Plasma railgun - Plasma railgun

En plasma Railgun er en lineær accelerator, der som et projektil Railgun , anvender to lange parallelle elektroder til at aktivere et "glidende short" anker. I en plasmaskinnegevær består ankeret og det udstødte projektil imidlertid af plasma eller varme, ioniserede, gaslignende partikler i stedet for en fast snegl af materiale. Videnskabelige plasmaskinnepistoler drives typisk i vakuum og ikke ved lufttryk. De er af værdi, fordi de producerer snudehastigheder på op til flere hundrede kilometer i sekundet. På grund af dette, disse enheder har anvendelser i magnetisk indeslutning fusion (MCF), magneto-inertial fusion (MIF), høj energitæthed fysik forskning (HEDP), laboratorie astrofysik , og som en plasma fremdrivningsmotor til rumfartøjer.

Teori

Plasmaskinnepistoler optræder i to hovedtopologier, lineære og koaksiale. Lineære skinnegeværer består af to flade pladeelektroder adskilt af isolerende afstandsstykker og fremskynder arkarmaturer. Koaksiale jernbanepistoler fremskynder toroidale plasmaarmaturer ved hjælp af en hul ydre leder og en central, koncentrisk, indre leder.

Lineære plasmaskinnepistoler stiller ekstreme krav til deres isolatorer, da de skal være en elektrisk isolerende, plasma-vendt vakuumkomponent, der kan modstå både termiske og akustiske stød . Derudover kan der forekomme en kompleks tredobbelt fugetætning ved hulstykket i boringen, hvilket ofte kan udgøre en ekstrem teknisk udfordring. Koaksialacceleratorer kræver kun isolatorer ved sædebøjlen, men plasmaankeret er i så fald udsat for "blow-by" ustabilitet. Dette er en ustabilitet, hvor den magnetiske trykfront kan udløbe eller "blæse" plasmaankeret på grund af den radiale afhængighed af accelerationsstrømstætheden, hvilket drastisk reducerer enhedens effektivitet. Koaksiale acceleratorer bruger forskellige teknikker til at afbøde denne ustabilitet. I begge designs er der dannet en plasma -anker ved sædebroen. Da plasmaskinnegeværer er et åbent forskningsområde, varierer metoden til ankerdannelse. Imidlertid er teknikker, herunder eksploderende folier, gascelle burst -skiveinjektion, neutral gasindsprøjtning via hurtig gasventil og plasma kapillær injektion blevet anvendt.

Efter ankerdannelse accelereres plasmoiden derefter ned ad skinnegeværet af en strømpuls drevet gennem den ene elektrode, gennem ankeret og ud af den anden elektrode, hvilket skaber et stort magnetfelt bag ankeret. Da driverstrømmen gennem ankeret også bevæger sig igennem og normalt til et selvgenereret magnetfelt, oplever ankerpartiklerne en Lorentz-kraft , hvilket accelererer dem ned i pistolens længde. Acceleratorelektrodegeometri og materialer er også åbne forskningsområder.

Ansøgninger

Plasmaskinnepistoler er i stand til at producere kontrollerede stråler med givne tætheder og hastigheder, der spænder fra mindst spidstætheder 1e13 til 1e16 partikler/m^3 med hastigheder fra 5 til 200 km/s afhængigt af konfiguration af enhedens design og driftsparametre. Plasmaskinnepistoler evalueres til applikationer inden for magnetisk indeslutningsfusion til afbrydelse af afbrydelse og tankning af tokamak.

Magneto-inertiel fusion søger at implodere et magnetiseret DT-fusionsmål ved hjælp af en sfærisk-symmetrisk, kollapsende, ledende foring. Plasmaskinnegeværer evalueres som en mulig metode til implosion lineær dannelse til fusion.

Arrays af plasmaskinnegeværer kunne bruges til at skabe pulserende implosioner på ~ 1 Megabar maks. Tryk, hvilket giver mere adgang til at kortlægge dette åbningsområde for plasmafysik.

Højhastighedsstråler med kontrollerbar densitet og temperatur tillader astrofysiske fænomener som solvind, galaktiske stråler, solhændelser og astrofysisk plasma at blive simuleret delvist i laboratoriet og målt direkte ud over astronomiske og satellitobservationer.

Se også

Referencer