التقليلُ من فقدِ الطَّاقةِ في دليلِ الموجةِ الأسطوانيِّ الممتلئ بِالبلازما

Abstract

تتميَّز العلوم التَّطبيقيَّة في عصرنا هذا بسيطرتها على مظاهر الحياة وعلى تقدُّم البشريَّة جمعاء. وفي مجال التَّقدُّم العلميِّ والتِّقنيِّ فإنَّ علوم البلازما والاندماج النَّوويَّ تعتبر طريقاً نيِّراً لتكنولوجيا المستقبل من وجهة نظر الحصول على مصدرٍ آمنٍ للطَّاقة, ومن وجهة نظر إلكترونيَّات البلازما وبلازما اللَّيزر وبصفةٍ عامَّةٍ من وجهة نظر التَّطبيقات الصِّناعيَّة والطِّبيَّة لعلم فيزياء البلازما. حيث تلعب البلازما دورًا حيويًّا في هذا التَّقدُّم الواسع لكونها الوسط الذي يحمل الموجات في مجال الاتصالات وكذلك تمثِّل البلازما وسطاً هامًّا للجيل القادم من معجلات الجسيمات وتجارب مفاعلات الاندماج النَّوويِّ. والموجات في البلازما ذلك الوسط المشتِّت يجب الحفاظ عليها من ناحية توجيه مسارها وحفظ طاقتها، وهذا يتَأتَّى باستخدام نظام توجيهٍ مناسبٍ يحمل الموجات وينقلها بأقلِّ فقدٍ للقدرة الموجيَّة, ويدعى هذا النِّظام بدليل الموجة (waveguide). وموضوع انتشار الموجات داخل دليل الموجة الممتلئ بالبلازما يمثِّل أهميةً كبرى في تطوير الأنظمة البصريَّة والقوى العالية لمكبرات الموجات الميليمتريَّة وتطبيقاتها, وفي تطوير الرَّادار والاتصالات المعلوماتيَّة عالية الكثافة, ولعمل الاختبارات غير المتلفة, وكذلك الدُّخول في عمل مصادر التَّردُّد الرَّاديويِّ للجيل القادم من المعجلات وتجارب الاندماج النَّوويِّ. ويعتبر دليل الموجة من أهم المكوِّنات في أجهزة الاتصالات والَّتي من خلاله تنتقل القدرة على هيئةٍ موجيَّةٍ. وفعاليَّة دليل الموجة تتزايد مع تناقص الطَّاقة المفقودة المنقولة خلاله. ومن خلال هذا البحث ندرس العديد من الآليات لحفظ الطاقة واستقرار الموجات في دليل الموجة لنحقِّق أعلى كفاءةٍ له. وهناك العديد من الجهود التي تُبذل من أجل المحافظة على استقرار المجالات داخل دليل الموجة من خلال تطبيق آلياتٍ محدَّدةٍ مثل التَّأثير بمجالاتٍ مغناطيسيَّةٍ خارجيَّةٍ على الدَّليل أو عن طريق استخدام شعاعٍ إلكترونيٍّ يثير البلازما المتكوِّنة داخل دليل الموجة, لتعمل بالتَّالي على إنتاج مجالاتٍ كهرومغناطيسيَّةٍ تعادل الفقد في المجال الأصليِّ لتعمل على انتشار الموجات داخل الدَّليل مع المحافظة على شدَّتها والتَّقليل من اضمحلالها, ويعتبر هذا الموضوع من المواضيع الحيويَّة الجديرة بالدِّراسة والبحث في مجال فيزياء البلازما, نظراً لأهميته و استخدامه في العديد من التطبيقات. ومن خلال هذا البحث ركَّزنا على الصِّفات الأساسيَّة للموجات الكهرومغناطيسيَّة المنتشرة بداخل دليل الموجة الأسطوانيِّ المنتظم ذي جدرانٍ لا نهائيَّة التَّوصيليَّة. وكذلك كون الدَّليل مفرَّغاً أو ممتلئاً بالبلازما الَّتي تتميَّز بخواصٍ كهربيَّةٍ ومغناطيسيَّةٍ مثل السَّماحيَّة والنَّفاذيَّة . في داخل دليل الموجة أمكننا وصف الأنماط الكهرومغناطيسيَّة المنتشرة باستخدام معادلات "ماكسويل", وكذلك الاستعانه بمعادلة الاستمرارية و معادلة الحركة. وقسمت الموجات المنتشرة في الدليل إلى نوعين أساسيَّين من الحلول أو الأنماط المتواجدة في الدَّليل, المجموعة الأولى هي الأنماط الكهربيَّة المستعرضة (TE-Mode) ) ( Transverse Electric Mode والثَّانية هي الأنماط المغناطيسيَّة المستعرضة ( Transverse Magnetic Mode (TM-Mode) )، وينتشر في دليل الموجة الممتلئ بالبلازما نمطٌ مركب لهذين النَّوعين سُمِّي بالنَّمط الكهرومغناطيسيِّ المستعرض ( Transverse Electromagnetic Mode (TEM-Mode) ). وتفاعل الموجات الكهرومغناطيسيَّة مع الموجات في دليل الموجة يسبب اضطراباً للبلازما وبالتَّالي تتغيَّر الكمِّيَّات المميَّزة لها مثل الكثافة ودرجة الحرارة والتَّجانس, كما أنَّ سماحيَّة هذا الوسط المشتِّت تعتمد بدرجةٍ كبيرةٍ على تردُّدات البلازما.