En electromagnetismo , un helicón es una onda electromagnética de baja frecuencia que puede existir en plasmas acotados en presencia de un campo magnético . Los primeros helicones observados fueron los silbadores atmosféricos , [1] [2] pero también existen en conductores sólidos [3] [4] o cualquier otro plasma electromagnético. El campo eléctrico en las ondas está dominado por el efecto Hall , y está casi en ángulo recto con la corriente eléctrica (en lugar de paralelo como sería sin el campo magnético); de modo que el componente de propagación de las ondas tiene forma de sacacorchos ( helicoidal ), de ahí el término "helicón", acuñado por Aigrain . [5]
Los helicones tienen la capacidad especial de propagarse a través de metales puros , dadas las condiciones de baja temperatura y altos campos magnéticos. La mayoría de las ondas electromagnéticas en un conductor normal no pueden hacer esto, ya que la alta conductividad de los metales (debido a sus electrones libres ) actúa para filtrar el campo electromagnético. De hecho, normalmente una onda electromagnética experimentaría una profundidad de piel muy delgada en un metal: los campos eléctricos o magnéticos se reflejan rápidamente al intentar ingresar al metal. (De ahí el brillo de los metales). Sin embargo, la profundidad de piel depende de una proporcionalidad inversa a la raíz cuadrada de la frecuencia angular . Por lo tanto, una onda electromagnética de baja frecuencia puede ser capaz de superar el problema de la profundidad de piel y, por lo tanto, propagarse por todo el material.
Una propiedad de las ondas de helicón (fácilmente demostrada por un cálculo rudimentario, utilizando sólo los términos del efecto Hall y un término de resistividad ) es que en los lugares donde la superficie de la muestra corre paralela al campo magnético, uno de los modos contiene corrientes eléctricas que "van al infinito" en el límite de la conductividad perfecta; de modo que la pérdida de calentamiento Joule en tales regiones de la superficie tiende a un límite distinto de cero. [6] [7] [8] El modo de superficie es especialmente frecuente en muestras cilíndricas paralelas al campo magnético, una configuración para la que se ha encontrado una solución exacta para las ecuaciones, [6] [9] y que figura de manera importante en experimentos posteriores.
La importancia práctica del modo de superficie y su densidad de corriente ultraalta no se reconoció en los artículos originales, pero llegó a la fama unos años más tarde cuando Boswell [10] [11] descubrió la capacidad superior de generación de plasma de los helicones, logrando densidades de carga de plasma 10 veces mayores que las que se habían logrado con métodos anteriores, sin un campo magnético. [12]
Desde entonces, los helicones se han utilizado en una variedad de aplicaciones científicas e industriales, dondequiera que se requiera una generación de plasma altamente eficiente, [13] como en los reactores de fusión nuclear [14] y en la propulsión espacial (donde el propulsor de doble capa de helicón [15] y el Cohete Magnetoplasma de Impulso Específico Variable [16] hacen uso de helicones en su fase de calentamiento del plasma). Los helicones también se utilizan en el procedimiento de grabado de plasma , [17] utilizado en la fabricación de microcircuitos de computadora. [18]
Una descarga de helicón es una excitación del plasma por ondas de helicón inducidas a través del calentamiento por radiofrecuencia . La diferencia entre una fuente de plasma de helicón y un plasma acoplado inductivamente (ICP) es la presencia de un campo magnético dirigido a lo largo del eje de la antena. La presencia de este campo magnético crea un modo de operación de helicón con mayor eficiencia de ionización y mayor densidad de electrones que un ICP típico. La Universidad Nacional Australiana, en Canberra, Australia, está investigando actualmente aplicaciones para esta tecnología. Un motor magnetoplasmadinámico desarrollado comercialmente llamado VASIMR también utiliza la descarga de helicón para la generación de plasma en su motor. Potencialmente, los cohetes basados en plasma con propulsor de doble capa de helicón son adecuados para viajes interplanetarios.