Q -машина — это устройство, которое используется в экспериментальной физике плазмы . Название Q-машина происходит от первоначального намерения создать неподвижную плазму, свободную от флуктуаций, которые присутствуют в плазме, созданной в электрических разрядах. Q-машина была впервые описана в публикации Райнна и Д'Анджело. [1]
Плазма Q-машины создается на пластине, нагретой примерно до 2000 К и поэтому называемой горячей пластиной. Электроны испускаются горячей пластиной посредством термоэлектронной эмиссии, а ионы создаются посредством контактной ионизации атомов щелочных металлов с низким потенциалом ионизации. Горячая пластина изготовлена из металла, который имеет большую работу выхода и может выдерживать высокие температуры, например, вольфрама или рения. Щелочной металл кипятят в печи, которая предназначена для направления пучка паров щелочного металла на горячую пластину. Высокое значение работы выхода горячей пластины и низкий потенциал ионизации металла обеспечивают низкий потенциальный барьер для электрона в щелочном металле, что делает процесс ионизации более эффективным. Иногда вместо щелочного металла используют барий из-за его превосходных спектроскопических свойств. Дробная ионизация плазмы Q-машины может приближаться к единице, что может быть на порядки больше, чем предсказывает уравнение ионизации Саха .
Температура плазмы Q-машины близка к температуре горячей пластины, а температуры ионов и электронов схожи. Хотя эта температура (около 2000 К) высока по сравнению с комнатной температурой, она намного ниже, чем температуры электронов, которые обычно встречаются в плазме разряда. Низкая температура позволяет создать плазменный столб, имеющий в поперечнике несколько радиусов ионного гироскопа. Поскольку щелочные металлы являются твердыми веществами при комнатной температуре, они будут прилипать к стенкам машины при ударе, и поэтому нейтральное давление можно поддерживать настолько низким, что для всех практических целей плазма будет полностью ионизирована.
Исследования плазмы, которые были выполнены с использованием Q-машин, включают в себя ионные циклотронные волны, возбуждаемые током, [2] волны Кельвина-Гельмгольца [3] и электронные фазовые дыры в пространстве. [4]
Сегодня Q-машины можно найти в Университете Западной Вирджинии и Университете Айовы в США, в Университете Тохоку в Сендае в Японии и в Университете Инсбрука в Австрии.