Кіріспе

Плазмалық терезе (плазмалық қалқанмен шатастырмау керек) – магнит өрісімен шектелген кеңістікті плазмамен толтыратын технология. Қазіргі технологиялар бойынша бұл көлем өте кішкентай, ал плазма цилиндрлік кеңістіктің ішінде жалпақ жазықтық түрінде пайда болады. Плазма – атомдары немесе молекулалары иондалған кез келген газ, ол материяның жеке фазасы болып табылады. Мұндай күйге көбінесе газды өте жоғары температураға қыздыру арқылы қол жеткізіледі, бірақ басқа да әдістер бар. Плазма температурасы жоғарылаған сайын тұтқырлығы арта түседі, сол деңгейге жетеді, онда басқа заттардың одан өтуі қиын болады. Плазмалық терезелердің тұтқырлығы стандартты атмосфералық қысымда газды толық вакуумнан бөліп тұруға мүмкіндік береді және ол тоғыз атмосфераға дейінгі қысым айырмашылығына төтеп бере алады. Сонымен қатар, плазмалық терезе лазерлер мен электрондық сәулелер сияқты сәулелерді өткізеді. Осы қасиет плазмалық терезелердің тиімділігінің кілті болып табылады – плазмалық терезе технологиясы вакуумда ғана пайда болатын сәулеленуді атмосферадағы объектілерге қолдануға мүмкіндік береді. Электрондық сәулемен дәнекерлеу – плазмалық терезелердің маңызды қолданылу саласы, бұл EBW процесін қатты вакуумсыз жүргізуге мүмкіндік береді.

Тарих

Плазмалық терезені Брукхейвен ұлттық зертханасында Ади Хершкович ойлап тапты және 1995 жылы патент алды. Бұл принципті пайдаланатын басқа да өнертабыстардың ішінде 1996 жылы плазмалық клапан да бар. 2014 жылы Лестер университетінің студенттері ғарыш кемелерінің плазмалық дефлекторлық қалқандарының жұмыс істеуін сипаттаған зерттеуді жариялады. 2015 жылы Боингке жарылыстардан туындаған соққы толқындарынан қорғайтын күш өрісі жүйесіне патент берілді. Ол лазерлер сияқты снарядтардан, радиациядан немесе энергиялық қарулардан қорғауға арналмаған. Бұл өріс лазерлер, электр энергиясы және микротолқындардың үйлесімін пайдаланып, ауаны жылдам қыздырып, (иондалған) аса қызған ауа плазмасын құрайды, ол соққы толқынын бұзады немесе кем дегенде әлсіретеді. 2016 жылдың наурыз айына дейін еңбекке қабілетті үлгілер көрсетілген жоқ. Мичио Каку үш қабаттан тұратын күш өрістерін ұсынады. Бірінші қабат – жоғары қуатты плазмалық терезе, ол кіріп келетін нысандарды буландыра алады, радиацияны және бөлшектерді тоқтатады. Екінші қабат мыңдаған лазерлік сәулелерден тұрады, олар тығыз тор тәрізді құрылымда орналасқан, плазмалық экраннан өтіп кеткен кез келген нысандарды лазерлік сәулелермен буландырады. Үшінші қабат – көміртек нанотүтікшелері немесе графен сияқты материалдан жасалған, көзге көрінбейтін, бірақ тұрақты жамылғы, оның қалыңдығы бір атом ғана, сондықтан мөлдір, бірақ босаңқы нысандардың қалдықтарын тоқтатуға жеткілікті мықты.

Плазмалық клапан

Осыған байланысты технология – плазмалық клапан, ол плазмалық терезеден кейін көп ұзамай ойлап табылды. Плазмалық клапан – бөлшектерді жылдамдатушының қабығындағы газ қабаты. Бөлшектерді жылдамдатушының ішкі кеңістігі вакууммен толтырылған, ал вакуумның бұзылуы әдетте жағдайды қиындатады. Бірақ, плазмалық клапан технологиясымен жабдықталған жылдамдатушыда вакуум бұзылған жағдайда, газ қабаты бір наносекунд ішінде иондалып, жылдамдатушының қайтадан қысылуын болдырмайтын тығыр құрайды. Бұл техникалық қызметкерлерге жылдамдатушыдағы бөлшектер ағынын тоқтатуға және зақымданудың алдын алу үшін жылдамдатушы сақинасын ақырындап қайта қысуға уақыт береді.

Қасиеттері

Плазмалық терезенің физикалық қасиеттері қолданылуына қарай өзгереді. Бастапқы патентте температура шамамен ... деп көрсетілген. Плазмалық терезенің мөлшеріне қатысты жалғыз шектеу – энергияны өндірудегі қазіргі мүмкіндіктер ғана, себебі дөңгелек терезенің диаметріне шамамен 20 киловатт (8 кВт/см) қуат жұмсалады. Плазмалық терезе жарқын сәуле шығарады, ал түсі қолданылған газға байланысты болады.

"Қуат өрістері" секілді

Ғылыми фантастикада, мысалы, "Жұлдыздар жолы" телесериалында, "көлік өрісі" деп аталатын ойдан шығарылған технология жиі қолданылатын құрылғы ретінде бейнеленеді. Кейде ол ғарыш кемесіндегі ангарлардың сыртқы "есігі" ретінде пайдаланылады, кеменің ішкі атмосферасының ғарышқа таралуына жол бермейді. Плазмалық терезелер, егер оларды жасауға жеткілікті энергия болса, теориялық тұрғыдан осындай мақсатта қолданылуы мүмкін. StarTram жобасы бірнеше метрлік диаметрлі ұшыру түтігінің үстінен MHD терезесін уақыт-уақыт, бірақ қысқа мерзімге пайдалануды көздейді, бұл гипер жылдамдықпен ұшатын ғарыш кемесі алдында механикалық жалюзи уақытша ашылғанда вакуумның артық жоғалуын болдырмау үшін жасалады.