الوسم: البلازما

التصنيفات
العلوم الفيزيائية

البلازما

البلازما هي الحالة الرابعه للمادة وهي تختلف في طبيعتها عن حالات المادة الثلاث(الغازية والسائلة والصلبة) في أن الالكترونات تكون منفصلة تماما عن انويتها، وبذلك يتضح لنا انها مزيج من الشحنات الموجبة والشحنات السالبة, وعلى الرغم من نسبتها القليلة على الارض الا ان معظم الكون(99%منه)هو في حالة البلازما, وعلى الارض لها استخدمات كثيرة في مجال الصناعات الالكترونية وفي مصابيح النيون الموجودة في المنازل

لكي نصنع بلازما تحت ضغط منخفض لغاز ما، فإن كل ما يلزم هو مفرغة هواء بارتفاع متر وعرض نصف متر تقريبا، وكذلك مصدر تغذية للتيار المتردد، (في الصناعة يكون مصدر التيار في مجال ترددات الراديو 13.56MHz وحديثا يمكن استخدام أجهزة الميكروويف ذات ترددات أعلى 2.45GHz). في الواقع يمكن عمل بلازما باى شكل ولكن الأكثر استخداما في الصناعة
ويحتوى على قرصين معدنيين نصف قطرهما حوالي 15 سم والمسافة الفاصلة بينهما من 4-5سم. بعد ضخ الهواء بواسطة المفرغة يدخل الغاز المراد تحويلة إلى حالة بلازما وقد يكون خليط من الغازات، وبمجرد مرور التيار الكهربي (~200Watt) يبدأ الغاز في التوهج مصدرا ضوءا ساطعا لونه يعتمد على نوع الغاز. من الامثلة على حالة البلازما هي طبقات الجو المحيطة بالكرة الارضية كما في اليونيسفير وكذلك اللهب الصادر من انطلاق الصواريخ ومن ذلك يتضح انه يمكن اعتبار ان حالة التأين (او البلازما) هي حالة ساخنة بشكل عام
التطبيقات الصناعية للبلازما

صناعة الدوائر الالكترونية المتكاملة
تستخدم البلازما ذات درجات الحرارة المنخفضة في العديد من المجالات الهامة على سبيل المثال، معظم الدوائر المتكاملة المعقدة جدا والتى تدخل في تركيب كل جهاز الكتروني، هذه الدوائر الالكترونية تحتوى على عشرات الآلاف من الترانزستورات والمكثفات موصلة ببعضها البعض بواسطة أسلاك قطرها في حدود 0.1 ميكرومتر، هذا النوع من التكنولوجيا الدقيقة والمعقدة تصنع باستخدام البلازما، حيث تقوم البلازما بنحت الدوائر الالكترونية على شريحة السليكون بناءا على القناع المعدني الموضوع أمام الشريحة.

في هذه العملية يكون النحت على شريحة السليكون كالاتى: حيث أن الالكترونات داخل البلازما حرة الحركة وطاقتها أعلى من الايونات الموجبة فإنها تصل إلى أطراف البلازما بسرعة وتقوم بدورها بجذب الايونات الموجبة اتجاهها وتعجلها باتجاه الشريحة وعند اصطدام الايونات الموجبة بالمناطق المكشوفة على الشريحة تقوم بنحتها، وبعدها يستبدل القناع المعدني بآخر مطبوع عليه الدوائر الكهربية الخاصة بالطبقة الثانية وهكذا بالنسبة للطبقة الثالثة والرابعة… والخ حتى تتم عملية النحت.

هنالك طريقة أخرى متبعة وهى تعتمد على استخدام مركب Carbon tetrafluoride CF4 كمصدر لإنتاج البلازما، وعندها يتحول هذا المركب إلى أجزاء أخرى منها ذرات الفلورين. هذه الذرات تتفاعل مع ذرات السليكون المكونة للشريحة وتكون مركب جديد هو Silicon tetrafluoride والذي يمكن إزالته إثناء عملية الضخ. يتضح مما سبق أن هذه الطريقة هي عملية كيميائية تقوم فيها ذرات الفلورين بالتهام السليكون المراد إزالته. وهذه العملية أسرع من عملية النحت المذكورة سابقا.

وتجدر الإشارة إلى أن البحث والتطوير جارى منذ عام 1980 وحتى الآن للحصول على بلازما منتظمة لتغطى اكبر مساحة ممكنة حيث كانت شريحة السليكون المستخدمة قديما تبلغ 2سم2 إما الآن فهي تصل إلى 20سم2، وهذه البلازما لها استخدامات عديدة فهي تستخدم في شاشات أجهزة الكمبيوتر المتنقلة Notebook computer كمصدر ضوئي، والتي أدت إلى تطور كبير في مجال تكنولوجيا شاشات العرض. ويسعى العلماء حاليا للحصول على شاشة مساحتها 1متر مربع وسمكها لا يزيد عن 4-5 سم لاستخدامها كشاشة تلفزيون يمكن تعليقها في المنازل والمحلات دون إن تشغل حيز من الغرفة، وهذا سوف يتحقق بالوصول إلى بلازما متجانسة على مساحة 1متر مربع.

المحافظة على نظافة البيئة
تستخدم البلازما حاليا في العديد من الدول المتقدمة في التخلص من المواد السامة الملوثة للبيئة معتمدين على العمليات الكيميائية الفريدة التي تتم داخل البلازما. حيث يمكن إن تقوم البلازما بتحويل المواد السامة المنبعثة من مداخن المصانع ومن عوادم السيارات مثل غاز أكسيد الكبريت (SO) وأكسيد النيتريك (NO) إلى مواد غير سامة. فعلى سبيل المثال غاز NO قبل إن يخرج من المدخنة إلى الغلاف الجوى، توجه عليه حزمة من الالكترونات ذات طاقة عالية من جهاز مثبت في منتصف المدخنة تعمل على تأيين الغازات الموجودة (المادة السامة NO والهواء) أي تحولها إلى حالة بلازما. وقبل خروجها إلى الجو تكون مرحلة التأيين قد انتهت وتتكون جزيئات النيتروجين والأكسجين نتيجة لعملية إعادة الاتحاد. وبهذا نكون قد حولنا الغازات الملوثة إلى غازات نافعة وبتكاليف قليلة.

يجدر الإشارة هنا أنه تم حديثا التوجه إلى معالجة الغازات المنطلقة من عوادم السيارات، حيث تم تركيب جهاز بلازما في عادم السيارة ليعالج الغازات السامة قبل خروجها إلى الجو. كذلك أجريت تجارب عديدة على الفضلات الصلبة والسائلة حيث تستخدم بلازما عند درجات حرارة عالية تصل إلى 6000 درجة مئوية تعمل على تبخير وتحطيم المواد السامة وتحولها إلى غازات غير سامة، وفى نهاية العملية يكون ماتبقى من مواد صلبة في صورة زجاج. وتم في أمريكا العام الماضي التخلص من حوالي 4000 مستودع يحتوى على فضلات صلبة وملوثة للبيئة بواسطة البلازما. وقد كانت هذه الفضلات تدفن في باطن الأرض مما كانت تسبب أخطار تلوث. وباستخدام البلازما يمكن حاليا التخلص من 200 كيلو جرام من المواد السامة في الساعة.

التصنيفات
العلوم الإلكترونية

تقنية البلازما واستخدامتها

تقنية البلازما واستخدامتها

مقدمة:-

عندما يذكر مصطلح البلازما يتجه تفكير البعض إلى البلازما المعروفة بأنها أحد العناصر الأساسية التي يتكون منها الدم بالإضافة إلى العناصر الأخرى مثل كريات الدم الحمراء والبيضاء والصفائح الدموية.

حيث إنه توجد المادة في الطبيعة في شكل ثلاث حالات هي السائلة والصلبة والغازية ، فالصلبة مثل الفولاذ والسائلة مثل المياه والغازية مثل الهواء.

ولكن بتقدم العلم في مجال الفيزياء والكيمياء تم أكتشاف الحالة الرابعة للمادة وهي البلازما الموجودة في النجوم والشمس حيث الحرارة العالية . وللبلازما عدة أستخدمات في المجال المدني والعسكري ، وسنحاول من خلال هذه الورقة تسليط الضوء على الحالة الرابعة للمادة “البلازما” ومجالات أستخداماتها.

أولاً : ما هية البلازما:-

المقصود بالبلازما هي الحالة الرابعة للمادة فالجميع يعرف أن المادة في الطبيعة توجد على شكل ثلاث حالات هي الحالة الصلبة ، والحالة السائلة ، والحالة الغازية ، ويمكن تحويل المادة من حالة إلى أخرى إما بواسطة تغيير درجة الحرارة أو الضغط ، ولكن بتقدم العلم في مجال الفيزياء أكتشف العلماء الحالة الرابعة وهي “البلازما ” فالبلازما هي حالة تحول المادة إلى غاز يتكون من خليط من أعداد متساوية من الأيونات الموجبة والأيونات السالبة ، أي أنها إن صح التعبير الغاز المتأين .

والبلازما توجد في الكون الفسيح في التفاعلات النووية التي تحدث في أعماق النجوم حيث درجات الحرارة العالية والكثافة العالية وتختلف من مكان إلى آخر فعلى سبيل المثال البلازما داخل الشمس تختلف عن البلازما الموجودة خارجها حيث تبلغ درجة الحرارة داخل الشمس 10 ملايين درجة مئوية بينما على سطحها حوالي 16 ألف درجة مئوية . وفي الحقيقة أنه لاتوجد على الأرض حالة بلازما طبيعية لأن طبقات الغلاف الجوي عبارة عن غاز متآين وإذا أردنا أن نشاهد حالة بلازما في الواقع فعلينا أن نركز على مصباح النيون (فلورسنت) فإن مصدر الضوء فيه هو عبارة عن بلازما مصنعة فعند مرور التيار الكهربائي في المصباح وتحت ضغط منخفض يتأين الغاز مخلفاً خليطاً من الآيونات الموجبة والإلكترونات لا تلبث أن تتحد مع بعضها البعض مسببة إنبعاث الضوء الساطع .

وبعد عدة دراسات وتجارب قام بها العلماء في مجال الفيزياء تم التوصل إلى إنتاج البلازما في المعامل والمختبرات مشابهة تماماً للبلازما الموجودة في النجوم والشمس ، وعلى سبيل المثال لا الحصر يمكن الحصول على البلازما بواسطة أشعة الليزر.

ثانياً : مجالات أستخدام تقنية البلازما:-

لتقنية البلازما عدة أستخدامات في المجال العسكري والمدني سوف نحاول عرض أهمها فيما يلي:-

1- في مجال الصناعات الإلكترونية :-

تستخدم البلازما ذات درجات الحرارة المنخفضة في العديد من المجالات الهامة على سبيل المثال معظم الدوائر الإلكترونية المتكاملة المعقدة جداً والتي تدخل في تركيب كل الأجهزة الإلكترونية مثل التلفزيون والحاسب الآلي ….إلخ ، وهذه الدوائر الإلكترونية تحتوي على عشرات الألآف من الترانزستورات والمكثفات موصلة ببعضها البعض بواسطة أسلاك قطرها في حدود 0.1 ميكرومتر هذا النوع من التكنولوجيا الدقيقة والمعقدة تصنع بإستخدام البلازما حيث تقوم البلازما بحث الدوائر الإلكترونية على شريحة السيليكون بناء على القناع المعدني الموضوع أمام الشريحة.

2- في مجال المحافظة على البيئة :-

تستخدم البلازما في الوقت الحالي في بعض الدول المتقدمة للتخلص من المواد السامة الملوثة للبيئة معتمدين على العمليات الكيميائية الفريدة التي تتم داخل البلازما ، حيث يمكن أن تقوم البلازما بتحويل المواد السامة المنبعثة من مداخن المصانع وعوادم السيارات مثل غاز أكسيد الكبريت وأكسيد النيتريك إلى مواد غير سامة ، فعلى سيبل المثال غاز أكسيد النيتريك قبل أن يخرج من فتحات العادم إلى الغلاف الجوي توجه عليه حزمة من الإلكترونات ذات طاقة عالية من جهاز مثبت في منتصف فتحة العادم تعمل على تآيين الغازات الموجودة (المادة السامة no والهواء) أي تحويلها إلى حالة بلازما وقبل خروجها إلى الجو تكون مرحلة التأيين قد أنتهت وتتكون جزيئات النيتروجين والأكسجين نتيجة لعملية إعادة الإتحاد وبهذا قد تم تحويل الغازات السامة والملوثة إلى غازات نافعة وبتكاليف أقل.

3- في مجال الفضاء:-

يقول عالم الفضاء الأمريكي الجنسية واللبناني الأصل أدغار شويري مدير مختبر الدفع بالبلازما وبرنامج الفيزياء الهندسية في جامعة برينستون الأمريكية والذي يعتبرواحداً من أبرز العلماء في العالم في مجال تقنية الدفع بالبلازما.

إن جميع المركبات الفضائية التي أرسلت إلى المريخ هي مركبات آلية صغيرة الحجم زنة الواحدة منها قرابة كيلوغرام ويمكن إطلاقها من مدار أرضي منخفض أي يمكن إطلاقها إلى المريخ من أرتفاع يبلغ حوالي 300 كم عبر أستخدام صواريخ كيميائية تقليدية تعتمد على أحتراق الوقود السائل داخل حجرة الإحتراق وتستنزف الغازات الحارة لتوليد قوة الدفع ، عندما يحين موعد إرسال بشر إلى المريخ يتطلب الآمر مركبة فضائية أكبر حجماً بعشرات المرات والحل الوحيد هو وجود صواريخ أكثر فاعلية.

وتبين أن صواريخ البلازما هي عبارة عن صاروخ كهربائي يعتمد على الطاقة الكهربائية بدلاً من أحتراق الوقود ويركز مختبر الدفع بالبلازما على دراسة الفيزياء المعقدة للبلازما وتطوير أنواع مختلفة من صواريخ البلازما ، وعن أهمية تقنية الدفع بالبلازما في المركبات الفضائية يشير الأستاذ شويري إلى أن معظم الصواريخ المستخدمة في الوقت الحالي في الفضاء هي صواريخ كيميائية تقليدية تعتمد على عملية الأحتراق أي بمعني حرق الوقود السائل داخل حجرة الأحتراق لإنتاج غاز يخرج كعادم من الصاروخ بسرعة لاتتجاوز 3 كم / ث وكلما كانت سرعة الغاز الخارج من الصاروخ عالية قلت نسبة الوقود المستخدم لدفع مركبة فضائية من مكان لآخر في الفضاء ولذا نحتاج إلى عدة أطنان من الوقود لإرسال مركبة فضائية كبيرة مأهولة أو على متنها معدات ثقيلة .

أما إذا أستخدمنا صاروخ البلازما التي تصل سرعة العادم فيه إلى 60 كم / ث فإن وزن المادة الدافعة يمثل جزءاً صغيراً بالمقارنة بتلك الصواريخ التقليدية.

ويتابع الأستاذ شويري قوله أنه توجد اليوم أكثر من 170 مركبة فضائية تستخدم أجهزة الدفع بالبلازما وتوجد كذلك في الفضاء في الوقت الحالي 20 قمراً صناعياً للأغراض العلمية والتجارية تستخدم صواريخ البلازما للحركة في الفضاء وتعتبر المركبة الفضائية Deepspace.1 التابعة إلى وكالة ناسا التي أطلقت عام 1998 م أول مركبة تستخدم صواريخ البلازما والتي حققت نجاحاً باهراً خير دليل على ذلك.

4- في مجال صناعة الأسلحة:-

تقوم وزارة الدفاع الأمريكية بتطوير العديد من أسلحة الطاقة الموجهة التي تعتمد على تقنيات موجات الميكروويف عالية الطاقة والليزر والبلازما ، وتقنية البلازما هي الأحدث في المجال العسكري وتعتمد على حزمة من البلازما لها كتلة معلومة وبإمكانها التحرك في الفضاء كالبرق ، وأسلحة البلازما أيضاً من شعاع الليزرومن موجات الميكروويف لكنها يمكن أن تسبب أضراراً كبيرة على أرض الواقع ولهذا تسعى القوات الأمريكية لتطويرهذه التقنية وتنفق مليارات الدولارات عليها من أجل التفوق وكسب حروب القرن الواحد والعشرين بحيث تكون قصيرة وسريعة وحاسمة بأقل خسائر وأضرار في الأرواح والمعدات ومن أبرز أنواع هذه الأسلحة هي (قنابل البلازما) والتي يطلق عليها الجيش الأمريكي تهكماً بأم القنابل ولكن أسمها الحقيقي هو

massiv Air Blast Bomd

(قنبلة هوائية للتدمير الشامل) التي تحتوي على مواد كيميائية تحترق بدرجة حرارة مرتفعة جداً ، وتشكل هذه المادة عندما تخرج من القنبلة ذات القوة التدميرية الهائلة مادة حارقة شديدة التأثير حيث تطلق البلازما سحابة من الغاز يصل قطرها إلى 3 كم فوق المواقع المستهدفة ونتيجة تفاعل الغاز مع الأكسجين بفعل ما يقذفه ليزر خاص من أشعة ضوئية يحدث أنفجار هائل يؤدي إلى إمتصاص الأكسجين من الجو للقضاء على أعداد كبيرة من المقاتلين أختناقاً وإحداث هزة جوية قوية تؤدي إلى تطاير المباني والمعدات الحربية بجميع أنواعها من طائرات ومدافع وصواريخ ودبابات …. إلخ وتتكون هذه القنبلة من ثلاثة مكونات هي نترات الأمونيوم وبودرة الألمونيوم والبوليسترين اللزج حيث تؤمن نترات الأمونيوم العنصر الإنفجاري الأولي في الهواء على مساحة واسعة وتحترق البودرة وهي من مركب يحتاج إلى الكثير من الأكسجين فتولد كتلة نارية قوية يساعدها البولسترين السائل ، ومع الإحتراق السريع للأكسجين ينقص وجوده في الهواء بسرعة شديدة مما يؤدي إلى تفريغ سريع في دائرة قطرها 1 كم ويندفع الهواء لملء الفراغ وبضغط بكل قوة على كل شئ يقع في تلك الدائرة ، وعملياً فإن قوة الهواء تساوي تقريباً قوة الضغط الجوي لكنها أقل لأن تفريغ الهواء جزئي فقط وتساعد في الضغط موجة تاتى من إنفجار 8150 طناً من المتفجرات غير التقليدية أقوى بكثير من مادة TNT حيث يصل الضغط إلى 73 كجم / سم مربع من دائرة 1 كم أي القنبلة 95 كجم ويتم توجيهها بواسطة نظام GPS عبر الأقمار الصناعية وتلقى من طائرة نقل C- 130 من أرتفاعات عالية وتحملها مظلة إلى هدفها بفضل توجيه مستمر من الأقمار الصناعية.

وتشير بعض المصادر أن هذه القنابل (قنابل البلازما) قد تم استخدامها في حرب العراق الأخيرة ضد فرق الحرس الجمهوري التابعة إلى الجيش العراقي والتي أوقعت خسائر كبيرة في الأرواح والمعدات.

الخلاصة :-

بناءاً على ماسبق نستخلص ما يلي :-

1- أن البلازما هي الحالة الرابعة للمادة وتوجد في أعماق النجوم والشمس ويمكن تصنيعها في المعامل والمختبرات.

2- تستخدم البلازما في عدة مجالات أهمها في صناعة الدوائر الإلكترونية والمحافظة على البيئة وفي مجال الفضاء وفي الأسلحة الحديثة.

التصنيفات
تعلم معنا

كيف تعمل شاشة البلازما ؟

كيف تعمل شاشة البلازما

إن اختراع تقنيات DVD و SDTV و HDTV والأوساط المرئية الجديدة استدعت الحاجة الى وجود شاشات عرض أكبر و أكثر دقة , فكانت شاشة البلازما التي أعطت ميزات هندسية متأصلة بالمقارنة مع الشاشة الاعتيادية CRT والكريستالية LCD .
ما هي تقنية البلازما ؟
تعليم_الجزائر
عما قريب سيصبح المصطلحان ” PDP ” وشاشة البلازما Plasma Display كمصطلحي التلفزيون ” TV ” وأنبوب الأشعة المهبطية ” CTR ” الشائعين اليوم , لكن تقنية البلازما حديثة جداً بحيث أن القليل من الناس يعرفون حتى المبادئ الأساسية لهذه التقنية , لذلك سنقدم هنا شرحاً مبسطاً لها .
البلازما : وهي حالة المادة التي تؤين ذراتها بتطبيق الطاقة عليها . وفيما يخص تقنية شاشات البلازما , تستخدم الكهرباء لإنارة الغاز المحتوى في خلايا لوحة العرض بشكل مشابه جداً للطريقة التي يعمل بها مصباح الفلورينست أو النيون
وحدة شاشة البلازما : هي عبارة عن لوحة تتكون من عدة خلايا صغيرة جداً ممتلئة بغاز زينون النيون . عند تطبيق الجهد على القطبين الموجودين داخل الخلية تقوم الإشعاعات الفوق بنفسجية بتهييج طبقة الفوسفور المبطنة للخلية ويتم إصدار الضوء منها . وبالتالي نحصل بالنتيجة على صورة ساطعة ونقية .
بنية الخلية الأساسية : داخل لوحة البلازما الاعتيادية يتم تجميع مجموعة من الخلايا الحمراء والخضراء والزرقاء ضمن مصفوفة دقيقة , يتم التأثير على هذه الخلايا بشكل منفصل بخلاف الشاشات المهبطية CRT والكريستالية LCD . هذا يعني أنها تصدر الضوء بشكل مستقل مولدة نقطة دقيقة في منطقة الرؤيا

مقارنة يبين شاشة البلازما وشاشة الأنبوب المهبطي CRT :
تعليم_الجزائر
نتائج البلازما :
– لا يوجد تشويه هندسي : تمكن بنية شاشة البلازما الدقيقة من إعطاء صورة ممتازة هندسياً .
– خرج ضوئي متساو : المستوى الضوئي لجميع الخلايا متساوي , فلا يوجد نقاط معتمة أو شديدة الإضاءة .
– وضوح ( تركيز بؤري ) ممتاز : تملك الشاشة وضوحاً ممتازاً على كامل مساحتها .
– لا تتأثر بالحقول المغناطيسية : لا تملك الحقول المغناطيسية أي تأثير على شاشة البلازما

نتائج شاشة CRT :
– تشويه هندسي للصورة : تملك الصورة في الشاشة المهبطية دائماً كمية محددة من التشويه الهندسي .
– خرج ضوئي غير متساو : تملك صورة الشاشة المهبطية مناطق أكثر إضاءة ومناطق أقل إضاءة من غيرها .
– استحالة وضوح جميع مناطق الشاشة : حيث لا يمكن تركيز البؤرة في جميع مناطق الشاشة بشكل متساو
– تشوه الصورة بسبب المجالات المغناطيسية : يمكن لشعاع الالكترونات أن يتأثر بالمجالات المغناطيسية والتي ينتج عنها صورة مشوهة .

مشكور اخي على المعلومات القيمة

شـكــ وبارك الله فيك ـــرا لك … لك مني أجمل تحية .