نمط غير مستقر في الاسطوانة و المصيدة ذات الأقطاب رباعية ولكن نجد إن غير قادرين على مجارات سرعة الشعاع التي تستعمل في القيمة الذاتية للمعادلة .
التي تصف عدم استقرار النمطين مالم نفترض قيمة كبيرة بواقعية تغير درجة الحرارة شعاع0.5ev ~TP
في المصيدة ذات الأقطاب الرباعية . ويظهر النظام لتصريف مثل هدا التدبدب مع دائر LC الرنانة وان نستبدلها بمستوى عالي Q من التدبدب في مركز كتلة البز ترون البلازما . نظرية باردة وسائلة تحليلية متطورة ذاتية

وعند وصف هدا النظام نجد إن المقارنات التمهيدية بين النظرية والتجربة متفقة مع بعضها البعض ونجد أعظم طاقة للشعاع 1ev وتتباعد النظرية التجربة في تحديد طاقة الشعاع المنخفض حيث درجة حرارة الشعاع محددة ويحتمل إن تكون أكثر أهمية .











الشكل رقم (3 ) تفاعل شعاع البلازما في المصيدة
(a )غزارة التدبدب البلازما إثناء إرسال إلكترون على شحنه قطب كهربائي صغير (s s, t=40 t=2 )
( b ) تصميم شعاع جاما ( )
على خلاف المصيدة ذات الأقطاب الرباعية لم نكن قادرين على ملاحظة النمط الغير مستقر مباشرة في المصيدة الاسطوانية والسبب هواختلاف النمطين لان في المصيدة الاسطوانية و تكون الأنماط غزيرة ومعتمدة على درجة حرارة البلازما . وتظهر هناك طاقة احتمالية لاتوافقية للمصيدة الاسطوانية وبالتالي هناك إلية تحويل طاقة الموجة إلى طاقة حرارية و هده الظاهرة لم تلاحظ في المصيدة ذات الأقطاب الرباعية عند تفاعل شعاع البلازما . ونترجم دلك بأن في المصيدة الاسطوانية أنماط بلازما غير مستقرة لكن الطاقة تحويل السرعة إلى طاقة حرارية لدا فأن النمط الغزير لم يتأثر إما في المصيدة ذات الأقطاب الرباعية ليس هناك أي تحول للطاقة إلى طاقة حرارية لدا ينشأ نمط غير مستقر على الغزارة الكبيرة هدا متوافق مع ملاحظتنا على الإثارة الخارجية ونلاحظ الأنماط المحورية في الاسطوانة وأبار المصيدة ذات الأقطاب الرباعية وهنا تسخن البلازما بمعدل ثابت وتكون اعلي بكثير من الاسطوانة حيث إن تسخين في الاسطوانة ( 1ev )بينما اثر التسخين على المصيدة ذات الأقطاب الرباعية هو (0.2)








الشكل رقم (4 ) تفاعل البلازما في المصيدة ذات الأقطاب الرباعية
معدلات النمو تدبدبات بلازما البزترون واختيار سرعة الشعاع في اثنان من قيم كثافة الشعاع NP=2X107, , LP=4.4cm, rp=1.4cm nb=5x105cm-3 np=1.1x106cm- 3

وتطرد البزترونات من المصيدة ذات الأقطاب الرباعية فورا بعد التشبع الموجة الغير مستقرة وتكون طاقة الموجة (6ev~ ) لكن طاقة الشعاع الالكتروني تتراوح مابين (1ev-2ev ~ )
لكن بعض الجزيئات لابد إن تسرع إلى طاقات اكبر قريبة من حد الانجراف ويظهر لنا إن تدفق التدبدبات البلازما يصبح قريب إلى عمق الطاقة الاحتمالية وهدا مؤكد من قبل جزئية في خلية البلازما .
ونلاحظ نمو كبير لمركز التدبدب الجماعي في الوقت نفسه .وطرد البزترونات من المصيدة يلاحظ دائما بالارتباط مع اندفاع غزارة الموجة في الإشباع هدا التدفق من المحتمل إن يقوم بتخفيض عدد البزترونات في البئر ومن غير المحتمل إن يتعلق الاندفاع بالإشباع اللاخطي لعدم استقرار الجزئية البلازما في المصيدة.
وتصف هده التجربة الأنظمة المحتملة على سبيل المثال تشغيل عن طريق تسريع الشعاع الأعلى لنظام شعاع البلازما يكن مستقرا ويمكن إن تدرس .ويستعمل هدا النظام في تحقيق البعض من الظواهر اللاخطية المثيرة في إلكترون والبز ترون البلازما .حيث إن الاختلافات الملحوظة من بلازما( ايون –إلكترون ) والكثير من الظواهر مثل تراكيب الموجة الانفرادية والتصادمات ذات العلاقة بالفيزياء الفلكية و البلازما البزترون والكترون .

الخلاصة :
في الخلاصة وجدنا البلازما إلكترون والبز ترون بشكل تجريبي للمرة الأولى بإرسال شعاع الكتروني دو طاقة منخفضة خلال بلازما البز ترون وكتابة الحسابات الجيومترية في المصيدة الاسطوانية ونلاحظ عدم استقرار النمطين .
والبزترونات المرتبطة في المصيدة ذات الأقطاب الرباعية نجد إن المركز التدبدب الجماعي للبزترونات مثار إلى درجة كبيرة وتكون البزترونات معجلة خارج الطاقة الاحتمالية للاسطوانة وهدا التجارب تؤدي إلى تحقيق المختبر في صنف مهم من البلازما إلى الاهتمام الكبير في الفيزياء الفلكية والسياقات الأخرى .










:المراجع
[1] U. A. Mofiz, Phys. Scr. 47, 235 (1993); N. Iwamoto,
Phys. Rev. E 47, 604 (1993); V. I. Berezhiani and S. M.
Mahajan, Phys. Rev. Lett. 73, 1110 (1994).
[2] G. P. Zank and R. G. Greaves, Phys. Rev. E 51, 6079
(1995).
[3] Y. A. Gallant et al., Astrophys. J. 391, 73 (1992); J. Zhao,
J. I. Sakai, K.-I. Nishikawa, and T. Neubert, Phys. Plasmas
1, 4114 (1994).
[4] R. G. Greaves, M. D. Tinkle, and C. M. Surko, Phys.
Plasmas 1, 1439 (1994).
[5] C. M. Surko, M. Leventhal, and A. Passner, Phys. Rev.
Lett. 62, 901 (1989).
[6] V. Tsytovich and C. B. Wharton, Comments Plasma Phys.
Controlled Fusion 4, 91 (1978).
[7] T. E. Cowan et al., Hyperfine Interact. 76, 135 (1993);
A. Mohri et al., in Elementary Processes in Dense
Plasmas, edited by S. Ichimaru and S. Ogata (Addison-
Wesley, New York, 1995), pp. 477–486; H. Boehmer, in
Slow Positron Beam Techniques for Solids and Surfaces,
edited by Eric Ottewitte and Alex H. Weiss, AIP Conf.
Proc. No. 303 (AIP, New York, 1994), p. 422; D. J.
Wineland, C. S. Weimer, and J. J. Bollinger, Hyperfine
Interact. 76, 115 (1993).
[8] R. E. Pollock (private communication).
[9] D. C. Barnes, R. A. Nebel, and L. Turner, Phys. Fluids B
5, 3651 (1993).
[10] M. D. Tinkle et al., Phys. Rev. Lett. 72, 352 (1994).
[11] J. J. Bollinger, D. J. Wineland, and D. H. E. Dubin, Phys.
Plasmas 1, 1403 (1994).
[12] D. L. Eggleston et al., Phys. Fluids B 4, 3432 (1992).
[13] R. L. Spencer, S. N. Rasband, and R. R. Vanfleet, Phys.
Fluids B 5, 4267 (1993).
[14] R. C. Davidson, N. A. Krall, K. Papadopoulos, and
R. Shanny, Phys. Rev. Lett. 24, 579 (1970).
[15] J. P. Freidberg and D. W. Hewett, J. Plasma Phys. 26, 177
(1981).
[16] J. Marcum, J. Appl. Phys. 17, 4 (1945).
[17] D. H. E. Dubin (private communication).
[18] M. D. Tinkle, R. G. Greaves, and C. M. Surko, Phys.
Plasmas 2, 2880 (1995).
[19] R. L. Spencer (private communication).

[shadi2006]

مجهـــود رائع ،،،،،
جـزاك الله خيراً،،،،،،،،،،

[اورانوس]

بارك الله فيك

[اورانوس]

بارك الله فيك وشكرا لك