حلقة كولومبيا غير المحايدة

📅 آخر تحديث: ١ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١ أغسطس ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

جهاز كولومبيا الحلقي غير المتعادل (CNT) هو جهاز ستيلاراتور صغير في مختبر فيزياء البلازما بجامعة كولومبيا ، صممه توماس صن بيدرسن بمساعدة واين رايرسن وفريد ​​دالغرين من مختبر فيزياء البلازما بجامعة برينستون لإجراء أول دراسة للبلازما غير المتعادلة المحصورة على أسطح مغناطيسية. بدأ تشغيل التجربة في نوفمبر 2004، وهي ممولة من المؤسسة الوطنية للعلوم ووزارة الطاقة الأمريكية في شكل منحة تطوير المسيرة المهنية المبكرة لأعضاء هيئة التدريس (CAREER). [ 1 ]

التصميم التقني

يبلغ قطر أنبوب الكربون النانوي، الموجود داخل حجرة تفريغ أسطوانية مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ 316 ، 60  بوصة، وارتفاعه 75  بوصة. وتستطيع الحجرة الفارغة الوصول إلى ضغط قدره 2 × 10⁻¹⁰ تور .

يتميز جهاز CNT بتصميمه الهندسي البسيط الفريد. تُنشأ الأسطح المغناطيسية باستخدام أربعة ملفات كهرومغناطيسية فقط : ملفان متشابكان داخل الحجرة، وملفان للمجال الحلقي خارجها. يبلغ نصف قطر الملفين المتشابكين 0.405 متر، ويمكن ضبط الزاوية بينهما يدويًا لتكون 64° أو 78° أو 88°، مما يسمح بقيم مختلفة للقص والتحويل الدوراني، وتكوينات متنوعة للأسطح المغناطيسية. أما ملفات المجال الحلقي، فيبلغ نصف قطرها 1.08  متر. وتُغذى هذه الملفات بمصدر  طاقة بقدرة 200 كيلوواط، وهي قادرة على إنتاج مجالات مغناطيسية تتراوح شدتها بين 0.01 و0.2 تسلا. يُنتج تصميم CNT نسبة أبعاد منخفضة جدًا تبلغ 1.9، وهي الأدنى بين جميع أجهزة ستيلاراتور المبنية.

المعلمةقيمة
ني​10 12 −10 14  م −3
تي إي1-100  إلكترون فولت
ب0.01–0.2  تسلا
R0.3  متر
أ0.1  متر
P10 −10 تور

بحث

توماس صن بيدرسن هو الباحث الرئيسي في برنامج CNT، الذي يدرس عدة مجالات في فيزياء البلازما غير المتعادلة، النظرية منها والتجريبية. وتشمل هذه المجالات توازن البلازما غير المتعادلة ، والنقل والحصر، وعدم الاستقرار المرتبط بالأيونات . ويشرف على برنامج نظرية CNT كل من بيدرسن والبروفيسور ألين بوزر، وكلاهما في جامعة كولومبيا.

أظهرت الدراسات الأولية على أنابيب الكربون النانوية نجاحَ إنشاء أسطح مغناطيسية باستخدام تصميم بسيط بأربعة ملفات. عند ضغوط منخفضة كافية للجسيمات المتعادلة وقوة مجال مغناطيسي عالية كافية، تكون البلازما في جوهرها بلازما إلكترونية خالصة، وتتمتع باستقرار عياني مع أزمنة حصر تصل إلى 20  مللي ثانية. ويحدث النقل بفعل التصادمات مع الجسيمات المتعادلة، بالإضافة إلى انجراف المجال الكهربائي والمغناطيسي على طول قضبان عازلة مغروسة في البلازما. عند ضغوط أعلى للجسيمات المتعادلة (10⁻⁷  تور وما فوق)، تُلاحَظ حالة عدم استقرار مرتبطة بالأيونات، بتردد يتراوح بين 10 و50 كيلوهرتز، ورقم نمط قطبي m = 1.     

قام فريق CNT بتركيب حاجز موصل في أغسطس 2007 لدراسة تأثيره على أوقات الحصر، ولإتاحة القياسات في غياب القضبان الداخلية. تشمل الخطط المستقبلية لفريق CNT دراسة بلازما الإلكترون-بوزيترون المحصورة على أسطح مغناطيسية، بالإضافة إلى دراسات أخرى للبلازما المتعادلة جزئيًا.

مراجع

  1. ↑ أليكس ليدا (29 يوليو 2005). "مشروع ستيلاراتور بجامعة كولومبيا يحصل على دعم من المؤسسة الوطنية للعلوم" . أخبار كولومبيا . مؤرشف من الأصل في 17 ديسمبر 2011. تقديرًا لجهوده، حظي بيدرسن بتكريم من برنامج تطوير المسيرة المهنية المبكرة لأعضاء هيئة التدريس (CAREER) التابع للمؤسسة الوطنية للعلوم ، وذلك لعمله الرائد في فيزياء البلازما. يقدم برنامج CAREER أرفع جائزة من المؤسسة الوطنية للعلوم لأنشطة التطوير المهني المبكرة للمعلمين الباحثين الذين يدمجون البحث والتعليم بفعالية ضمن سياق رسالة مؤسساتهم. تبلغ قيمة الجائزة 800,000 دولار أمريكي على مدى خمس سنوات، ومن المتوقع أن يبدأ صرفها في سبتمبر.
  • جيسون ب. كريمر، وتوماس صن بيدرسن، وريمي ج. ليفرانسوا، وكوين ماركشتاينر (2006). "تأكيد تجريبي لتوازن بلازما الإلكترون النقي المستقر ذي طول ديباي الصغير في جهاز ستيلاراتور" (ملف PDF) . مجلة Physical Review Letters . 97 (9) 095003. Bibcode : 2006PhRvL..97i5003K . doi : 10.1103/PhysRevLett.97.095003 . PMID 17026372. مؤرشف من الأصل بتاريخ 22-06-2010 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 06-03-2024 . {{cite journal}}صيانة CS1: بوت: حالة عنوان URL الأصلي غير معروفة ( رابط ) صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط )
  • توماس صن بيدرسن وآلان بوزر. "حصر البلازما غير المتعادلة على الأسطح المغناطيسية" (ملف PDF) . PRL . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 9 يونيو 2007. تم الاطلاع عليه بتاريخ 19 يوليو 2007 .
  • توماس صن بيدرسن وآخرون  . "حصر البلازما غير المتعادلة في تجربة كولومبيا للحلقة غير المتعادلة" (ملف PDF) . مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 9 يونيو 2007.
  • جيسون ب. كريمر وآخرون  . "حالة تصميم وبناء التوروس غير المحايد لكولومبيا" (ملف PDF) . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 9 يونيو 2007.
  • توماس صن بيدرسن وآلان بوزر. "حصر البلازما غير المتعادلة على الأسطح المغناطيسية" (ملف PDF) . PRL . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 9 يونيو 2007. تم الاطلاع عليه بتاريخ 19 يوليو 2007 .
  • توماس صن بيدرسن وآخرون  (2003). "آفاق تكوين بلازما البوزيترون والإلكترون في جهاز ستيلاراتور غير متعادل" (ملف PDF) . مجلة الفيزياء ب . 36 (5): 1029. رمز Bibcode : 2003JPhB...36.1029P . doi : 10.1088/0953-4075/36/5/322 . S2CID 250817368. مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 9 يونيو 2007. تاريخ الاسترجاع : 19 يوليو 2007 . 
  • توماس صن بيدرسن وآخرون  . "بناء وتشغيل أولي لحلقة كولومبيا غير المحايدة" (ملف PDF) . علوم وتكنولوجيا الاندماج . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 9 يونيو 2007.
  • توماس صن بيدرسن وآخرون  . "حصر بلازما الإلكترونات النقية في حلقة كولومبيا غير المحايدة" (ملف PDF) . فيزياء البلازما .