Οι ακτίνες πλάσματος θα μπορούσαν να ψύχουν αντικείμενα αστραπιαία

Ο αέρας της γης είναι συχνά ένα αξιοπρεπές, βολικό ψυκτικό υγρό για τα ηλεκτρονικά συστήματα των στρατιωτικών αεροπλάνων, ενώ τα νερά των ωκεανών λειτουργούν παρόμοια για τα ναυτικά πλοία. Αλλά καμία πηγή δεν είναι ακριβώς διαθέσιμη όσο πιο μακριά από την επιφάνεια του πλανήτη – ας πούμε, η ανώτερη ατμόσφαιρα και το διάστημα, για παράδειγμα. Εκεί, είναι πολύ πιο δύσκολο να διατηρηθούν τα ηλεκτρονικά σε ασφαλείς θερμοκρασίες, δεδομένου ότι το ψυκτικό υγρό είναι βαρύ και καταλαμβάνει πολύτιμα ακίνητα επί του σκάφους. Σύμφωνα με νέα ευρήματα που δημοσιεύθηκαν πρόσφατα στο


ACS Nano


ένα πιθανό βοήθημα θα μπορούσε να βρεθεί μέσω της αξιοποίησης του πλάσματος—ειρωνικά, η ίδια ύλη που συνθέτει αστέρια και κεραυνούς.

Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Βιρτζίνια

Πειράματα και Προσομοιώσεις στο Εργαστήριο Θερμικής Μηχανικής (ExSITE).

ανακάλυψαν έναν εξαιρετικά πολλά υποσχόμενο, μέχρι τώρα απραγματοποίητο τρόπο για να ψύχονται γρήγορα οι επιφάνειες: οι ακτίνες «παγώματος» πλάσματος.

[Related: Will future planes fly on wings of plasma?]

Η χρήση πλάσματος σε χαμηλότερες θερμοκρασίες μπορεί να φαίνεται αντιφατική—εξάλλου, το πλάσμα μπορεί εύκολα να θερμανθεί

45.000 βαθμοί Φαρενάιτ

και υψηλότερα—αλλά σύμφωνα με τον μηχανολόγο και μηχανικό αεροδιαστημικής Πάτρικ Χόπκινς, η λήψη ενός εστιασμένου πίδακα της τέταρτης κατάστασης της ύλης μπορεί να προσφέρει μερικά απίστευτα ενδιαφέροντα θερμοδυναμικά αποτελέσματα.

«Αυτό στο οποίο ειδικεύομαι είναι να κάνω πραγματικά, πολύ γρήγορα και πολύ, πολύ μικρές μετρήσεις θερμοκρασίας», Χόπκινς

εξήγησε πρόσφατα

. «Έτσι, όταν ενεργοποιούσαμε το πλάσμα, μπορούσαμε να μετρήσουμε τη θερμοκρασία αμέσως στο σημείο που χτύπησε το πλάσμα και μετά θα μπορούσαμε να δούμε πώς άλλαξε η επιφάνεια».

Στα πειράματά τους, η ομάδα του Hopkin εκτόξευσε έναν μωβ πίδακα πλάσματος που παράγεται από ήλιο μέσω μιας λεπτής βελόνας επικαλυμμένης με κεραμικό σε έναν επιχρυσωμένο στόχο. Στη συνέχεια μέτρησαν τα αποτελέσματα στην επιφάνεια του στόχου χρησιμοποιώντας εξειδικευμένα, προσαρμοσμένα μικροσκοπικά όργανα, μόνο για να καταγράψουν μερικά απίστευτα αποτελέσματα.

«Είδαμε την επιφάνεια να κρυώνει πρώτα και μετά θα ζεσταθεί», είπε ο Χόπκινς.

Μετά από επανειλημμένες δοκιμές και παρατηρήσεις του φαινομένου, η ομάδα διαπίστωσε ότι η δέσμη πλάσματος πρέπει πρώτα να χτυπήσει ένα μικρο-λεπτό στρώμα μορίων άνθρακα και νερού, το οποίο εξατμίζει γρήγορα την επίστρωση, όπως ακριβώς συμβαίνει όταν στεγνώνετε στον αέρα αφού βγείτε από μια πισίνα. το καλοκαίρι. Ή, πιο απλά, ο Χόπκινς κάνει τα υλικά να ιδρώνουν.

«Η εξάτμιση των μορίων του νερού στο σώμα απαιτεί ενέργεια. παίρνει ενέργεια από [the] σώμα, και γι’ αυτό νιώθεις κρύο», είπε ο Χόπκινς. «Σε αυτή την περίπτωση, το πλάσμα αφαιρεί το απορροφημένο [molecules]η ενέργεια απελευθερώνεται και αυτό είναι που δροσίζει».

Οι ερευνητές μέτρησαν μια μείωση της θερμοκρασίας όσο μερικούς βαθμούς για λίγα μικροδευτερόλεπτα—ίσως μη εντυπωσιακή σε ανθρώπινη κλίμακα, αλλά μια τέτοια διαφορά θα μπορούσε να είναι εξαιρετικά χρήσιμη σε ευαίσθητα, εξαιρετικά προηγμένα ηλεκτρονικά και όργανα. Στο μέλλον, η ομάδα του Hopkins πειραματίζεται τόσο με διάφορα αέρια πλάσματος, όσο και με την επίδρασή τους σε διαφορετικά υλικά όπως ο χαλκός και οι ημιαγωγοί. Τελικά, οι ερευνητές οραματίζονται μια εποχή κατά την οποία τα ρομποτικά προσαρτήματα βραχιόνων μπορούν να εντοπίσουν τα hotspots στις συσκευές για ψύξη μέσω μικροσκοπικών λήψεων πλάσματος από ένα ηλεκτρόδιο.

«Αυτός ο πίδακας πλάσματος είναι σαν μια ακτίνα λέιζερ. είναι σαν κεραυνός», είπε ο Χόπκινς. «Μπορεί να είναι εξαιρετικά εντοπισμένο».