Canhão elétrico de plasma - Plasma railgun

Um railgun de plasma é um acelerador linear que, como um railgun de projétil , usa dois longos eletrodos paralelos para acelerar uma armadura "curta deslizante". No entanto, em um canhão de plasma, a armadura e o projétil ejetado consistem em plasma , ou partículas quentes, ionizadas e semelhantes a gás, em vez de um pedaço sólido de material. As armas ferroviárias de plasma da Scientific são normalmente operadas no vácuo e não na pressão de ar. Eles são valiosos porque produzem velocidades de focinho de até várias centenas de quilômetros por segundo. Por causa disso, esses dispositivos têm aplicações em fusão por confinamento magnético (MCF), fusão magneto-inercial (MIF), pesquisa em física de alta densidade de energia (HEDP), astrofísica de laboratório e como motor de propulsão de plasma para espaçonaves.

Teoria

Os canhões de plasma aparecem em duas topologias principais, linear e coaxial. As armas lineares consistem em dois eletrodos de placa plana separados por espaçadores de isolamento e armaduras de folha acelerada. Railguns coaxiais aceleram armaduras de plasma toroidal usando um condutor externo oco e um condutor interno central concêntrico.

As pistolas de plasma lineares colocam demandas extremas em seus isoladores, já que devem ser um componente de vácuo com revestimento de plasma eletricamente isolante que pode resistir a choques térmicos e acústicos . Além disso, uma vedação de junta tripla complexa pode existir na culatra do furo, o que muitas vezes pode representar um desafio extremo de engenharia. Os aceleradores coaxiais requerem isoladores apenas na culatra, mas a armadura de plasma, nesse caso, está sujeita à instabilidade "blow-by". Esta é uma instabilidade na qual a frente de pressão magnética pode ultrapassar ou "estourar" a armadura de plasma devido à dependência radial da densidade de corrente de aceleração, reduzindo drasticamente a eficiência do dispositivo. Os aceleradores coaxiais usam várias técnicas para mitigar essa instabilidade. Em qualquer projeto, uma armadura de plasma é formada na culatra. Como as armas de plasma são uma área aberta de pesquisa, o método de formação de armadura varia. No entanto, técnicas incluindo folhas de explosão, injeção de disco de estouro de célula de gás, injeção de gás neutro via válvula de gás rápida e injeção capilar de plasma têm sido empregadas.

Após a formação da armadura, o plasmóide é então acelerado ao longo do comprimento do canhão por um pulso de corrente conduzido através de um eletrodo, através da armadura e para fora do outro eletrodo, criando um grande campo magnético atrás da armadura. Uma vez que a corrente motriz através da armadura também está se movendo através de um campo magnético autogerado, as partículas da armadura sofrem uma força de Lorentz , acelerando-as ao longo do comprimento da arma. A geometria e os materiais do eletrodo do acelerador também são áreas abertas de pesquisa.

Formulários

Canhões de plasma são capazes de produzir jatos controlados de determinadas densidades e velocidades que variam de pelo menos densidades de pico 1e13 a 1e16 partículas / m ^ 3 com velocidades de 5 a 200 km / s dependendo da configuração do projeto do dispositivo e dos parâmetros operacionais. Pistolas de plasma ferroviárias estão sendo avaliadas para aplicações em fusão de confinamento magnético para mitigação de interrupção e reabastecimento de tokamak.

A fusão magneto-inercial visa implodir um alvo de fusão DT magnetizado usando um revestimento condutor esfericamente simétrico em colapso. Os canhões de plasma estão sendo avaliados como um possível método de formação linear de implosão para fusão.

Matrizes de canhões de plasma poderiam ser usados ​​para criar implosões pulsadas de pressão de pico de ~ 1 Megabar, permitindo mais acesso para mapear essa área de abertura da física do plasma.

Jatos de alta velocidade de densidade e temperatura controláveis ​​permitem que fenômenos astrofísicos como o vento solar, jatos galácticos, eventos solares e plasma astrofísico sejam parcialmente simulados em laboratório e medidos diretamente, além de observações astronômicas e de satélite.

Veja também

Referências