Ventana de plasma

La ventana de plasma (que no debe confundirse con un escudo de plasma ^{[ 1 ]} ) es una tecnología que llena un volumen de espacio con plasma confinado por un campo magnético . Con la tecnología actual , este volumen es bastante pequeño y el plasma se genera como un plano dentro de un espacio cilíndrico .

El plasma es cualquier gas cuyos átomos o moléculas se han ionizado , y constituye una fase distinta de la materia. Esto se logra generalmente calentando el gas a temperaturas extremadamente altas, aunque existen otros métodos. El plasma se vuelve cada vez más viscoso a temperaturas elevadas, hasta el punto de que otras sustancias tienen dificultades para atravesarlo.

La viscosidad de una ventana de plasma le permite separar gas a presión atmosférica estándar de un vacío total , y según se informa, puede soportar una diferencia de presión de hasta nueve atmósferas . ^{[ 2 ]} Al mismo tiempo, la ventana de plasma permite el paso de radiación como haces láser y haces de electrones . Esta propiedad es la clave de la utilidad de la ventana de plasma: la tecnología de la ventana de plasma permite aplicar radiación que solo puede generarse en el vacío a objetos en una atmósfera. ^{[ 3 ] [ 4 ]} La soldadura por haz de electrones es una aplicación importante de las ventanas de plasma, lo que la hace práctica fuera de un vacío absoluto.

La ventana de plasma fue inventada en el Laboratorio Nacional de Brookhaven ^{[ 5 ]} por Ady Hershcovitch y patentada en 1995. ^{[ 6 ]}

Otros inventos que utilizan este principio incluyen la válvula de plasma en 1996. ^{[ 7 ]}

En 2014, un grupo de estudiantes de la Universidad de Leicester publicó un estudio que describía el funcionamiento de los escudos deflectores de plasma de las naves espaciales. ^{[ 8 ]}

En 2015, Boeing obtuvo una patente para un sistema de campo de fuerza diseñado para proteger contra las ondas de choque generadas por explosiones. No está diseñado para proteger contra proyectiles, radiación o armas de energía como los láseres. Supuestamente, el campo funciona mediante una combinación de láseres, electricidad y microondas para calentar rápidamente el aire, creando un campo de plasma de aire (ionizado) sobrecalentado que interrumpe, o al menos atenúa, la onda de choque. Hasta marzo de 2016, no se conocía ningún prototipo funcional. ^{[ 9 ] [ 10 ]}

Michio Kaku propone campos de fuerza que constan de tres capas. La primera es una ventana de plasma de alta potencia capaz de vaporizar objetos entrantes, bloquear la radiación y las partículas. La segunda capa consta de miles de haces láser dispuestos en una configuración reticular compacta para vaporizar cualquier objeto que logre atravesar la pantalla de plasma. La tercera capa es una lámina invisible pero estable de un material como nanotubos de carbono o grafeno , de tan solo un átomo de espesor, transparente y, por lo tanto, más resistente que el acero para bloquear posibles fragmentos de objetos destruidos. ^{[ 11 ] [ 12 ]}

Una tecnología relacionada es la válvula de plasma, inventada poco después de la ventana de plasma. Una válvula de plasma es una capa de gas en la carcasa de un acelerador de partículas . El anillo de un acelerador de partículas contiene vacío, y normalmente una fuga de este vacío es desastrosa. Sin embargo, si un acelerador equipado con tecnología de válvula de plasma sufre una fuga, la capa de gas se ioniza en un nanosegundo, creando un sello que impide la recompresión del acelerador. Esto da tiempo a los técnicos para apagar el haz de partículas en el acelerador y recomprimir lentamente el anillo para evitar daños.

Las propiedades físicas de la ventana de plasma varían según la aplicación. La patente inicial citaba temperaturas de alrededor de 15.000 K (14.700 °C; 26.500 °F) .   

La única limitación para el tamaño de la ventana de plasma son las limitaciones energéticas actuales, ya que la generación de la ventana consume alrededor de 20 kilovatios por pulgada (8  kW/cm) en el diámetro de una ventana redonda.

La ventana de plasma emite un brillo intenso, cuyo color depende del gas utilizado.

En la ciencia ficción , como en la serie de televisión Star Trek , se suele utilizar una tecnología ficticia conocida como " campo de fuerza ". En algunos casos, se emplea como una "puerta" externa a los hangares de las naves espaciales para evitar que la atmósfera interna de la nave se escape al espacio exterior . Teóricamente, las ventanas de plasma podrían cumplir esta función si se dispusiera de la energía suficiente para producirlas. La propuesta StarTram contempla el uso periódico, aunque breve, de una ventana MHD de alto consumo energético sobre un tubo de lanzamiento de varios metros de diámetro, para evitar una pérdida excesiva de vacío durante los momentos en que una compuerta mecánica se abre temporalmente antes del paso de una nave espacial hiperveloz. ^{[ 13 ]}

• Rayo tractor

• BNL gana el premio R&D 100 por la 'Ventana de plasma' ^{[ 14 ]}
• Ady Hershcovitch. Tecnología de ventana de plasma para la propagación de haces de partículas y radiación desde el vacío a la atmósfera ^{[ 15 ]}

• Ady Hershcovitch (1995). Arcos de alta presión como interfaz vacío-atmósfera y lente de plasma para máquinas de soldadura por haz de electrones sin vacío , fusión por haz de electrones y modificación de materiales iónicos sin vacío, Journal of Applied Physics , 78(9): 5283–5288

• Artículo oficial de Ady Hershcovitch , inventor de la ventana de plasma.
• El laboratorio de Brookhaven gana el premio R&D 100 por la "Ventana de plasma".
• Laboratorio Nacional de Brookhaven : donde se inventó la ventana de plasma.
• Novedades sobre la ventana de plasma
• Patente de ventana de plasma
• Patente de válvula de plasma