مساهمةٌ في دراسة توزيعات المشتقات الفضائية للحقول

 الكهربائية الموضعية الأيونية في البلازما

 Contribution to the study of the distribution functions

 of spatial derivatives of ion microfield in plasma

 سليمة قريشة* و إسماعيل شيحي+ و محمد الطيب مفتاحµ

 مخبر تطوير الطاقات الجديدة و المتجددة (LENREZA) - قسم الفيزياء – كلية العلوم و التكنولوجيا و علوم المادة – جامعة ورقلة

 مختصر:

         لقد تَمَّ في هذا العمل الحسابُ النظري لدوال توزيع المشتقات الفضائية لمُرَكِّبات الحقل الكهربائي الأيوني داخل البلازما، باستخدام بعض التقريبات الفيزيائية. لقد قارنّا نتائجَنا النظريةَ بنتائجَ منشورةٍ من قبْلُ، فأبدت اختلافا واضحا، رجَّحْنا فيه نتائجَنا، و بَرَّرْنا ذلك.

 الكلمات المفتاحية: دوال التوزيع، الحقول الموضعية في البلازما، المشتقات الفضائية للحقول الموضعية.

Abstract:

            In this work, the distribution functions of spatial derivatives of components of electric ionic microfield in plasma have been theoretically calculated, using some physical approximations. We compared our theoretical results with those found in the literature, and we marked a difference. We chose ours by reasonable arguments.

 Key words: Distribution functions, microfield, plasma, spatial derivative.

 1. المقدمة:

إن البحث في أشكال و إزاحات الخطوط الطيفية للهيدروجين المنبعثة عن البلازما أساسيٌّ للمطيافية الذرية للبلازما. هذه الدراسات مُهِمَّة أيضا بسبب تطبيقاتها في تشخيص البلازما و كذا في الفيزياء الفلكية، لتفسير الأطياف القادمة من النجوم؛ فالعرض عند منتصف خطوط الهيدروجين مثلا أداةٌ بسيطةٌ و جيِّدةٌ لتعيين الكثافة الإلكترونية(1)، كما أن الخطوط الطيفية الصادرة عن البلازما تُشخِّصُ درجةَ حرارتِها (2).

بسبب فعل ستارك، تؤثر الحقول الكهربائية الناشئة عن الجسيمات المشحونة في البلازما على خصائصها الضوئية   و الترموديناميكية، فهي تتسبَّب في تعريض الخطوط الطيفية و انزياحها(3-5).

     إن المقارنةَ بين العُروض التجريبية و النظرية و أشكال الخطوط الطيفية المتسعة بفعل ستارك شائعةُ الاستعمال لتشخيص البلازما(3-5).

لقد أُجرِيت عدة دراسات تجريبيةٍ و نظريةٍ لمعرفةِ مصادر لاتناظر الخطوط الطيفية و شرح خصائصها، و مع ذلك فإنه لم تنجز أيَّةُ معالجةٍ مُرْضِيَةٍ و دقيقةٍ و موفَّقَةٍ  للمعطيات التجريبية، لحد الآن (6).

     يتم تضمين تأثير الحقل الكهربائي الموضعي الأيوني، وهو المعروف بفعل ستارك، في الصيغة الطيفية برتب مختلفة التقريب؛ فمن الرتبة الأولى يتم بما يُعْرَفُ بدوال توزيع الحقل الكهربائي الموضعي (microfield)، و أمَّا من الرتبة الثانية فيتم بدوال توزيع المشتقات الفضائية للحقل الموضعي الأيوني(7). يُعَدُّ فعل رباعي الأقطاب الكهربائي الأيوني المصدرَ الرئيسَ لِلاَتناظر الخطوط الطيفية المعزولة، و كذا عند بعض شروط تزاوج البلازما، يكون بسبب لاتجانس الحقل الموضعي الأيوني(8).

 2. التوزيعات في البلازما:

         تتألف البلازما من عدد كبير جدا من الجسيمات المتفاعلة فيما بينها، و لتوفير وصفٍ عيني لظواهر البلازما، من الملائم اعتماد تقريب إحصائي، ممّا يؤدي إلى انخفاضٍ كبيرٍ في كمية المعلومات التي تتعين معالجتُها. في النظرية الحركية من الضروري فقط معرفة دالة توزيع جملة الجسيمات(9). في نموذج البلازما الحارة، تكون كل المقاديرِ العينيةِ ذاتِ الأهمية الفيزيائية مختزلةً في دالة التوزيع(9).

 3. وصف الجملة الفيزيائية:

         يَحْدُث اتساعُ ستارك للخطوط الطيفية الصادرة عن أيونات البلازما و ذراتها تحت تأثير مُرَكِّبَتَي الحقل الكهربائي، المركبة ذات التردد المنخفض و المركبة ذات التردد المرتفع. تُوصَفُ مساهمة الإلكترونات في اتساع ستارك باستعمال نموذج التصادمات، بينما تُعالَجُ مساهمةُ الأيونات غالبا باعتبارها شبهَ ساكنة(10-12).

     إذًا لمعالجة مركبة الحقل الكهربائي الموضعي ذات التردد المنخفض نعتبر البلازما مجموعةً منN  أيونا نقطيا مغمورا في خلفية متجانسة و مُعَادِلَةٍ كهربائيا، تشغل حجما V، و لها درجة حرارة مطلقة T و محجوبًا، يتفاعل كل واحد منها مع الآخر من خلال جهد فَعَّاٍل هو جهد ديباي-هوكل (Debye-Hückel). يَتضمَّن هذا الجهدُ تفاعلاتِ الأيونات مع الإلكترونات. يُفترَض أيضا أن البلازما متوازنةٌ حراريا و متعادلةٌ ماكروسكوبيا(13).

 

المراجـــع:

   (1)            H. R. Griem, J. Halenka and W. Olchawa, J. Phys. B 38, 975 (2005).

 (2)            I. O. Golosnoy, Plasma Physics Reports, 27, 497(2001).
 (3)            H. R. Griem, "Spectral Line Broadening by Plasmas", New York, Academic Press (1974).
 (4)            D. Salzmann, "Atomic Physics in Hot Plasmas", Oxford University Press (1998).
 (5)            H. B. Nersisyan,  C. Toepffer  and G. Zwicknagel, Phys. Rev. E 72, 036403 (2005).
 (6)            A.V. Demura, G.V. Demchenko and D. Nikolic, Eur. Phys. J. D 46, 111 (2008).
 (7)            شيحي إسماعيل، رسالة دكتوراه دولة في الفيزياء، جامعة قسنطينة، (2005).
 (8)            J. Halenka and W. Olchawa, Eur. Phys. J. D 42, 425 (2007).
 (9)            Vladimir V. Uchaikin and Vladimir M. Zolotarev, "CHANCE and STABILITY Stable Distributions and their Applications", VSP (1999).
 (10)         H.R. Griem, Contrib. Plasma. Phys. 40, 46 (2000).
 (11)         H.R. Griem, Contrib. Plasma. Phys. 41, 223 (2001).
 (12)         H.R. "Griem, "Principles of  Plasma Spectroscopy", Cambridge University Press (1997).
 (13)         A. Calisti, L.A. Bureyeva, V.S. Lisitsa, D. Shuvaev and B. Talin, Eur. Phys. J. D 42, 387 (2007).
 (14)         D. P. Kilcrease and M. S. Murillo, J. Quant. Spect. Radiat. Transf, 65, 343 (2000).
 (15)         R. Griem, Phys. Fluids, B 4, 2346 (1992).
 (16)         J. Holtsmark, Ann. Phys. (Leipzig) 58, 577 (1919).
 (17)         A. Y. Potekhin, G. Chabrier and D. Gilles, Phys. Rev. E 65 (2002).
 (18)         قريشة سليمة، مذكرة ماجستير في فيزياء الإشعاع و البلازما، جامعة ورقلة، (2008).
 (19)         L. E. REICHL, "A Modern Course in Statistical Physics", 2nd Edition, USA (1997).
 (20)         S. Guerricha, S. Chihi and M.T. Meftah, in 19th International Conference on Spectral Line Shapes, edited by Manuel Á. González,15-20 June 2008, Valladolid (Spain).