Helikon (fysikk) - Helicon (physics)
Et helikon er en lavfrekvent elektromagnetisk bølge som kan eksistere i avgrensede plasmaer i nærvær av et magnetfelt. De første helikonene som ble observert var atmosfæriske whistlers , men de eksisterer også i faste ledere eller annet elektromagnetisk plasma. Det elektriske feltet i bølgene er dominert av Hall -effekten , og er nesten i rett vinkel på den elektriske strømmen (snarere enn parallell som det ville vært uten magnetfeltet); slik at forplantningskomponenten i bølgene er korketrekkerformet (spiralformet) - derav begrepet "helikon", myntet av Aigrain.
Helikoner har den spesielle evnen til å forplante seg gjennom rene metaller, gitt forhold med lav temperatur og høye magnetfelt. De fleste elektromagnetiske bølger i en normal leder er ikke i stand til å gjøre dette, siden metallers høye ledningsevne (på grunn av deres frie elektroner) virker for å skjerme ut det elektromagnetiske feltet. Faktisk vil en elektromagnetisk bølge normalt oppleve en veldig tynn huddybde i et metall: de elektriske eller magnetiske feltene reflekteres raskt når de prøver å komme inn i metallet. (Derfor glans av metaller.) Huddybden er imidlertid avhengig av invers proporsjonalitet med kvadratroten av vinkelfrekvensen . Dermed kan en lavfrekvent elektromagnetisk bølge være i stand til å overvinne huddybdeproblemet og derved forplante seg gjennom materialet.
En egenskap ved helikonbølgene (lett demonstrert ved en rudimentær beregning, kun ved bruk av Hall -effektbetingelsene og et resistivitetsuttrykk) er at på steder der prøveoverflaten går parallelt med magnetfeltet, inneholder en av modusene elektriske strømmer som “går til uendelig "i grensen for perfekt ledningsevne; slik at Joule-oppvarmingstapet i slike overflateområder har en ikke-nullgrense. Overflatemodus er spesielt utbredt i sylindriske prøver parallelt med magnetfeltet, en konfigurasjon som en eksakt løsning for har blitt funnet for ligningene, og som figurerer viktigere i påfølgende forsøk.
Den praktiske betydningen av overflatemodusen og dens ultrahøye strømtetthet ble ikke gjenkjent i originalpapirene, men ble fremtredende noen år senere da Boswell oppdaget den overlegne plasma-genereringsevnen til helikoner-og oppnådde plasmatettheter 10 ganger høyere enn det som var oppnådd med tidligere metoder, uten et magnetfelt.
Siden den gang har helikoner funnet bruk i en rekke vitenskapelige og industrielle applikasjoner-uansett hvor det var nødvendig med høy effektiv plasmagenerering, som i atomfusjonsreaktorer og i romfremdrift (hvor Helicon dobbeltlags-thruster og Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket begge gjør bruk av helikoner i plasmaoppvarmingsfasen). Helikoner brukes også i prosedyren for plasmaetsing , brukt ved fremstilling av datamaskinmikrokretser.
En helikonutladning er en eksitasjon av plasma av helikonbølger indusert gjennom oppvarming av radiofrekvenser . Forskjellen mellom en helikonplasmakilde og et induktivt koblet plasma (ICP) er tilstedeværelsen av et magnetfelt rettet langs aksen til antennen. Tilstedeværelsen av dette magnetfeltet skaper en helikon -driftsmodus med høyere ioniseringseffektivitet og større elektrontetthet enn en typisk ICP. Australian National University, i Canberra, Australia, forsker for tiden på applikasjoner for denne teknologien. En kommersielt utviklet magnetoplasmadynamisk motor kalt VASIMR bruker også helikonutladning for generering av plasma i motoren. Potensielt er Helicon Double Layer Thruster plasmabaserte raketter egnet for interplanetariske reiser.