Das Problem bei der Verwendung von Magnetfeldern zur Eindämmung von Plasma besteht darin, dass sich die geladenen Teilchen im rechten Winkel zu dem angelegten Feld bewegen. Dies macht es außerordentlich schwierig, sie einzudämmen. Tokamak-Reaktoren schaffen dies, indem sie das Plasma in einer Schleife halten, sodass die Teilchen, wenn sie sich rechtwinklig zum Feld bewegen, einfach um die Schleife herumgehen, aber selbst so können aktuelle Tokamaks das Plasma nicht lange halten.

Ich kann mir keine Möglichkeit vorstellen, ein Plasma in etwas einzuschränken, das einer (Lichtschwert?) Klinge ähnelt, und um ehrlich zu sein, wenn Sie so viel Kraft zur Verfügung hätten, wäre es besser, es in einer Projektilwaffe zu verwenden. Projektile sind oft nicht so sexy wie Plasmawaffen, aber sie sind eine äußerst effiziente Möglichkeit, Energie auf das Ziel zu übertragen.

Sie sprechen hier von einer "Plasmaklinge". Möglicherweise etwas, das Sie außerhalb eines unter Druck stehenden Vakuumbehälters sehen könnten.

Vielleicht kennen Sie "Plasmafackeln": normalerweise induktiv gekoppelte Plasmen ( http://en.wikipedia.org/wiki/Inductively_coupled_plasma ). Das sind Motoren, die das Plasma aufheizen, bis die Gastemperatur zusammen mit der Elektronentemperatur auf mehrere tausend °K ansteigt. Während das Gas ionisiert (Plasma erzeugt) und erhitzt wird, verwenden diese Maschinen einen starken kontinuierlichen Gasstrom, um zu verhindern, dass der Motor selbst brennt. Die Stromversorgung erfolgt über Spulen, die um die Düse herum angeordnet sind, durch Mikrowellen. Diese Art von Motor wird aufgrund seiner sehr hohen Temperatur und skalierbaren Wärmeleistung verwendet, um dicke (mehrere Zentimeter) Platten aus jedem Metall zu schneiden. Es verbraucht jedoch leicht Megawatt, wenn es läuft.

Warum es auf Ihre Frage zurückkommt, ist, dass eine solche Art von Plasma sehr kurzlebig ist, einige Zehntel Zentimeter nach seiner Entstehung verschwindet das Plasma (Elektronen rekombinieren schnell mit Ionen) und hinterlässt nur Wärme im Gas. Was diesem Plasma das Aussehen einer Klinge verleiht, genau wie die scharfe blaue Flamme eines Gasbrenners.

Nun, die Frage der Erzeugung eines Plasmas, das von einem Magnetfeld eingefangen wird, hängt immer von den mittleren freien Pfaden der Teilchen und der Fähigkeit des Felds ab, sogar Teilchen zu enthalten, die dazu neigen würden, dem Feld durch mehrfache Kollisionen zu entkommen. Vereinfacht gesagt bewegt sich ein geladenes Teilchen kreisförmig um die magnetischen Flusslinien. Seine Bewegung parallel zu den Linien wird nur durch eine Erhöhung des Magnetfeldwertes beeinflusst, da dies zu einer Annäherung der magnetischen Flusslinien führen würde. Dabei wird das Teilchen reflektiert. Diese Konfiguration findet in der Magnetosphäre statt, dem Plasma um die Erde, das im Erdmagnetfeld eingeschlossen ist, genau im Van-Allen-Strahlungsgürtel ( http://en.wikipedia.org/wiki/Van_Allen_radiation_belt). Dies ist auch das Prinzip früher Schemata magnetischer Fallen, genannt „Magnetspiegel“ (Wikipedia: Magnetspiegel).

Diese Näherung funktioniert gut für sehr verdünnte Plasmen bei sehr niedrigen Gasdrücken. In der Tat, wenn der Druck ansteigt, erfahren die Teilchen bei ihrer Bewegung um die magnetischen Flusslinien immer mehr Kollisionen, und jede Kollision lässt sie von einem „Kreis“ zum anderen „springen“, was dazu führt, dass sie senkrecht zum Magnetfeld diffundieren, a Sache, die ohne Kollisionen aufgrund der einschränkenden Eigenschaft des Magnetfelds unmöglich war. Dennoch wird diese Eigenschaft des Magnetfeldes in Tokamaks genutzt, um nach kontrollierter Fusion zu suchen, UND in Magnetron-Sputterreaktoren, wo die Elektronen zwar nicht vollständig eingeschlossen sind, ihre Dichte im Einschlussbereich aber immer noch um Größenordnungen höher ist als außerhalb Region.

Um eine möglicherweise endgültige Antwort zu geben, verringern Sie im Grunde, wenn Sie den Druck erhöhen, die mittlere freie Weglänge der Atome im Gas (weniger als 100 nm in Luft bei atmosphärischem Druck) und auch die mittlere elektronenneutrale unelastische freie Weglänge (abhängig von die Elektronenenergie, typischerweise einige Mikrometer), die die charakteristischen Parameter des Plasmas sind. Dadurch wird Ihr Plasma sehr klein – daher die Größe der Funken in einem elektrischen Feuerzeug. Nun besteht das Problem darin, dass Partikel, wenn sie von einem Magnetfeld eingeschlossen werden, in einem charakteristischen Radius kreisen, der gleich dem Gyroradius (Wikipedia: Gyroradius) dieses Paares Magnetfeld/Partikel ist. Wenn Sie keine enorm hohen Magnetfelder oder unmöglich kleine Geschwindigkeiten haben (nicht unser Fall, da Elektronen Geschwindigkeit benötigen, um ein Plasma zu zünden, oder sie schnell rekombinieren), wird dieser Gyroradius viel mehr als Mikrometer betragen.

Beachten Sie, dass diese schnelle Rekombination bei den heutigen Anwendungen von Plasmen nicht immer der Fall ist: daher der Atmospheric Pressure Plasma Jet, der kein "Plasmabrenner" ist, da es sich um ein Zweitemperatur-, Nichtgleichgewichtsplasma mit kalter Gastemperatur handelt . Dieses Plasma verbraucht viel weniger Energie als Plasmabrenner und hat eine nachgewiesene Plasmalebensdauer, die hoch genug ist, um "Bälle" aus Plasma zu beobachten, die zusammen mit dem Gasstrom driften (einfacher mechanischer Fluss), bis zu einigen Zehntel Zentimetern (habe keine Verbindung zum vorliegenden Artikel). Diese "Bälle" aus Plasma sind meistens reich an Radikalen, dh Spezies, die durch das Plasma erzeugt werden, die im neutralen Gas "nicht existieren sollten", weil sie eine sehr kurze Lebensdauer haben. Diese Radikale spielen eine Schlüsselrolle in der Plasmachemie, weshalb wir solche „kalten Plasmastrahlen“ verwenden:

Ok, ich höre hier mit der Rede auf, nur damit Sie wissen, nein, es gibt keine "Plasmaklinge bei atmosphärischem Druck, die durch Magnetfelder effizient eingeschlossen würde", aber dass es viele andere Arten von Plasma gibt, die dies tun würden nähern Sie sich auf verschiedene Weise dem "coolen" Objekt, das Sie wahrscheinlich im Sinn hatten :-)