Plazmaablak – működése és alkalmazásai
A plazmaablak egy olyan plazmamező, amely kitölti a tér egy részét, és funkciójában hasonló az erőtérhez. A területet úgy hozzák létre, hogy az ionizált gáz — a plazma — részecskéit mágnesesség segítségével tartják a helyén. A műszaki megvalósítás ma még korlátozott, ezért a létrehozott terület általában viszonylag kicsi. Gyakori elrendezés, hogy a plazmaablak egy henger belsejében képződő, lapos sík formájú zóna, amely fizikailag elválaszt két teret egymástól.
Működése
A plazmaablak működésének alapja, hogy a plazma magas hőmérséklet és sűrűség mellett olyan ionizált réteget alkot, amely hatékonyan gátolja a részecskék (gázmolekulák) áramlását egyik oldalról a másikra. Elég magas hőmérsékleten és megfelelő mágneses konfigurációban a plazma elég „vastaggá” válik ahhoz, hogy a vákuumot elkülönítse a normál légkörtől, miközben nem szükséges fizikai, szilárd falat alkalmazni. A töltött részecskék a mágneses tér mentén mozognak és ütközéseik révén nyomásgrádiens keletkezik, ami a két oldal közötti anyagáramlást korlátozza.
Fontos megjegyezni, hogy a plazma nem feltétlenül „átlátszatlan” mindenféle elektromágneses sugárzásra. A plazma elektromágneses tulajdonságait a plazma saját frekvenciája (plazmafrekvencia) határozza meg: az ennél alacsonyabb frekvenciájú hullámok visszaverődhetnek, míg a magasabb frekvenciájú sugárzás — például egyes lézerek vagy rövidebb hullámhosszú fotonok — átjuthatnak a rétegen. Emiatt a plazmaablak alkalmas lehet arra, hogy egy vákuumterületet hozzon létre, miközben bizonyos típusú sugárzás továbbra is áthalad rajta.
Alkalmazások és korlátok
- Laboratóriumi és ipari besugárzó rendszerek: olyan kísérletekben, ahol a sugárzást vákuumban kell előállítani (például bizonyos lézer- vagy részecskesugár-források), de a célpont vagy a mérőműszer a normál légkörben van, a plazmaablak lehetővé teszi a sugárzás kivezetését a vákuum és a levegő közötti határon.
- Részecske- és ionlézerek be- és kivezetése: részecske- vagy ionpászták kibocsátásánál használható átmeneti határként anélkül, hogy szilárd ablakot kellene alkalmazni, ami sérülne vagy elnyelné a sugárzást.
- Fúziós kutatások és plazmatechnológia: a mágneses térben létesített plazmaablakok vizsgálata segítheti a plazmaellenőrzés és -tárolás fejlesztését, valamint alkalmazhatók speciális mérőablakokként.
Ugyanakkor több korlát is van: a plazmaablak fenntartása jelentős energiaigénnyel jár, a mágneses tér és a plazma stabilitásának biztosítása nehéz feladat (instabilitások, turbulencia), és a megvalósítható ablakméretek jelenleg kicsik. A plazma emittálhat fényt és töltött részecskéket, amelyek befolyásolhatják a közelben lévő érzékeny berendezéseket vagy optikákat. Továbbá a plazma frekvenciafüggő módon bánik a különböző sugárzástípusokkal: nem minden hullámhosszú sugárzás halad át automatikusan, tehát a tervezésnél ezt figyelembe kell venni.
Jövőbeli fejlesztések célja a nagyobb, stabilabb és energiahatékonyabb plazmaablakok létrehozása, jobb mágneses elrendezések és plazmakezelési módszerek kidolgozása, amelyek kiterjeszthetik az alkalmazási területeket az ipari gyártástól a kutatási berendezésekig.
Történelem
A Plazmaablakot Ady Hershcovitch hozta létre a Brookhaven Nemzeti Laboratóriumban. Szabadalmaztatták 1995-ben. A plazmaablakhoz hasonló ötletet használó egyéb alkotások közé tartozik a plazmaventil.
Plazmaszelep
A plazmaszelep egy plazmaablakhoz kapcsolódik. Egy évvel a plazmaablak után hozták létre. A Plazma Szelep egy speciális héjban lévő gázréteg. A héj körüli gyűrű vákuumot tart fenn. A gyűrű átszakadása nagyon rossz lehet, de a technológia lehetővé teszi a tudósok számára, hogy időben lekapcsolják a gépet, mielőtt bármi történne.
Tulajdonságok
A plazmaablak általában 15 000 kelvin hőmérsékleten jön létre. Az ablak méretének egyetlen korlátja a létrehozásához szükséges energia mennyisége. Egy ablakhoz 20 kW energiára van szükség minden egyes hüvelyknyi mérethez.
A plazmaablakok a plazma előállításához használt gáztól függően különböző színekben világítanak.
Kérdések és válaszok
K: Mi az a plazmaablak?
V: A plazmaablak egy olyan plazmamező, amely kitölti a plazma helyben tartására szolgáló mágnesesség segítségével létrehozott térrészt.
K: Hogyan jön létre a plazmaablakban lévő térrész?
V: A plazmaablakban lévő térfelületet a plazma helyben tartására szolgáló mágnesesség segítségével hozzák létre.
K: Milyen sűrűvé válhat a plazma a hőmérséklet növekedésével?
V: A plazma a hőmérséklet növekedésével egyre vastagabbá válhat.
K: Milyen alakú a plazmaablakban lévő térrész?
V: A plazmaablakban a tér területe egy henger belsejében lévő sík sík alakú.
K: A sugárzás, például a lézer áthaladhat a plazmaablakon?
V: Igen, a sugárzás, például a lézerek áthaladhatnak a plazmaablakon.
K: Miért van szükségük a tudósoknak plazmaablakra?
V: A tudósoknak azért van szükségük a Plazmaablakra, hogy vákuumterületet hozzanak létre, miközben a sugárzás mégis áthaladhat rajta, mivel bizonyos típusú sugárzásokat csak vákuumban lehet létrehozni, de olyan dolgokon kell használni őket, amelyek normál légkörben találhatók.
K: A plazma megakadályozza a sugárzás áthaladását?
V: A plazma nem akadályozza meg a sugárzást, például a lézereket, hogy áthaladjanak rajta.
