Команда ученые под руководством профессора Университета Вирджинии Патрика Хопкинса разрабатывают плазменный «замораживающий луч», который будет менее интересен суперзлодеям, чем инженерам, ищущим способы охлаждения электроники в космическом вакууме.
Будь то требование выкупа у города или отсутствие очереди в кафе, замораживающие лучи являются фаворитом в комиксах и фильмах. Они также доставляют инженерам головную боль, потому что не просто нарушают второй закон термодинамики, они суют голову в унитаз.
То есть до сих пор.
Новая разработка В области физики плазмы настолько многообещающе, когда дело доходит до создания практического замораживающего луча, что ВВС США выделили Лаборатории экспериментов и моделирования в теплотехнике Хопкина ExSiTE Lab 750 000 долларов США на трехлетний проект по развитию этой технологии в полном объеме. Компания Laser Thermal, дочерняя компания Хопкинса, занимающаяся UVA, построит прототип.
Обычно идея использования плазмы для охлаждения чего-либо кажется столь же логичной, как использование льда для приготовления барбекю. Плазма — это ионизированные газы, температура которых во много раз превышает температуру Солнца, но она также обладает удивительными способностями.
Одним из них является то, что, несмотря на высокие температуры, когда плазма генерируется впервые, она может взаимодействовать с другими материалами, оказывая охлаждающий эффект. Поток энергии импульсной плазмы взаимодействует с поверхностью мишени физически, химически и электромагнитно, создавая эффект испарения молекул воды и углекислого газа, поглощенных поверхностью. Это отнимает энергию и быстро охлаждает поверхность на десятки градусов. Импульсная плазма не позволяет ей противодействовать охлаждающему эффекту.
Лазерный аппарат, используемый для генерации плазмы, Университет Вирджинии
«Итак, когда мы включили плазму», — сказал Хопкинс. «Мы могли бы сразу измерить температуру в месте попадания плазмы, а затем увидеть, как изменилась поверхность. Мы увидели, как поверхность сначала остыла, а затем нагрелась».
«Мы просто в какой-то степени были озадачены тем, почему это происходило, потому что это продолжалось снова и снова. И у нас не было никакой информации, которую мы могли бы извлечь, потому что ни одна предыдущая литература не могла измерить изменение температуры с той точностью, которая есть у нас. Никто еще не мог сделать это так быстро.»
ВВС и Космические силы США заинтересовались этой технологией из-за проблем с охлаждением электроники в космосе или на очень больших высотах. Обычный способ охлаждения заключается в циркуляции жидкости, такой как вода или воздух, вокруг компонентов, но это невозможно там, где нет воздуха и, конечно же, воды. Вместо этого электроника установлена на металлической охлаждающей пластине, которая отводит тепло к радиаторам.
Поскольку это громоздко и неэффективно, есть надежда, что замораживающий луч Хокинса может стать альтернативой. Основная идея заключалась бы в роботизированной руке с датчиками, которые могли бы обнаруживать горячие точки в схемах и поражать их порывом холода.
Однако предстоит еще много работы. В настоящее время в процессе используется аппаратура, заимствованная у ВМС США, и гелий в качестве плазменной среды. Следующим шагом является создание более компактного и легкого прототипа и исследование других газов, которые могут быть более эффективными.
Исследование было опубликовано в журналах Nature Communications и ACS Nano<. /я>.
