Введение

Плазменное окно (не путать с плазменным щитом) – это технология, которая заполняет объём пространства плазмой, удерживаемой магнитным полем. При текущем уровне развития технологий этот объём относительно мал, и плазма генерируется в виде плоской плоскости внутри цилиндрического пространства. Плазма – это любой газ, атомы или молекулы которого были ионизированы, и представляет собой отдельную фазу вещества. Чаще всего это достигается нагревом газа до чрезвычайно высоких температур, хотя существуют и другие способы. С повышением температуры плазма становится всё более вязкой, что затрудняет прохождение через неё других веществ. Вязкость плазменного окна позволяет отделять газ при нормальном атмосферном давлении от полного вакуума, и, по сообщениям, выдерживать разность давлений до девяти атмосфер. При этом плазменное окно пропускает излучение, такое как лазеры и электронные лучи. Это свойство является ключевым для полезности плазменного окна – технология позволяет применять излучение, которое может быть сгенерировано только в вакууме, к объектам, находящимся в атмосфере. Электронно-лучевая сварка (EBW) является одним из основных применений плазменных окон, делая её практичной вне глубокого вакуума.

История

Плазменное окно было изобретено в Брукхейвенской национальной лаборатории Ади Хершковичем и запатентовано в 1995 году. Другие изобретения, использующие этот принцип, включают плазменный клапан, разработанный в 1996 году. В 2014 году группа студентов из Университета Лестера опубликовала исследование, описывающее принцип работы плазменных дефлекторных щитов для космических кораблей. В 2015 году компания Boeing получила патент на систему силового поля, предназначенную для защиты от ударных волн, возникающих при взрывах. Она не предназначена для защиты от снарядов, радиации или энергетического оружия, такого как лазеры. Предполагается, что поле работает за счет комбинации лазеров, электричества и микроволн для быстрого нагрева воздуха, создавая поле (ионизированной) перегретой воздушной плазмы, которое разрушает или, по крайней мере, ослабляет ударную волну. По состоянию на март 2016 года ни одна рабочая модель не была продемонстрирована. Мичио Каку предлагает силовые поля, состоящие из трех слоев. Первый – это высокомощное плазменное окно, способное испарять входящие объекты и блокировать излучение и частицы. Второй слой будет состоять из тысяч лазерных лучей, расположенных в плотной решетчатой структуре, для испарения любых объектов, прошедших через плазменный экран. Третий слой – это невидимый, но стабильный лист материала, например, углеродных нанотрубок или графена, толщиной всего в один атом, что делает его прозрачным, но при этом прочнее стали, для блокировки возможного мусора от разрушенных объектов.

Плазменный клапан

Схожая технология — плазменный клапан, изобретенный вскоре после плазменного окна. Плазменный клапан представляет собой слой газа в оболочке ускорителя частиц. Кольцо ускорителя частиц содержит вакуум, и обычное нарушение этого вакуума катастрофично. Однако, если ускоритель, оснащенный технологией плазменного клапана, теряет вакуум, слой газа ионизируется в течение наносекунды, создавая герметичное уплотнение, которое предотвращает повторное сжатие ускорителя. Это дает техникам время отключить пучок частиц в ускорителе и медленно восстановить вакуум в кольце ускорителя, чтобы избежать повреждений.

Свойства

Физические свойства плазменного окна меняются в зависимости от области применения. В исходном патенте указывались температуры около… Единственным ограничением размера плазменного окна являются текущие ограничения по мощности, так как для его создания требуется около 20 киловатт на дюйм (8 кВт/см) диаметра круглого окна. Плазменное окно излучает яркое свечение, цвет которого зависит от используемого газа.

Сходство с "силовыми полями"

В научной фантастике, например, в телесериале "Звёздный путь", вымышленная технология, известная как "силовое поле", часто используется в качестве устройства. В некоторых случаях она применяется в качестве внешней "двери" к ангарам на космических кораблях, чтобы предотвратить выход внутренней атмосферы корабля в открытый космос. Плазменные окна теоретически могли бы выполнять такую функцию, если бы для их создания было доступно достаточно энергии. В предложении StarTram планируется использовать энергоёмкое МГД-окно над пусковой трубой диаметром в несколько метров периодически, но кратковременно, чтобы предотвратить значительную потерю вакуума в моменты, когда механический затвор временно открывается перед гиперскоростным космическим аппаратом.