2009) 4 (22مجلة ابن الهیثم للعلوم الصرفة والتطبیقیة المجلد دراسة السلوك الحركي للدیوترونات في بؤرة البالزما الكثیفة رعد حمید مجید ،درید هاني یونس جامعة بغداد ،ابن الهیثم - كلیة التربیة ، قسم الفیزیاء الخالصة از كونهــا ذا فـي معظــم أجهـزة ـبـؤرة البالزمـا الكثیفــة الكبـیرة الحجــم أم اـلصغیرة منهــا تمتـن حركـة الـدیوترونات الــسریعةا التي تتمیز بـالتغیر المفـاجئ واـلسریع مـن الدوامة مسارات حركیة معقدة السلوك وعادة ما توصف بالحركة الحلزونیة أو .حیث القیمة واالتجاه یم النظریة والمعتمـدة علـى حقـائق عملیـة لتـفسیر حركـة الـدیوترونات في البحث الحالي تم التركیز على استیعاب المفاه ألعــداد ئـیـةاالســتفادة مــن المعــادالت الفیزیاوومــن ـثـم ) Pinch( القــرص –اـلسریعة ـفـي المنطقــة المعرفــة بالحــصر ج كوتـا فـي نموذج حسابي لحـساب مركبتـي اـلسرعة العمودـیة والقطریـة للـدیوترونات اـلسریعة وذلـك السـتثمار طریقـة رانـأ . حل المعادالت التفاضلیة من الدرجة األولى المقدمة )Dense plasma devices (أجهزة بؤرة البالزما تعد أجهزة بؤرة البالزما الكثیفة منظومة أو ماكنة إلنتاج البالزما الكثیفـة ذات العمـر الـقصیر ودرجـات الحـرارة العالیـة ألـنواع مختلفــة مــن ا مــصدرد تـعـومــن ـثمل الكهرومغناطیــسي وعملیــة االـنضغاط جـدا والناتجــة مـن خــالل عملـیـة التعجیـ .اإلشعاع والجسیمات )N.V.Filippv( وبالوقـت نـفسه مـن قبـل العـالم 1960عام ) J.W.Mather(العالم أول منظومة صممت من قبل . وتعنـي الحـصر أو القــرص) Pinch(عملیـة االـنضغاط الكهرومغناطیـسي للبالزمـا الكثیفـة یطلــق علیهـا بالمـصطلح .في منطقة الحصر ) تقویض الجسیمات ( ) HIPGD(عملیة بؤرة البالزما الكثیفة متشابهة إلى حد ما إلى األجهزة المعروفة بالقاذف البالزمي العالي الشدة )High-Intensity-Plasma-Gun-Device ( 1 [ .وغالبا ما تختصر بالقاذف البالزمي [ القطـــب . یــوم زة ـبـؤرة البالزمــا تـتـألف مــن قطعتــین اســـطوانتین مـتـداخلتین مــصنوعتین مــن مــادة النحــاس أو البریلأجهــ والقطبـین معـا مغطـاة بحاویـة ) cm 30( وبطول حـواليcm 17.78 – 15.24 قطر بحدود االخارجي عاده یكون ذ كمـا فـي .في الحیز الموجود ما بین القطـبین في التفاعل االندماجي یوضع عملغة تحت ضغط واطئ والوقود المستمفر ( 3 )الشكل القطب الداخلي یدعى االنود . وجود دائرة كهربائیة تحتوي على متسعات لخزن الطاقة ومفتاح كهربائي زیادة على ذلك - :یاتيوالقطب الخارجي یدعى الكاثود وبصورة عامة تصنف منظومات بؤرة البالزما الكثیفة إلى ما  مستل من أطروحة الماجستیر البحث 2009) 4 (22مجلة ابن الهیثم للعلوم الصرفة والتطبیقیة المجلد )Mather-Type(نوع ماذر منظومات - ادة مـا یعـزى إلــى ویمتـاز هـذا الـنوع مـن أجهــزه بـؤرة البالزمـا الكثیفـة بقطـر أنــود صـغیر جـدا ـنسبة إلـى طولــه وعـ السیمالمجال في فیزیاء البالزما ودم حتى وقتنا الحاضر في الكثیر من الدول المهمة بهذا ا والمستخالمنشئ األمریكي ) 1 ( وكما في الشكل ] 2 [ .وتتمیز بعاملي الكثافة العددیة والدرجات الحرارة العالیة ألمانیا وبولندا )Filippov-Type(منظومات نوع فلیبوف - رة البالزما الكثیفة بقطر أـنود كبـیر ـنسبة إلـى طولـه علـى عكـس الحـال فـي أجهـزة یمتاز هذا النوع من أجهزة بؤ االتحاد السوفیتي سابقا أو الروسي حالیا أن أجهزة بؤرة البالزما أ ما یعزى إلى المنشةوعاد) ماذر ( البالزما من نوع n > 10(ر البالزمـا اكبـنة وبكثافـة لـدقائقالكثیفة تعد اكتشاف جدید لبالزما تفریغ الـشح 19 cm -3 وعـند درجـات حـرارة ) ) . nsec 150- 100( زمنیة قصیرة جدا تتراوح مـابینمدةعت كیلو إلكترون فولت وتطول تصل حوالي بض ( 2 )وكما في الشكل ] 3 [ لقطب الموجب للبالزما تكون ضیقة وصغیرة األبعاد وتتواجد بالقرب أو عند نهایة ا) pinch(ن عملیة القرص ا 4 [. ) 3 ( الشكل للمعجل كما هو الحال في أجهزة بؤرة البالزما الكثیفة من نوع ماذر وكما موضح في ) االنود( [ تطبیقــات عملـیـة لمــصادر األشـعة اـلـسینیة لنوعیهــا المرنــة والحــادةالیــا حةأجهـزة ـبـؤرة البالزمــا الكثیـفـة معروفـ )S oft and Hard X- Rays (للنیوتروـنـات امـصدرلعالـیة واالیونــات وكمـا هـو الحــال الطاـقـة ايلكترونـات ذلال القـرص باتجـاه ) Z - Pinches(بصوره عامة تصنف هذه األجهزة إلى المجموعة المسماة . السریعة العالیة الكثافة Z وأحیانا یطلق علیها القرص باتجاه Z 2 [ . االسطواني [ ــرص بات ــوعین مــن الـق ــزنZجــاه یوجــد ـن Equi( المتعـــادل أو المـت librium Z - Pinche ( ــضمن ویـت ) .التفریغ باألنابیب الشعریة ، القدح المفرغ ، الغاز المحقن ، الغشاء الرقیق ، القرص السلكي ( ط البالزما تنتشر في وس) المتجمع(وفیه حزمة التیار) Dynamic Z - Pinche(والنوع الثاني هو القرص الحركي Cl( الكالسیكي Z مایطلق علیه القرص باتجاه ةمتجانس الكثافة وعاد assical Z - Pinch ( أو تنتشر في غاز والقرص بالصف السلكي ) Gas Puff Pinch( الغاز بضخغیر متجانس التوزیع بالكثافة ومثال على ذلك القرص )Wire-array Pinch ( والقرص الخطي االسطواني)Cylindrical liner Pinch( وكما موضح بالشكل) 3 ( . النتائج والمناقشة بالزمـا وجـود حـدود وعوامــل ـلـسلوك حركـة الـدیوترونات اـلسریعة فـي منطقــة القـرص للالنظریـة النتـائجتبـین مـن دورا مهما في حساب عوامل لسرع الدیوترونات التي بدورها تؤدي دورا مهما في عملیة الحسابؤدي تئیةفیزیاو النتـائج مـن حیـث التواـفق مـع فـي وتأثیرهـا المباشـر النتاج أو الفیض النیوتروني المنبعث من هذا األجهزةمثل مة مه - :ما یأتيیة من ابرز هذه العوامل هي كالنتائج العمل 2009) 4 (22مجلة ابن الهیثم للعلوم الصرفة والتطبیقیة المجلد . شدة المجال المغناطیسي -1 . طاقات الدیوترونات المعجل ارتخاء -2 : لحساب هذه العواملتفسیر ما یأتي Magnetic Field Inte(شدة المجال المغناطیسي -1 nsity . ( لحساب شدة المجال المغناطیسي ) ( 1المعادلة 1 ) ( = ) .Current Density( تمثل كثافة التیار ن ا اذ ) µ ( النفوذیهتمثل ) Permeability. ( وقیمتها تساوي یرمز لها بالرمز ة فان النفوذیإ واذا كان الوسط فراغ kg.m / = 4π x Henry / m 1.257 x = نحصل على) 1 (من تكامل المعادلة ( 2 ) r > for = ) Plasma Focus( خصر یمثل نصف قطر البالزما المتكونة في منطقة الت یمثل تیار البالزما و اذ . > r وعندها تكون قیمتها : یعطي بالعالقة اآلتیة) Pinch( داخل منطقة القرص r) فان المجال المغناطیسي ( 3 ) . r = تأخــذ ) r ( مـن الجـدیر باـلـذكر الـبد مـن اإلشــارة أن قـیم تیـار البالزمــا وـنصف قطــر البالزمـا وـنصف قطــر المنظومـة .عها من التجربة یجم Fast De(ارتخاء طاقات الدیوترونات السریعة -2 ute rons Rel axation Te rm ( نتیجة للتصادمات مع دقائق البالزما تحـسب ) Relaxation Term(وترونات السریعة حد ارتخاء طاقات الدی ] 7 - 6 - 5 [ : اآلتیة التجریبة قةمن العال ( 4 ) - = :یأتي وكما ئیةیاالثوابت الفیزالمعادلة أعاله یمكن كتابتها بشكل مبسط بعد التعویض عن ) ( 1.62 x - = رفة والتطبیقیة المجلد 2009) 4 (22مجلة ابن الهیثم للعلوم الص ـــاي Λالعامـــل ــسبة بــــین طـــول دیـب De( فیزیائیــــا یمكـــن تعریفــــه هــــو الـن bye Length ( امــــل التــــصادم إـلــى ع )Impact Paramete r ( 8 [ .عند الزاویة القائمة [ 5 ) ( = = =Λ Z = العدد الذري لكترونات بوحدات = e الكثافة العددیة لال permitti( في الفراغ ةالسماحی= vity ( وقمتهاf / m 8.85 x K = ثابت بولتزمان T = المطلقةدرجة الحرارة ( ویطلق علیه تسمیة لوغاریتم كولوم من خالل المقدار Λي فیزیاء البالزما یتم التعامل مع العامل ف coulomb logarithm. ( نحصل ) ( 5 الثابتة في المعادلة ئیةبالتعویض عن الكمیات الفیزیا 6 ) ( 1.24 x =Λ لكترونات یتغیر ببطء شدید مع درجة الحرارة والكثافةمن العالقة أعاله تبین أن العامل . العددیة لال تم اعتماد القیم التجریبیة اآلتیة لحساب عامل ارتخاء طاقات ) Poseidon( في منظومة بؤرة البالزما بوسا یدن .الدیوترونات السریعة في البالزما 8 x = Te = 0.6 KeV ، 10 = 500 KeV < = 20 < أعاله وتعویضها في معادلة حـساب عامـل ارتخـاء طاقـات الـدیوترونات اـلسریعة ئیةستفادة من قیم العوامل الفیزیاوباال :یأتي نحصل على ما ( 7 ) 0.2788 x - = من الجدیر بالذكر البد من اإلشارة إلى أن النتـائج التجریبیـة أثبتـت أن مـدى فقـدان الطاقـة فـي البالزمـا للـدیوترونات . KeV 20 – 0.9 یقع في مدى طاقات ما بین Ed>20 KeVبطاقة ام لحـساب عامـل ارتخـاء طاقـات الـدیوترونات اـلسریعة فـي البالزمـا ولمـدى واسـع مـن تمـثل اـلشكل العـ ( 7 ) ةلمعادلـا .الطاقات نتیجة للتصادمات مع المتعادل المحیط بمنطقة القرص أما عامل ارتخاء طاقات الدیوترونات السریعة في منطقة الغاز ــتم حـــسابه باالعتمــاد عـلــى قـــدفجــسیمات الـغــاز المتـعـادل :بالعالـقــة اآلتیـــة ) stopping power ( رة التوـقـفـی ] 9 - 5 [ ( 8 ) = 2009) 4 (22مجلة ابن الهیثم للعلوم الصرفة والتطبیقیة المجلد =1.024 قدرة التوقف التي تحسب من العالقة التجربیة االتیة تمثل ، اذ ( 9 ) Ln = .m bar یمثل ضغط الغاز ویقاس بوحدات والعامل في بحثنا الحالي تعتمد قیم الطاقات للدیوترونات وضغط . درة التوقف تعتمد فقط على طاقة الدیوترونات وهذا یعني أن ق لحـساب قـیم مركبـات سـرعة الـدیوترونات و .الغاز على القیم التجریبیة المـستخدمة فـي منظومـة بـؤرة البالزمـا بوسـا یـدن ـنستخدم الطریقـة ( 11 ) , ( 10 ) رـقمواـلسرعة الكلیـة وریاضـیا بالمعـادالت) (والقطریـة ) (اـلسریعة األفقیـة : هيرائقلطالعددیة لحل المعادالت التفاضلیة من الدرجة األولى ومن ابرز هذه ا Range(طریقة رانج كتا -1 – kutta Methods . ( Methods Eul(طریقة أویلر -2 er . ( معادلتي الحركة للدیوترونات السریعة في منطقـة القـرص للبالزمـا . بتدائیة التجریبیة التي تعتمد أساسا على الشروط اال عامـل ارتخـاء طاقـة الـدیوترونات اـلسریعة وشـدة المجـال ك ئیـةعد التعویض عن العوامـل الفیزیایمكن كتابتها بشكل مبسط ب الشحنة وكتلة ئیة مثلالثوابت الفیزیا تعویض فضال عنالتي تم شرحها سابقا المغناطیسي والتي تحتسب من المعادالت :الدیوترونات وكما یأتي ( 10 ) 1.89 x + - 4.170 x = ) ( 11 1.89 x + 4.170 x = ة البالزما والموضحة البحث الحالي تم استخدام الطریقة التحلیلیة لحل معادلتي حركة الدیوترونات السریعة في بؤرفي ) , ( 10 ) في المعادلة اتها القطریة( 11 لة )(والعمودیة ) ( المتعلقة بسرعة الدیوترونات السریعة بمركب بدال .الزمن موجة جیبیه مثل ،لموجي وهذه األشكال توضح السلوك ا( 6 ) , ( 5 ) , ( 4 ) باألشكال بینیا ج موضحةوهذه النتائ وترونات الدوامة لكل من السرعة العمودیة والسرعة القطریة والسرعة الكلیة وهذا ما یعكس التصرف الواقعي لحركة الدی وهذا ما یفسر الحركة سالبة ا وأحیانا أخرى تمتلك قیموجبةا م هذه السرع أحیانا تمتلك قیمأن نجد أو الحلزونیة ، اذ .منتظمة في منطقة الحصر الغیر العشوائیة هو ) الحصر ( ان المسار الذي یقطعه الدیوترون السریع في منطقة بؤرة البالزما الكثیفة نذكر ومن المهم جدا أن تم حسابه وموضح في الشكل ( Gyrating Path )ٕلیس مسارا أفقیا وانما یكون مسارا عشوائیا اوتدویمیا ( 7 ) . هذه وتبین من الشكل الحركة الحلزونیة للدیوترونات في منطقة الحصر وهذا التصرف ینسجم مع الحقیقة العلمیة لحركة ] 10 [ ( 8 ) .الدیوترونات الموضحة بالشكل ة التشغیلیة تختلف من منظومة التصمیم الهندسي للمنظومة التأن إلى اإلشارةوالبد من إلىجریبیة والظروف االبتدائی الذي ي بحثنا الحالي المتمثلة بالنتائج المتعلقة لطور المسار المستحصلة فاألشكال وهذا ما یتضح تماما في أخرى :اعتمد على منظومة بوسایدن بالظروف التشغیلیة اآلتیة 2009) 4 (22 المجلدمجلة ابن الهیثم للعلوم الصرفة والتطبیقیة KJ 280 .الطاقة المحزونة - . KV 60فرق الجهد - .mp ( 11 – 2 )ضغط غاز الدیتریوم - . mm 120قطر القطب المركزي المجوف - لك أن هذهدون ذمن ان النتائج النظریة تؤخذ بنظر االعتبار تحدیدات وفرضیات مقاربة للواقع التجریبي ولكن نوضح .ویمثل المثال االفتراضي األولي للحركة المستقیمة لهذه الدیوترونات النتائج العوامل تؤثر نسبیا في ( 6 ) في الشكل لمقارنه مابین المسار لدیوترونات السریعة في منطقة الحصر المحسوبة نظریا والموضحمن ا ممكـن اعتمـاد امـة الحلزونیـة المتعرجـة ومـن ـثمویعكـس حقیقـة الحركـة الد ( 7 ) المـسار التجریبـي الموضـح فـي اـلشكل .الذي اعتمدت في بحثنا الحالي (GPM)نموذج الحركة الحلزونیة التفسیر النظري ال وتمثل ( Ns ) زمنیة متناهیة في الصغر متناهیة في الدقة مدةت فهي بالحقیقة صور لكامیراةإما األشكال التجریبی .KJ – 1000 KJ 100تشغیلیة تقدر منظومات بؤرة البالزما تعمل بظروف ممكن تحلیله إلى أسباب صغر ، اذ والمتمثلة بالحركة العشوائیة الحلزونیة المتعرجة تفسیر هذه الظاهرة الفیزیائیةل المتحركة في هذه المنطقة ) الدیوترونات ( منطقة بؤرة البالزما في منطقة الحصر والعدد الهائل من الجسیمات السریعة إلى تقود هذه التصادمات بین هذه الدیوترونات والمسافات الصغیرة جدا ومن ثم كثرة التصادمات ماإلىي مما یؤد . أخرى إلى الخلف تت المستمر عن مسارها األصلي تارة إلى األمام وتارةالتش المصادر 1- Frank Lin , Roul ( 1976 ) ," Plasma Phenome na i n Gas Discharge ," O xford , Cl arendon Press . 2- Hel lmut S chmidt ( 2001 ) ," NUKLEONIKA," 46 (1) : 15 – 19 . 3- Gl az yri n , I.V. a n d Di ya n k ov, O .V. , ETL , (199 8) , " Stability of plasma liner implosion ," Re port Ru ssi an Fede ral Nu cl e ar C e n tre VNIITF , Mos cow . 4- Mather , J . W . " Method of Experime ntal Physi cs ," Part 9 (15):187. 5- Jager ,U . S tuttgart ( 1986 ) ," Uber Di e Reaki onsmechani sme n in Plasma Focus Unte rsuchunge n an Beschi eunigten Be ute ronen und Reaki onsprotonen ," Lab – Rep . Ipf – 86 – 1 . 6- Gryzinski , M. ( 1982 ) ," Nucle ar Fusion ," 9 (22) : 1376 . 7- S ivukhi n , d .v., Rev ( 1966 ) ," Plasma Phys ," 4 : 93 . 8- Robert ,a . Cros s ( 1984 ) ," Fus ion Ene rgy ," Jhon Wiley and Sons . 9- Ziegler , j . f ( 1978 ) Pergamum Press ," Handbook of S topping Cross – S ection For Ene rgeti c ions i n All Elements ," 3 : 10- Andrej Pasternak and Marek S adowski ( 2001 ) ," S tudy of Deute ron Motion in a Filamentary Plasma – Focus Pinch Col umn for Different Configurations of Fil aments ," NUKLEONIKA 46 ( S upplement ) : S 29 – S 32 . 2009) 4 (22للعلوم الصرفة والتطبیقیة المجلدمجلة ابن الهیثم .] 2 [)نوع ماذر( یوضح نوعا من أجهزة بؤرة البالزما :( 1 ) الشكل .] 3 [ بؤرة البالزما نوع فلیبوف أجھزة من ایوضح نوع :( 2 ) الشكل 2009) 4 (22مجلة ابن الهیثم للعلوم الصرفة والتطبیقیة المجلد یوضح منظومة جھاز بؤرة البالزما بوسایدن:) 3 (شكل ال 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 x 10 -8 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 x 10 6 t [ s ] v z [ c m /s ] مركبة السرعة العمودیة للدیوترونات السریعة مع الزمن :( 4 )شكل ال تغیر 2009) 4 (22مجلة ابن الهیثم للعلوم الصرفة والتطبیقیة المجلد 0 0. 5 1 1. 5 2 2. 5 3 3. 5 4 4. 5 5 x 10 -8 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 x 10 6 t [ s ] v r [ c m /s ] مركبة السرعة القطریة للدیوترونات السریعة مع الزمن تغی :( 5 )شكل ال ر 0 0. 5 1 1.5 2 2.5 3 3. 5 4 4. 5 5 x 10 -8 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 x 10 6 t [ s ] v r & v z & v T [ c m /s ] تغیر السرعة العمودیة والقطریة والكلیة للدیوترونات مع الزمن :( 6 )شكل ال 2009) 4 (22مجلة ابن الهیثم للعلوم الصرفة والتطبیقیة المجلد -0.25 -0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15 0.2 -0.2 -0.1 5 -0.1 -0.0 5 0 0.0 5 0.1 0.1 5 0.2 Z [ cm ] R [ c m /s ] مودي المحسوب نظریاتغیر المسار القطري بداللة المسار الع( 7 ) شكل ال [ 10 ] ة المسار العمودي والمحسوب عملي تغیر المسار القطري بدالل( 8 ): الشكل IBN AL- HAITHAM J . FO R PURE & APPL. SC I VO L.22 (4) 2009 Study of The Dynamical Behavior For De uterons in De nse Plas ma Focus D. H. Yonas , R.H. Majeed Departme nt of Physics , College of Education I bn AL – Haitham , Unive rsity of Baghdad Abstract The motion of fast deuterons in most dense plasma focus devices ( DPF ) , may be characterized that it has a complex nature in its p aths and this p henomena by describing a through gy rating motion with arbitrary changes in ma gnitude and dir ection . In this research , we focused on the understanding the theoretical concepts which depend deep ly on the exp erimental results to exp lain the deuteron motions in the pinch region , and then to use the fundamental p hy sical formulas t hat are deeply related to the exp lanation of this motion to p repare a suitable model for calculating the vertical and radial comp onents for deuteron velocity by imp roving the Rung – Kut ta M ethod .