Q-maskin - Q-machine
En Q-maskin er en enhet som brukes i eksperimentell plasmafysikk . Navnet Q-maskin stammer fra den opprinnelige intensjonen om å skape et rolig plasma som er fritt for svingningene som er tilstede i plasmaer opprettet i elektriske utladninger. Q-maskinen ble først beskrevet i en publikasjon av Rynn og D'Angelo.
Q-maskinens plasma dannes ved en plate som er oppvarmet til ca 2000 K og derfor kalles kokeplaten. Elektroner sendes ut av varmeplaten gjennom termionisk utslipp, og ioner opprettes gjennom kontaktionisering av atomer av alkalimetaller som har lave ioniseringspotensialer. Varmeplaten er laget av et metall som har en stor arbeidsfunksjon og tåler høye temperaturer, f.eks. Wolfram eller rhenium. Alkalimetallet kokes i en ovn som er designet for å lede en stråle av alkalisk metalldamp på kokeplaten. En høy verdi av kokeplatens arbeidsfunksjon og et lavt ioniseringspotensial for metallet gir en lav potensial barriere for et elektron i det alkaliske metallet å overvinne, og gjør ioniseringsprosessen mer effektiv. Noen ganger brukes barium i stedet for et alkalisk metall på grunn av dets utmerkede spektroskopiske egenskaper. Den fraksjonelle ioniseringen av et Q-maskinplasma kan nærme seg enhet, som kan være størrelsesordener større enn det som er forutsagt av Saha-ioniseringsligningen .
Temperaturen på Q-maskinens plasma er nær temperaturen på kokeplaten, og ion- og elektrontemperaturene er like. Selv om denne temperaturen (ca. 2000 K) er høy sammenlignet med romtemperatur, er den mye lavere enn elektrontemperaturer som vanligvis finnes i utladningsplasma. Den lave temperaturen gjør det mulig å lage en plasmakolonne som er flere ionegyroer over. Siden alkalimetallene er faste stoffer ved romtemperatur, vil de feste seg til maskinens vegger ved støt, og derfor kan nøytraltrykket holdes så lavt at plasmaet for alle praktiske formål er fullstendig ionisert.
Plasmaforskning som er utført ved bruk av Q-maskiner inkluderer strømdrevne ionesyklotronbølger, Kelvin-Helmholtz-bølger og elektronfaseplasshull.
I dag finnes Q-maskiner ved West Virginia University og ved University of Iowa i USA, ved Tohoku University i Sendai i Japan, og ved University of Innsbruck i Østerrike.