Fucile a binario al plasma - Plasma railgun

Un cannone al plasma è un acceleratore lineare che, come un cannone a proiettile , utilizza due lunghi elettrodi paralleli per accelerare un'armatura "corta scorrevole". Tuttavia, in un cannone a rotaia al plasma, l'armatura e il proiettile espulso sono costituiti da plasma , o particelle calde, ionizzate, simili a gas, invece di una lumaca solida di materiale. I cannoni ferroviari al plasma scientifici vengono generalmente utilizzati nel vuoto e non alla pressione dell'aria. Sono utili perché producono velocità alla volata fino a diverse centinaia di chilometri al secondo. Per questo motivo, questi dispositivi hanno applicazioni nella fusione a confinamento magnetico (MCF), nella fusione magneto-inerziale (MIF), nella ricerca fisica ad alta densità di energia (HEDP), nell'astrofisica di laboratorio e come motore di propulsione al plasma per veicoli spaziali.

Teoria

I cannoni rotanti al plasma appaiono in due topologie principali, lineare e coassiale. I cannoni lineari sono costituiti da due elettrodi a piastra piatta separati da distanziatori isolanti e accelerano le armature in lamiera. I cannoni a rotaia coassiali accelerano le armature toroidali al plasma utilizzando un conduttore esterno cavo e un conduttore interno centrale concentrico.

I cannoni ferroviari al plasma lineari pongono requisiti estremi ai loro isolanti, in quanto devono essere un componente sottovuoto elettricamente isolante rivolto al plasma in grado di resistere a shock termici e acustici . Inoltre, può esistere una complessa tenuta a triplo giunto in corrispondenza della culatta del foro, che spesso può rappresentare una sfida ingegneristica estrema. Gli acceleratori coassiali richiedono isolatori solo alla culatta, ma l'armatura del plasma in quel caso è soggetta all'instabilità "blow-by". Questa è un'instabilità in cui il fronte di pressione magnetica può superare o "soffiare" l'armatura del plasma a causa della dipendenza radiale della densità di corrente di accelerazione, riducendo drasticamente l'efficienza del dispositivo. Gli acceleratori coassiali utilizzano varie tecniche per mitigare questa instabilità. In entrambi i modelli, un'armatura al plasma è formata alla culatta. Poiché i cannoni al plasma sono un'area di ricerca aperta, il metodo di formazione dell'armatura varia. Tuttavia, sono state impiegate tecniche che includono fogli esplosivi, iniezione di dischi a scoppio di celle a gas, iniezione di gas neutro tramite valvola del gas veloce e iniezione capillare di plasma.

Dopo la formazione dell'armatura, il plasmoide viene quindi accelerato lungo la lunghezza del railgun da un impulso di corrente guidato attraverso un elettrodo, attraverso l'armatura e fuori dall'altro elettrodo, creando un grande campo magnetico dietro l'armatura. Poiché anche la corrente di pilotaggio attraverso l'armatura si muove attraverso e normale a un campo magnetico autogenerato, le particelle dell'armatura subiscono una forza di Lorentz , che le accelera lungo la lunghezza della pistola. Anche la geometria e i materiali degli elettrodi dell'acceleratore sono aree di ricerca aperte.

Applicazioni

I cannoni ferroviari al plasma sono in grado di produrre getti controllati di determinate densità e velocità che vanno da almeno densità di picco 1e13 a 1e16 particelle/m^3 con velocità da 5 a 200 km/s dipendenti dalla configurazione del dispositivo e dai parametri operativi. I cannoni ferroviari al plasma sono in fase di valutazione per applicazioni nella fusione a confinamento magnetico per la mitigazione delle interruzioni e il rifornimento di tokamak.

La fusione magneto-inerziale cerca di implodere un bersaglio di fusione DT magnetizzato utilizzando un rivestimento conduttivo a simmetria sferica, collassante. I cannoni al plasma sono in fase di valutazione come possibile metodo di formazione lineare dell'implosione per la fusione.

Array di cannoni ferroviari al plasma potrebbero essere utilizzati per creare implosioni pulsate di una pressione di picco di ~ 1 Megabar, consentendo un maggiore accesso per tracciare questa area di apertura della fisica del plasma.

Getti ad alta velocità di densità e temperatura controllabili consentono di simulare parzialmente in laboratorio e misurare direttamente fenomeni astrofisici come vento solare, getti galattici, eventi solari e plasma astrofisico, oltre alle osservazioni astronomiche e satellitari.

Guarda anche

Riferimenti