Pistolet cu plasmă - Plasma railgun

O pistolă cu plasmă este un accelerator liniar care, ca și o pistolă cu proiectil , folosește doi electrozi paraleli lungi pentru a accelera o armătură "scurtă glisantă". Cu toate acestea, într-o armă de cale ferată cu plasmă, armătura și proiectilul expulzat constau din plasmă sau particule fierbinți, ionizate, asemănătoare gazului, în loc de un slug solid de material. Pistoalele științifice cu plasmă sunt de obicei acționate în vid și nu la presiunea aerului. Sunt de valoare, deoarece produc viteze de bot de până la câteva sute de kilometri pe secundă. Din această cauză, aceste dispozitive au aplicații în fuziunea de confinare magnetică (MCF), fuziunea magneto-inerțială (MIF), cercetarea fizică cu densitate mare de energie (HEDP), astrofizica de laborator și ca motor de propulsie cu plasmă pentru nave spațiale.

Teorie

Pistoalele cu plasmă apar în două topologii principale, liniare și coaxiale. Pistoalele liniare sunt formate din doi electrozi cu plăci plate, separați prin distanțieri izolați și accelerează armăturile de tablă. Pistoalele coaxiale accelerează armăturile plasmatice toroidale folosind un conductor exterior gol și un conductor interior central, concentric.

Pistoalele liniare cu plasmă pun cerințe extreme asupra izolatorilor lor, deoarece acestea trebuie să fie o componentă de vid izolatoare electric, orientată spre plasmă, care să reziste la șocuri termice și acustice . În plus, poate exista o etanșare complexă triplă a îmbinării, care poate reprezenta deseori o provocare inginerească extremă. Acceleratoarele coaxiale necesită izolatori numai la culisă, dar armătura plasmatică în acest caz este supusă instabilității „loviturilor”. Aceasta este o instabilitate în care frontul de presiune magnetică poate depăși sau „sufla” armătura plasmei datorită dependenței radiale a densității de curent de accelerație, reducând drastic eficiența dispozitivului. Acceleratoarele coaxiale folosesc diverse tehnici pentru a atenua această instabilitate. În ambele modele, se formează o armătură cu plasmă la culie. Deoarece pistoalele cu plasmă sunt o zonă deschisă de cercetare, metoda de formare a armăturii variază. Cu toate acestea, au fost folosite tehnici, inclusiv folii care explodează, injecție de disc cu explozie de celule de gaz, injecție de gaz neutru prin supapă rapidă de gaz și injecție capilară cu plasmă.

După formarea armăturii, plasmoidul este apoi accelerat pe lungimea armei de cale ferată printr-un impuls de curent condus printr-un electrod, prin armătură și în afara celuilalt electrod, creând un câmp magnetic mare în spatele armăturii. Deoarece curentul conducătorului auto prin armătură se mișcă și este normal și către un câmp magnetic auto-generat, particulele armăturii experimentează o forță Lorentz , accelerându-le pe lungimea pistolului. Geometria și materialele electrodului accelerator sunt, de asemenea, zone deschise de cercetare.

Aplicații

Pistoalele cu șină cu plasmă sunt capabile să producă jeturi controlate cu densități și viteze date variind de la cel puțin densitățile de vârf 1e13 la 1e16 particule / m ^ 3 cu viteze de la 5 la 200 km / s în funcție de configurația dispozitivului și de parametrii de funcționare. Pistoalele cu șină cu plasmă sunt evaluate pentru aplicații în fuziunea de izolare magnetică pentru atenuarea întreruperilor și alimentarea cu tokamak.

Fuziunea magneto-inerțială încearcă să implodeze o țintă de fuziune DT magnetizată utilizând o căptușeală sferică-simetrică, prăbușită, conducătoare. Pistoalele cu plasmă sunt evaluate ca o posibilă metodă de formare liniară de implozie pentru fuziune.

Matrice de pistoale cu plasmă ar putea fi folosite pentru a crea implozii pulsate cu o presiune de vârf de ~ 1 Megabar, permițând mai mult acces la graficul acestei zone de deschidere a fizicii plasmei.

Jeturile de mare viteză cu densitate și temperatură controlabile permit fenomenelor astrofizice precum vântul solar, jeturile galactice, evenimentele solare și plasma astrofizică să fie parțial simulate în laborator și măsurate direct, pe lângă observațiile astronomice și prin satelit.

Vezi si

Referințe