Ingeniører skaber en stabil plasma -ring i det fri

For første gang, ingeniører hos Caltech har skabt en stabil ring af plasma i det fri - i det væsentlige fanget lyn i en flaske, men uden flasken.

Materiale kan eksistere i fire forskellige faser:fast, væske, gas, og plasma. Plasma er lavet af ladede partikler - ioner og elektroner - og forekommer naturligt på Jorden som lyn, i vejrfænomenet kaldet St. Elmos brand (hvor glødende kugler af lys undertiden vises på spidse genstande under storme), og i menneskeskabte genstande såsom fluorescerende pærer og plasmaskærebrænder.

Som regel, plasmaer har ikke klart definerede former. Lyn følger en vej med mindst modstand gennem luften, skaber vildt forgaffelstrukturer, mens menneskeskabte plasmaer er begrænset af vakuumkamre eller elektromagnetiske felter.

Som sådan, Morteza (Mory) Gharib (PhD '83), Hans W. Liepmann professor i luftfart og bioinspireret teknik ved Caltech, siger, at han var overrasket, da han og hans team var i stand til at generere en stabil ring af plasma i det fri ved hjælp af blot en vandstrøm og en krystalplade. Deres resultater vil blive offentliggjort i Procedurer fra National Academy of Sciences ugen den 13. november.

"Vi fik at vide af nogle kolleger, at dette ikke engang var muligt. Men vi kan oprette en stabil ring og vedligeholde den, så længe vi vil, intet vakuum eller magnetfelt eller noget, "siger medforfatter Francisco Pereira fra Marine Technology Research Institute i Italien, en gæsteforsker ved Caltech.

Vandstrømmen er en jetstråle med en diameter på 85 mikron fra en specialdesignet dyse ved 9, 000 pounds per square inch, der rammer krystalpladen med en slaghastighed på omkring 1, 000 fod i sekundet. Til reference, det er en strøm smalere end et menneskehår, der bevæger sig lige så hurtigt som en kugle, der blev affyret fra et pistol.

I deres undersøgelse, Gharib og hans team eksperimenterede med både krystalplader af kvarts og lithiumniobat, som hver især kan fremkalde den triboelektriske effekt - hvor en elektrisk ladning opbygges på grund af friktion med et andet materiale. Når strålen rammer krystallen, vandet skaber en glat, laminær strøm af positivt ladede ioner hen over den negativt ladede overflade. I forskydningsområdet, hvor strømmen rammer overfladen og flyder udad over den, den triboelektriske effekt udløser en høj strøm af elektroner gennem vandet til dens overflade. Denne strøm af elektroner ioniserer atomerne og molekylerne i den omgivende gas nær overfladen af ​​vandet, skabe en doughnut, eller torus, af glødende plasma, der er snesevis af mikrometer i diameter og synligt under et mikroskop.

Gharib og hans team affyrede vandstrålen mod overflader af forskellige teksturer og fandt ud af, at jo glattere overfladen, jo klarere strukturen af ​​plasmaringen er. Ringen er stabil, og så længe vandet fortsætter med at strømme, ringen bevarer sin form og størrelse.

Ud over, ingeniører, der arbejder med plasmaet, bemærkede, at deres mobiltelefoner stødte på høje niveauer af radiofrekvensstøj - statisk - mens de var i samme rum som eksperimentet. Det viser sig, at plasmaringen udsender forskellige radiofrekvenser. "Det er aldrig set før. Vi tror, ​​det er på grund af piezo -egenskaberne af de materialer, vi brugte i vores forsøg, "Pereira siger, henviser til materialernes evne til at blive elektrisk polariseret gennem mekanisk belastning - i dette tilfælde, strømmen af ​​vand.

Gharib har ansøgt om patent på den torusfrembringende teknik. Selvom det ikke har nogen umiddelbare kommercielle applikationer, evnen til at generere en stabil ring af plasma uden kraftige elektromagnetiske felter eller vakuum tyder på mulig brug af plasmastrukturer til lagring af energi, Siger Gharib.

Papiret har titlen "Toroidal plasmoid generation via ekstrem hydrodynamisk forskydning."