Plazminis langas — plazmos sritis, atskirianti vakuumą
Atraskite, kaip plazminis langas atskiria vakuumą nuo atmosferos, leidžia spinduliuotei sklisti ir atveria naujas mokslines ir technologines galimybes.
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.
Istorija
Plazminį langą Brukhaveno nacionalinėje laboratorijoje sukūrė Ady Hershcovitch. Jis buvo užpatentuotas 1995 m. Kiti kūriniai, kuriuose panaudota ta pati idėja kaip ir plazminiame lange, yra plazminis vožtuvas.
Plazminis vožtuvas
Plazminis vožtuvas yra susijęs su plazminiu langu. Jis buvo sukurtas praėjus metams po plazminio lango. Plazmos vožtuvas yra dujų sluoksnis specialiame apvalkale. Žiedas aplink apvalkalą palaiko vakuumą. Žiedo pažeidimas gali būti labai blogas, tačiau technologija leidžia mokslininkams laiku išjungti įrenginį, kol dar nieko neatsitiko.
Savybės
Plazmos langas paprastai sukuriamas esant 15 000 kelvinų temperatūrai. Vienintelė lango dydžio riba yra energijos kiekis, kurio reikia jam sukurti. Langui reikia 20 kW energijos kiekvienam coliui dydžio.
Plazmos langai švyti skirtingomis spalvomis, priklausomai nuo plazmai sukurti naudojamų dujų.
Klausimai ir atsakymai
K: Kas yra plazminis langas?
A: Plazmos langas - tai plazmos laukas, kuris užpildo erdvę, sukurtą naudojant magnetizmą plazmai išlaikyti.
K: Kaip sukuriamas plazmos lango erdvės plotas?
A.: Plazmos lango erdvės plotas sukuriamas naudojant magnetizmą, kad plazma laikytųsi savo vietoje.
Klausimas: Kokio storio plazma gali tapti didėjant jos temperatūrai?
A.: Didėjant temperatūrai plazma gali tapti storesnė.
K: Kokios formos yra plazmos lango erdvės plotas?
A: Plazmos lango erdvės plotas yra plokščios plokštumos cilindro viduje formos.
K: Ar pro plazmos langą gali judėti spinduliuotė, pavyzdžiui, lazeriai?
A: Taip, pro plazmos langą gali sklisti spinduliuotė, pavyzdžiui, lazeriai.
K: Kodėl mokslininkams reikia plazminio lango?
A: Mokslininkams reikia plazmos lango, kad sukurtų vakuumo sritį ir kartu leistų spinduliuotei judėti pro ją, nes tam tikros spinduliuotės rūšys gali būti sukurtos tik vakuume, tačiau jas reikia naudoti daiktams, kurie yra įprastoje atmosferoje.
Klausimas: Ar plazma neleidžia spinduliuotei judėti pro ją?
A.: Plazma netrukdo spinduliuotei, pavyzdžiui, lazeriams, judėti pro ją.
Ieškoti