Una máquina Q es un dispositivo que se utiliza en la física experimental del plasma . El nombre de máquina Q proviene de la intención original de crear un plasma inactivo que esté libre de las fluctuaciones que están presentes en los plasmas creados en las descargas eléctricas. La máquina Q fue descrita por primera vez en una publicación de Rynn y D'Angelo. [1]
El plasma de la máquina Q se crea en una placa que se ha calentado a unos 2000 K y, por lo tanto, se denomina placa caliente. Los electrones son emitidos por la placa caliente a través de la emisión termoiónica, y los iones se crean a través de la ionización por contacto de átomos de metales alcalinos que tienen bajos potenciales de ionización. La placa caliente está hecha de un metal que tiene una gran función de trabajo y puede soportar altas temperaturas, por ejemplo, tungsteno o renio. El metal alcalino se hierve en un horno que está diseñado para dirigir un haz de vapor de metal alcalino sobre la placa caliente. Un alto valor de la función de trabajo de la placa caliente y un bajo potencial de ionización del metal hacen que una barrera de bajo potencial para un electrón en el metal alcalino supere, lo que hace que el proceso de ionización sea más eficiente. A veces se utiliza bario en lugar de un metal alcalino debido a sus excelentes propiedades espectroscópicas. La ionización fraccionaria de un plasma de máquina Q puede acercarse a la unidad, que puede ser órdenes de magnitud mayor que la predicha por la ecuación de ionización de Saha .
La temperatura del plasma de la máquina Q es cercana a la temperatura de la placa caliente, y las temperaturas de los iones y los electrones son similares. Aunque esta temperatura (aproximadamente 2000 K) es alta en comparación con la temperatura ambiente, es mucho más baja que las temperaturas de los electrones que se encuentran habitualmente en el plasma de descarga. La baja temperatura permite crear una columna de plasma con varios radios de giro de iones de ancho. Dado que los metales alcalinos son sólidos a temperatura ambiente, se adhieren a las paredes de la máquina al impactar y, por lo tanto, la presión neutra se puede mantener tan baja que, a todos los efectos prácticos, el plasma está completamente ionizado.
Las investigaciones sobre plasma que se han realizado utilizando máquinas Q incluyen ondas de ciclotrón iónico impulsadas por corriente, [2] ondas de Kelvin-Helmholtz, [3] y huecos en el espacio de fase de electrones. [4]
Hoy en día, se pueden encontrar máquinas Q en la Universidad de Virginia Occidental y en la Universidad de Iowa en EE. UU., en la Universidad de Tohoku en Sendai en Japón y en la Universidad de Innsbruck en Austria.