تتعدد استخدامات البلازما في صناعات محتلفة، منها قطاع السيارات والتعبئة والتغليف والأدوات الطبية والبحوث الحيوية، وتشخيص مرض السل وفيروس نقص المناعة المكتسبة، وغيرها؛ من خلال وضع طبقتين رقيقتين من المواد الكيميائية على لفافة من المنسوجات الاصطناعية تمت معاملتها بالبلازما. لون اللفافة يتغير باتصاله مع بعض الأجسام المضادة. وهذا المنتج يستخدم في عمل اختبارات سريعة ومبتكرة لمرض السل وفيروس نقص المناعة البشرية.
استخدامات البلازما
– الاندماج النووي:
الاندماج النووي هو العملية التي يتم فيها صهر نواتي ذرتين معًا لإنتاج نوى جديدة أثقل وتتحرر بذلك طاقة كبيرة جدًا، ومن شروط تكون البلازما هو أن تكون درجة الحرارة مرتفعة للغاية، حوالي 10 ملايين كلفن، ودرجة الحرارة المرتفعة هذه كفيلة بنقل المادة إلى حالة البلازما.
– صناعة الدارات الإلكترونية:
في هذه الصناعة تُستخدم البلازما ذات درجة الحرارة المنخفضة، فالدارات الكهربائية التي تدخل في صناعة الأجهزة الإلكترونية تحتوي عشرات الآلاف وفي بعض الحالات الملايين من الترانزستورات -أنصاف النواقل- الصغيرة جدًا، وعملية التصنيع هذه تتم عن طريق البلازما التي تنحت الدارات الكهربائية على شريحة السيليكون.
– المحافظة على نظافة البيئة:
وهي إحدى التقنيات الحديثة التي تعمل بها الدول المتقدمة، فتُحول الغازات السامة التي تطلقها المصانع مثل أحادي أكسيد الكبريت إلى مواد غير سامة؛ عن طريق جهاز يوضع في منتصف المدخنة، يقوم بتأيين (تحويل العناصر إلى أيونات)؛ هذه المركبات إلى عناصرها الأساسية عن طريق إطلاق حزمة من الإلكترونات ذات الطاقة العالية.
– تطبيقات مختلفة:
تشمل استخدامات البلازما تعقيم الأدوات الطبية في المشافي والعيادات، كما أنها تعتبر مصدر الضوء الأساسي للإضاءة في عدّة أنواع من المصابيح، وتستخدم أيضًا في معالجة الغاز المسال والنفايات الأخرى.
بعض التطبيقات التجارية والصناعية للبلازما
معالجة الإشعاع مثل:
• تنقية المياه
• نمو النباتات
المعالجة الحجمية مثل:
• معالجة الغاز المسال
• معالجة النفايات
المعالجة الكيميائية مثل:
• ترسيب رقائق الماس
• بودرة السيراميك
مصادر الضوء مثل:
• مصابيح الكثافة العالية
• مصابيح الضغط المنخفض
• مصادر إضاءة خاصة
في الطب مثل:
• معالجة الأسطح
• تعقيم الآلات الطبية
إضاءة الفلورسنت وإشارات النيون
اثنان من استخدامات البلازما الأكثر شيوعًا على كوكبنا هما مصباح الفلورسنت وإشارات النيون. فمنذ تطويرهما في أربعينيات القرن الماضي أصبحت اللمبات الفلورسنت الأوسع انتشارًا في الإضاءة بكل مكان تقريبًا؛ في المكاتب والمصانع والمدارس، وفي البيوت أيضًا. وتعمل إشارات النيون بنفس المبدأ وتقريبًا أصبحت شائعة الاستخدام.
في هذا البحث سنلخص طبيعة تلك الأدوات الموجودة في كل مكان تقريبًا، تركيزًا على الإنارة بالفلورسنت؛ بدءًا من الضوء الذي يمكن أن نراه من خارج اللمبة، وطريقة عملها.
الضوء
إن الضوء المنبعث من لمبة الفلورسنت يبدو أبيض في معظم الحالات، ذلك اللون الأبيض هو مجموعة (كما هو ضوء الشمس) من كل ألوان الطيف المرئي. في حالة اللمبة الفلورسنت المادة التي تصدر التوهج في الحقيقة هي مسحوق أبيض تغلف الزجاج الداخلي للمبة. هذا المسحوق (عمومًا يسمى phosphor، بالرغم من أنه لا يوجد أي فوسفور فيه) هو الذي يبعث الضوء الأبيض الذي نراه خلال المصباح الفلورسنت ويسمى التألق الإشعاعي.
يحدث هذا التألق الإشعاعي عندما تمتص ذرّة (أو جزيء) طاقة من المصدر (مثل فوتون الضوء، أو اصطدام بذرة أخرى) وبعد ذلك تصدر تلك الطاقة على شكل ضوء في خطوتين أو أكثر متتالية. في المصباح الفلورسنت الضوء فوق البنفسجي الغني بالطاقة ومن خلال الأنبوب المشبع بالفوسفور، ثم يعاد إشعاع الطاقة بإرسال اثنين أو ثلاث موجات إضاءة ذات طاقة أقل.
ولكون الطيف المرئي الذي تحسه أعيننا عند مستوى طاقة أقل من الإشعاع فوق البنفسجي؛ يمكن أن نستعمل الإشعاع الفوسفوري كمصدر ضوء.
من أين تصدر الأشعة فوق البنفسجية؟
لكي يتوهج بضوئه الأبيض المألوف نحتاج إلى الفوسفور لكي يقصف بالضوء فوق البنفسجي خلال المصباح. هذا الضوء انبعث من ذرات الزئبق الموجودة في الأنبوب المفرغ جزئيًا. عندما يمتصّ الزئبق طاقة داخل المصباح (تعمل عادة كنتيجة للتأثر بالإلكترونات الحرة السريعة جدًا الموجودة في الأنبوب)، ويبعث بكفاءة في المنطقة فوق البنفسجية من الطيف طول موجة من 253.7 nm (وبمعنى آخر: 253.7 بليون متر).
جزء صغير جدًا من الغاز خلال المصباح هو زئبق؛ عدد ذرات غاز الأرجون تفوق عدد ذرات الزئبق حوالي 300 إلى 1. كلتا النوعين من الذرات مشتركة فقط في إجمالي حوالي 1/100 من الضغط الجوّي خلال المصباح.
أين تحصل الإلكترونات الحرة على الطاقة؟
الإلكترونات الحرّة التي تصطدم بذرّات الزئبق كانت أساسًا منزوعة من ذرات الزئبق نفسها. ليست كل ذرات الزئبق متأينة، فقط نسبة مئوية صغيرة منها فقدت إلكترونًا أو اثنين. لكن عندما يُحرر إلكترون حر من ذرة يسرع نحو نهاية المصباح الذي هو الأكثر إيجابية (تذكر: مصابيح الفلورسنت أدوات كهربائية؛ لذا نهاية الأنبوب دائمًا أكثر إيجابية نسبة إلى النهاية الأخرى). وعندما يعمل بالتاكيد سوف يصطدم بذرة على طول الطريق للطرف الآخر، وإذا كانت طاقته عالية بما فيه الكفاية يمكن أن يحرر إلكترونًا من ذرة أخرى ويصنع إلكترونًا حرًا إضافيًا.
أما إذا كانت طاقته ليست عالية بما فيه الكفاية عندما تصطدم بذرة زئبق، يمكن أن يثير الزئبق بطريقة معينة؛ بحيث يبعث الزئبق أشعة فوق بنفسجية عندما يتخلى عن طاقته. تُصنف هذه المجموعة من الإلكترونات الحرة وأيونات الزئبق المتبقية مزيج الزئبق والأرجون كبلازما.
اقرأ أيضًا:
مستقبل المدن الذكية.. نحو مجتمعات أكثر فعالية
أهمية الذكاء الاصطناعي.. إنقاذ الكوكب والناس
