Plasmaskinnepistol - Plasma railgun

En plasmastrålevåpen er en lineær akselerator som i likhet med et prosjektil strålevåpen , benytter seg av to lange parallelle elektroder for å akselerere en "glide kort" armatur. I en plasmaskinnepistol består imidlertid ankeret og det utkastede prosjektilet av plasma , eller varme, ioniserte, gasslignende partikler, i stedet for et solid materiale. Vitenskapelige plasmaskinnepistoler drives vanligvis i vakuum og ikke ved lufttrykk. De er av verdi fordi de produserer snutehastigheter på opptil flere hundre kilometer i sekundet. På grunn av dette, disse enhetene har anvendelser i magnetiske oppdemningsapparat fusjon (MCF), magneto-treghets fusjon (MIF), høy energitetthet fysikk forskning (HEDP), laboratorieastro , og som et plasma fremdriftsmotor for romskip.

Teori

Plasmaskinnepistoler vises i to hovedtopologier, lineære og koaksiale. Lineære jernbanepistoler består av to flatplateelektroder som er atskilt med isolerende avstandsstykker og akselererer arkarmaturer. Koaksiale jernbanepistoler akselererer toroidale plasmaarmaturer ved hjelp av en hul ytre leder og en sentral, konsentrisk, indre leder.

Lineære plasmaskinnepistoler stiller ekstreme krav til isolatorene, ettersom de må være en elektrisk isolerende, plasma-vendt vakuumkomponent som tåler både termiske og akustiske støt . I tillegg kan det eksistere en kompleks trippel fugetetning ved setebornet, som ofte kan utgjøre en ekstrem ingeniørutfordring. Koaksiale akseleratorer krever isolatorer bare ved seteleddet, men plasmaarmaturen er i så fall utsatt for "blow-by" ustabilitet. Dette er en ustabilitet der den magnetiske trykkfronten kan løpe ut eller "blåse" av plasma-armaturen på grunn av den radiale avhengigheten av akselerasjonstrømtettheten, noe som drastisk reduserer enhetens effektivitet. Koaksiale akseleratorer bruker forskjellige teknikker for å dempe denne ustabiliteten. I begge designene dannes en plasma -armatur ved seteleddet. Siden plasmaskinner er et åpent forskningsområde, varierer metoden for ankerdannelse. Imidlertid har teknikker inkludert eksploderende folier, gasscelle burst -injeksjon, nøytral gassinjeksjon via rask gassventil og plasma kapillær injeksjon blitt brukt.

Etter ankerdannelse akselereres plasmoiden deretter nedover jernbanepistolen av en strømpuls drevet gjennom den ene elektroden, gjennom ankeret og ut den andre elektroden, og skaper et stort magnetfelt bak ankeret. Siden driverstrømmen gjennom ankeret også beveger seg gjennom og normalt til et selvgenerert magnetfelt, opplever ankerpartiklene en Lorentz-kraft , noe som akselererer dem nedover pistolens lengde. Akseleratorelektrodegeometri og materialer er også åpne forskningsområder.

applikasjoner

Plasmaskinnepistoler er i stand til å produsere kontrollerte stråler med gitte tettheter og hastigheter som spenner fra minst topptettheter 1e13 til 1e16 partikler/m^3 med hastigheter fra 5 til 200 km/s avhengig av konfigurasjon av enheten og driftsparametere. Plasmaskinnepistoler blir evaluert for applikasjoner i magnetisk inneslutningsfusjon for avbøtningsreduksjon og tokamak -tanking.

Magneto-inertial fusjon søker å implodere et magnetisert DT-fusjonsmål ved bruk av en sfærisk-symmetrisk, kollapsende, ledende foring. Plasmaskinnevåpen blir evaluert som en mulig metode for implosjon lineær dannelse for fusjon.

Arrays med plasmaskinnevåpen kan brukes til å lage pulserende implosjoner på ~ 1 Megabar topptrykk, slik at du får mer tilgang til å kartlegge dette åpningsområdet for plasmafysikk.

Høyhastighetsstråler med kontrollerbar tetthet og temperatur gjør at astrofysiske fenomener som solvind, galaktiske stråler, solhendelser og astrofysisk plasma kan simuleres delvis i laboratoriet og måles direkte, i tillegg til astronomiske og satellittobservasjoner.

Se også

Referanser