Плазменное окно

Плазменное окно (не путать с плазменным экраном ^[1] ) — это технология, которая заполняет объем пространства плазмой, удерживаемой магнитным полем . При нынешней технологии этот объем довольно мал, и плазма генерируется в виде плоской плоскости внутри цилиндрического пространства.

Плазма — это любой газ , атомы или молекулы которого ионизированы , и является отдельной фазой материи. Чаще всего это достигается путем нагревания газа до чрезвычайно высоких температур, хотя существуют и другие методы. Плазма становится все более вязкой при более высоких температурах, до такой степени, что другим веществам становится трудно проходить через нее.

Вязкость плазменного окна позволяет ему отделять газ при стандартном атмосферном давлении от полного вакуума и, как сообщается, может выдерживать разницу давления до девяти атмосфер . ^[2] В то же время плазменное окно будет пропускать излучение, такое как лазерные лучи и электронные лучи . Это свойство является ключом к полезности плазменного окна — технология плазменного окна позволяет применять излучение, которое может быть создано только в вакууме, к объектам в атмосфере. ^{[3] [4]} Электронно-лучевая сварка является основным применением плазменных окон, что делает ее практичной за пределами жесткого вакуума.

Плазменное окно было изобретено в Брукхейвенской национальной лаборатории ^[5] Эди Гершковичем и запатентовано в 1995 году. ^[6]

Дальнейшие изобретения, использующие этот принцип, включают плазменный клапан 1996 года. ^[7]

В 2014 году группа студентов из Университета Лестера опубликовала исследование, описывающее функционирование плазменных дефлекторных щитов космических кораблей. ^[8]

В 2015 году Boeing получил патент на систему силового поля, разработанную для защиты от ударных волн, создаваемых взрывами. Она не предназначена для защиты от снарядов, радиации или энергетического оружия, такого как лазеры. Поле предположительно работает, используя комбинацию лазеров, электричества и микроволн для быстрого нагрева воздуха, создавая поле (ионизированной) перегретой воздушной плазмы, которая разрушает или, по крайней мере, ослабляет ударную волну. По состоянию на март 2016 года не было известно о демонстрации рабочих моделей. ^{[9] [10]}

Мичио Каку предлагает силовые поля, состоящие из трех слоев. Первый — это мощное плазменное окно, которое может испарять входящие объекты, блокировать излучение и частицы. Второй слой будет состоять из тысяч лазерных лучей, расположенных в плотной решетчатой ​​конфигурации, чтобы испарять любые объекты, которым удалось пройти через плазменный экран, лазерными лучами. Третий слой — это невидимый, но стабильный лист материала, такого как углеродные нанотрубки или графен , толщиной всего в один атом, и, следовательно, прозрачный, но прочнее стали, чтобы блокировать возможные обломки от разрушенных объектов. ^{[11] [12]}

Связанная технология — плазменный клапан, изобретенный вскоре после плазменного окна. Плазменный клапан — это слой газа в оболочке ускорителя частиц . Кольцо ускорителя частиц содержит вакуум, и обычно нарушение этого вакуума имеет катастрофические последствия. Однако если ускоритель, оснащенный технологией плазменного клапана, нарушается, газовый слой ионизируется в течение наносекунды, создавая уплотнение, которое предотвращает повторное сжатие ускорителя. Это дает техникам время отключить пучок частиц в ускорителе и медленно повторно сжать кольцо ускорителя, чтобы избежать повреждения.

Физические свойства плазменного окна различаются в зависимости от применения. В первоначальном патенте упоминались температуры около 15 000 К (14 700 °C; 26 500 °F).

Единственным ограничением размера плазменного окна являются текущие энергетические ограничения, поскольку для создания окна требуется около 20 киловатт на дюйм (8 кВт/см) диаметра круглого окна. ^{[ необходима цитата ]}

Плазменное окно излучает яркое свечение, цвет которого зависит от используемого газа.

В научной фантастике , например, в телесериале « Звездный путь» , в качестве устройства часто используется вымышленная технология, известная как « силовое поле ». В некоторых случаях она используется как внешняя «дверь» в ангары на космических кораблях , чтобы предотвратить выход внутренней атмосферы корабля в открытый космос . Плазменные окна теоретически могли бы служить такой цели, если бы было достаточно энергии для их производства. Предложение StarTram предполагает использование энергоемкого МГД- окна над пусковой трубой диаметром в несколько метров периодически, но ненадолго, чтобы предотвратить чрезмерную потерю вакуума в моменты, когда механический затвор временно открывается перед гиперскоростным космическим кораблем. ^[13]

• Тяговый луч

• BNL получает награду R&D 100 за «Плазменное окно» ^[14]
• Эди Гершкович. Технология плазменных окон для распространения пучков частиц и излучения из вакуума в атмосферу ^[15]

• Ади Гершкович (1995). Дуги высокого давления как интерфейс вакуум-атмосфера и плазменная линза для невакуумных электронно-лучевых сварочных машин, электронно-лучевая плавка и невакуумная ионная модификация материалов, Журнал прикладной физики , 78(9): 5283–5288

• Официальная статья Эди Гершковича – изобретателя плазменного окна.
• Brookhaven Lab получила награду R&D 100 за «Плазменное окно»
• Брукхейвенская национальная лаборатория – место, где было изобретено плазменное окно
• Новости о плазменных окнах
• Патент на плазменное окно
• Патент на плазменный клапан