Plazminis langas – tai plazmos laukas, užpildantis tam tikrą erdvės plotą ir veikiantis kaip atskirianti sritis tarp labai žemo arba vakuuminio slėgio ir įprastos atmosferos. Jis panašus į jėgos lauką ir paprastai formuojamas bei laikomas magnetinių ir elektrinių laukų pagalba. Konkrečiai, plotas dažniausiai sukuriamas naudojant magnetizmą ir elektrinę iškrovą, kad plazma laikytųsi savo vietoje. Dabartinėmis technologijomis tokie plazminiai langai būna gana maži; konstrukcija dažniausiai primena plokščios plokštumos formos sritį cilindro viduje arba trumpą „vamzdžio“ tarpą, per kurį išlaikomas slėgių skirtumas.
Kaip tai veikia
Plazminio lango pagrindas – aukštos temperatūros ir jonizuotos dujos sritis. Kylant plazmos temperatūrai ir jonizacijos lygiui, jos tankis ir efektyvus „advektyvinis“ bei „difuzinis“ pasipriešinimas dujų mainams didėja, todėl plazma gali atskirti vakuumą nuo įprastos atmosferos. Paprastai plazma sukuriama cirkuliuojančiu dujų srautu ir tarp elektrodų arba naudojant magnetinį suspaudimą; magnetiniai laukai padeda sukoncentruoti ir stabilizuoti plazmą reikiamoje zonoje.
Svarbu pažymėti, kad plazma yra permatoma daugeliui elektromagnetinių spindulių: ji paprastai nesustabdo spinduliuotės, pavyzdžiui lazerių ar rentgeno spindulių, todėl mokslininkai gali kanalizuoti spinduliuotę iš vakuuminės aplinkos į atmosferą neprarandant galimybės ją generuoti vakuume. Tačiau plazma gali sąveikauti su krautaisiais dalelėmis (elektronų arba jonų srautais) per elektromagnetinius laukus ir kolizijas, todėl tokių dalelių praleidimas gali reikalauti papildomų korekcijų.
Taikymas
- Laboratoriniai eksperimentai, kai spinduliuotę reikia sugeneruoti vakuume, bet nukreipti į prietaisus ar mėginius esančius atmosferoje (pvz., rentgeno arba ultravioletinės spinduliuotės šaltiniai).
- Elektronų ir jonų spindulių bei lazerių naudojimas medžiagų apdirbime ar analizėje, kai norima išvengti trapaus kietojo lango (solid window) sukeliamų iškraipymų.
- Pramoninės technologijos, tokios kaip vakuuminės dangaus depozicijos procesai, kur reikia izoliuoti vakuuminę kamerą, bet įjungti spinduliuotę ar impulsinius šaltinius iš išorės.
- Tyrimai branduolinės sintezės, dalelių greitintuvų ir kitų prietaikų, kur reikia sujungti vakuuminę sekciją su atmosfera be fizinio „kieto“ tarpinio lango.
Privalumai ir trūkumai
- Privalumai: leidžia perduoti elektromagnetinę spinduliuotę be kieto lango, sumažina mechaniškų langų izoliacijos problemų, suteikia galimybę tiesiogiai jungti vakuumines sistemas su oro aplinka eksperimentams, kuriems reikalingas tiesioginis spindulių pateikimas.
- Trūkumai: ribotas pralaidumas ir anga (mažas skersmuo), didelis energijos suvartojimas ir šilumos išskyrimas, sudėtinga valdymo ir aušinimo sistema, nuolatinis dujų poreikis bei galimos trukdžios dėl plazmos sukeltų elektromagnetinių laukų. Be to, plazma gali dalinai sąveikauti su krūvinėmis dalelėmis, todėl ne visada tinka tiesioginiam laidinimui užkrautų srautų.
Istorija ir praktika
Idėjos ir pirmieji plazminių langų demonstraciniai modeliai atsirado laboratorijose vėlyvaisiais XX a. dešimtmečiais; vieni žymiausių ankstyvųjų darbų buvo atliekami nacionalinėse tyrimų laboratorijose. Plazminiai langai vis dar daugiausia eksperimentinės arba specialios paskirties priemonės: jų koncepcija aktyviai tobulinama, siekiant padidinti angos dydį, sumažinti energijos sąnaudas ir mažinti elektromagnetines kenksmingas sąveikas su praeinančiais srautais.
Santrauka: plazminis langas – tai dinamiška, jonizuotos dujos sritis, kuri leidžia atskirti vakuumą ir atmosferą tuo pačiu praleidžiant spinduliuotę. Tai vertingas sprendimas situacijose, kai reikia sujungti vakuuminį spindulių šaltinį su įprasta aplinka, tačiau praktinė panaudojimo apimtis kol kas ribojama techninių iššūkių.