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 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 la componente que se propaga de las ondas tiene forma de sacacorchos ( helicoidal ), de ahí el término "helicón", acuñado por Aigrain . [5]
Los helicones tienen la especial capacidad de propagarse a través de metales puros , dadas 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 proteger el campo electromagnético. De hecho, normalmente una onda electromagnética experimentaría una piel muy fina en un metal: los campos eléctricos o magnéticos se reflejan rápidamente al intentar entrar en el metal. (De ahí el brillo de los metales). Sin embargo, la profundidad de la piel depende de una proporcionalidad inversa a la raíz cuadrada de la frecuencia angular . Por tanto, una onda electromagnética de baja frecuencia puede superar el problema de la profundidad de la piel y, por tanto, propagarse por todo el material.
Una propiedad de las ondas de helicón (fácilmente demostrada mediante 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 conductividad perfecta; de modo que la pérdida de calentamiento Joule en tales regiones superficiales tiende a un límite distinto de cero. [6] [7] [8] El modo superficial es especialmente frecuente en muestras cilíndricas paralelas al campo magnético campo, una configuración para la cual se ha encontrado una solución exacta para las ecuaciones, [6] [9] y que ocupa un lugar importante en experimentos posteriores.
La importancia práctica del modo de superficie y su densidad de corriente ultra alta no fue reconocida en los artículos originales, pero saltó 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 campo magnético. [12]
Desde entonces, los helicones encontraron uso en una variedad de aplicaciones científicas e industriales, dondequiera que se requiriera una generación de plasma altamente eficiente, [13] como en reactores de fusión nuclear [14] y en la propulsión espacial (donde el propulsor de doble capa de helicones [15] y el cohete de magnetoplasma de impulso específico variable [16] utiliza helicones en su fase de calentamiento de plasma). Los helicones también se utilizan en el procedimiento de grabado con plasma , [17] utilizado en la fabricación de microcircuitos de computadora. [18]
Una descarga de helicón es una excitación de plasma por ondas de helicón inducidas mediante 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 funcionamiento de helicón con mayor eficiencia de ionización y mayor densidad de electrones que un ICP típico. La Universidad Nacional de Australia, en Canberra, Australia, está investigando actualmente aplicaciones para esta tecnología. Un motor magnetoplasmadinámico desarrollado comercialmente llamado VASIMR también utiliza descarga de helicón para generar plasma en su motor. Potencialmente, los cohetes helicónicos basados en plasma con propulsor de doble capa son adecuados para viajes interplanetarios.