בין השדה המגנטי לפלסמה

 

ד"ר בועז רובינשטיין תמיד חיפש דרכים לעשות דברים אחרת. הנטייה הזאת הובילה אותו באחרונה לזכייה בפרס לתלמיד מחקר מצטיין מטעם החברה האמריקאית למדעי הגרעין והפלסמה של אגודת מהנדסי החשמל והאלקטרוניקה בארה"ב, IEEE. הפרס ניתן לו על עבודת הדוקטורט שהכין בקבוצת המחקר של פרופ' יצחק מרון מהמחלקה לפיסיקה של חלקיקים ואסטרופיסיקה. התברר, כי הנטייה שלו אל הלא-שגרתי, לפחות במקרה של עבודת הדוקטורט, היא מועילה. הוא הצליח לפתח וליישם שיטה מקורית למדידת שדות מגנטיים המתקדמים בתוך פלסמה, אשר משפרת את הרזולוציה במידה משמעותית. ממצאי המחקר שלו שופכים אור על יחסי הגומלין בין שדות מגנטיים לבין פלסמה דלילה.

הבנה לעומק של תכונות הפלסמה – גז מיונן אשר ממנו עשויות, בין היתר, ליבות כוכבים – תאפשר אולי, בעתיד, להפיק אנרגיה באמצעות כורי מיזוג תרמו-גרעיניים. בחלק מהשיטות המיועדות ליצור מיזוג שכזה יש "לכלוא" את הפלסמה באמצעות שדות מגנטיים, כדי למנוע ממנה לפגוע בקירות הכור ולהתקרר. ניסיונות להבין את יחסי הגומלין שבין פלסמה דלילה (כזו המצויה באטמוספירה של כוכבים או בכורי מיזוג ניסיוניים) לבין שדות מגנטיים העלו בעבר, כי בתנאים מסוימים השדה המגנטי חודר במהירות אל תוך הפלסמה. עם זאת, בגלל הרזולוציה הלא מספקת של הממצאים הניסיוניים, נותרו סתירות חסרות הסבר בין הממצאים לתיאוריה. "השיטה המקובלת למדידת שדות מגנטיים מקשה להגיע לדיוק מרחבי", מסביר רובינשטיין. לכן, הוא פיתח ויישם שיטה חלופית למדידת השדה המגנטי, תוך שיפור ההפרדה המרחבית. השיטה החדשה איפשרה גם לשפר את הדיוק בקביעת עוצמות חלשות של שדה.

השיטה של רובינשטיין מבוססת על מעקב מדוקדק אחר התפתחות המהירות של יונים המוחדרים לתוך ענן הפלסמה: השתנות מהירות היונים לאורך זמן, הנמדדת באמצעות הקרינה שנפלטת מהם, מאפשרת להסיק מסקנות על עוצמת השדה המגנטי. מדובר באתגר לא פשוט, שכן הפלסמה היא "יצור" דינמי: התהליכים שבתוכה מתחוללים בפרקי זמן של מיליארדיות השנייה, והם אינם ניתנים למדידה ישירה. בנוסף, הפלסמה הדלילה פולטת יחסית מעט קרינה (ליחידת זמן). מסיבות אלה, המחקר דרש מאמץ גדול ושיטות ספקטרוסקופיות מתוחכמות כדי "למצות" את מעט המידע המתקבל, וכן מיכשור מתוחכם ורמת דיוק גבוהה ביותר.

הגישה היצירתית והמאמצים הטכניים נשאו פרי: רובינשטיין הצליח לשפר את הרזולציה המרחבית פי 10-5 מערכה הקודם, ולהשיג נתונים מדויקים על התפתחות השדה המגנטי בחדירתו לפלסמה. ההשלכות של המדידות מנותחות באמצעות מודלים תיאורטיים שפותחו במסגרת שיתופי פעולה בין-לאומיים עם מדענים בארה"ב וגרמניה. הממצאים מספקים הסבר לחלק מהסתירות שהתגלעו בעבר, ומהווים צעד חשוב בהבנת יחסי הגומלין בין שדה מגנטי לבין פלסמה הכלואה בתוכו.