Pirmą kartą Kalifornijos technologijų instituto inžinieriams pavyko sukurti stabilų plazmos žiedą atvirame ore – tai tarsi pavyktų uždaryti žaibo išlydį butelyje, kuris neturėtų sienelių.
Medžiaga gali egzistuoti keturiose skirtingose būviuose – kietajame, skystajame, dujiniame arba plazmos. Plazma – tai jonizuotos dujos, sudarytos iš teigiamų ir neigiamų jonų bei laisvųjų elektronų.
Paprastai plazma neturi fiksuotos formos, ir kaip žaibas, sklinda mažiausio pasipriešinimo keliu per orą, arba, jeigu plazma sukuriama žmogaus, ji gali būti apribota vakuuminės kameros sienelių, liuminescencinės lemputės stiklu ar valdoma elektromagnetiniais laukais.
Viena iš didžiausių valdomos lengvųjų branduolių sintezės problema – kaip išlaikyti aukštos temperatūros plazmą fiksuotoje erdvėje, nesusilietusią su reaktoriaus sienelėmis pakankamai ilgą laiką, sprendžiama jau daugelį metų.
Plazmos žiedas, žiūrint iš viršaus. Žiedas yra sukurtas stipria plona vandens srove, nukreipta į kristalinio kvarco plokštę. Iliustr.: Mory Gharib / California Institute of Technology (Caltech)
Tyrėjai nustebo, kad pavyko sukurti stabilų plazmos žiedą atvirame ore, naudojant tik vandens srovę ir kvarco plokštelę.
„Kai kurie kolegos mums teigė, kad neįmanoma sukurti stabilios plazmos ir išlaikyti ją ilgą laiką be vakuuminės kameros ir išorinių magnetinių laukų“, – sako vienas iš tyrimo autorių. „Tačiau mūsų eksperimentai įrodė, kad tai įmanoma, ir pakankamai nesudėtinga“.
Į plokštelę buvo nukreipta stipri labai plona vandens srovė, purškiama iš specialaus, vos 85 mikronų skersmens purkštuko. Ši srovė siauresnė nei žmogus plaukas, tačiau jos greitis – 300 metrų per sekundę – beveik lygus garso greičiui ore, ir, atsimušusi į kietą paviršių, ji sukuria 600 kilogramų į kvadratinį centimetrą slėgį.
Buvo eksperimentuojama su kvarco ir ličio niobato kristalinėmis plokštelėmis – abi šios medžiagos turi triboelektrinį efektą – jos gali generuoti elektros srovę, trinant jas su kita medžiaga.
Vandenyje, tekančiame per plokštelę sukuriamas tolygus teigiamai įkrautų jonų srautas, o pati plokštelė įsielektrina neigiamu krūviu. Toje vietoje, kur vanduo atsimuša į plokštelę, triboelektrinis efektas sukuria didelį elektronų srautą, einantį į vandens paviršių. Šis elektronų srautas jonizuoja aplinkos dujų, esančių prie vandens paviršiaus, molekules, kurios ir sukuria šviečiančią plazmą. Plazmos žiedas yra dešimčių mikronų skersmens ir matomas per mikroskopą.
Mėginant plokšteles su skirtinga paviršiaus tekstūra, pasirodė, kad kuo lygesnis paviršius, tuo stipresnė plazma ir taisyklingesnė jos forma. Plazmos žiedas yra stabilus ir išlaiko savo formą ir dydį tol, kol purškiama vandens srovė.
Be to, pasirodė, kad ši plazma generuoja ir pakankamai stiprias radijo dažnio elektromagnetines bangas – tyrėjai pastebėjo, kad atsirado didelis radijo dažnių triukšmas – greičiausiai tai lėmė medžiagų, naudotų eksperimentuose, pjezoelektrinės savybės.
Šį atradimą planuojama užpatentuoti, tiesa, kol kas neaišku, ar toks plazmos kūrimo būdas galėtų būti pritaikytas praktiškai.
Morteza Gharib el al., „Toroidal plasmoid generation via extreme hydrodynamic shear,“ PNAS (2017). www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1712717114
Daugiau:
Naujoji oro valymo technologija sužavėjo NASA: „prasideda šaltosios plazmos era“
Vokietijoje įjungtas revoliucinis branduolinės sintezės aparatas „Wendelstein 7-X“
JAV įmonė „Tri Alfa Energy“ pranešė apie svarbų pasiekimą kuriant branduolinės sintezės reaktorių
Sukurtas naujo tipo efektyvus nešiojamas elektrokalorinis aušinimo įrenginys
Eksperimentas, kurio metu negyvų dalelių sistema ima elgtis labai keistai