چوپان مغناطیسی

الکترونها در محیط پلاسمایی مثل گوسفندانی هستند که در یک مرتع باشند. آنها به اطراف پرسه می زنند و گاهی به سقلمه ای احتیاج دارند تا باعث شود در راه مشخص گله قرار گیرند. چهاردهم نوامبر، یک تیم تحقیقاتی روشی را عرضه کرد که با آن می توان دیواری یکطرفه ساخت که که اجازه ی ورود الکترونها از یکطرف را می دهد ولی الکترونهایی که از طرف دیگر دیوار می خواهند وارد شوند را مانع می شود. این روش جدیدی برای به دام انداری الکترونها در محیط پلاسمایی است. این ایده ما را به یاد "شیطانک ماکسول(Maxwell"s Demon)" می اندازد که می گفت فرض کنید یک ظرف را با تیغه ای به دو قسمت تقسیم می کنیم و یکطرفش را تا نصف از گاز پر می کنیم. موجود هوشیاری را در جلوی سوراخ بین دو نصفه ی ظرف قرار می دهیم و او فقط مولکولهای پرسرعت را انتخاب و به سمت دیگر هدایت می کند. این آزمایش نظری عملا غیر قابل اجراست اما در اینجا با احتساب اینکه مقداری گرما هدر می رود می توان الکترونها را به دقت تفکیک کرد. (مثل همان کاری که شیطانک جلوی دریچه در آزمایش ذهنی ماکسول می کرد!) قصه اینگونه است که در یک راکتور گداخت بنام توکامک، محققان میدان مغناطیسی برای نگه داری پلاسما در یک محل خاص بکار می برند. یعنی پلاسما را (که مجموعه ای از الکترونهاست) درون ظرفی از جنس میدان مغناطیسی قرار می دهند. برای اینکار تعدادی از الکترونهای پلاسما را در میدان مغناطیسی می اندازند که باعث می شود این الکترونها دور حلقه ای شبیه به خانه ی حلزون بچزخند و این خانه حکم ظرفی را دارد که درونش پلاسما حبس می شود. اما این روش نیازمند اینست که مقدار بسیار زیادی امواج رادیویی به درون پلاسما فرستاده شود که این مقدار باعث گرم شدن بسیاری از الکترونها و اتلاف گرمایی می شود. نات فیش (Nat Fisch) از دانشگاه پرینستون (Princeton University) و همکارانش تصمیم گرفتند که انرژی لازم برای ظرف را بجای اینکه به همه جا بفرستند فقط به یک منطقه ی کوچک بفرستند. این ایده دو نوع میدان می خواهد. اول، یک لایه ی نازک از میدانهای الکترومغناطیس نوسان کننده می خواهد که بطور عمودی محوطه ی پلاسمایی را نصف می کند و دوم، یک میدان مغناطیسی ایستا می خواهد. الکترونها ترجیح می دهند که از دیواره ی قوی و نوسانی الکترومغناطیسی فاصله بگیرند بنابراین به عقب برمیگردند اما میدان مغناطیسی روی الکترونهاعمل می کند و آنها را مجددا به جلو هدایت می کند(مثل یک درب یکطرفه). نمایی از یک پلاسمای حبس شده در یک توکامک. توضیح کاملتر و واضحتر انست که فرض کنید یک الکترون به دیوار نزدیک میشود. میدان مغناطیسی ایستا که عمود بر دیوار است باعث می شود که الکترون روی مسیری حلزونی شکل به سمت دیوار جلو برود. در نزدیکی های دیوار فرکانس این چرخش رو به جلو با فرکانس نوسان میدان الکترومغناطیسی دیوار هماهنگ می شود و باعث می شود که الکترونها در جای مشخصی از مدار چرخششان ناگهانی به سمت داخل کشیده شوند. این شوت شدگی به سمت دیگر دیواره برای تمام الکترونها در همان جهت وجود دارد. یعنی فرقی نمی کند که الکترون به دیواره از کدام سمت نزدیک شود. اگر الکترونی مثلا از سمت دیگر به دیوار نزدیک شود، میدان مغناطیسی ایستایی که الکترونها را رو به یک سمت هدایت می کند باعث دوری آن الکترون از دیوار می شود. بنابراین می بینید که دیوار اینجا مثل شیطانک ماکسول که به یکسو تفکیک می کرد عمل می کند. حالا این تیم در حال عملی کردن این ایده هستند تا بتوانند با دو دیوار الکترونها را بین این دو حبس کنند.

منبع :www.nojum.ir