La ventana de plasma (que no debe confundirse con un escudo de plasma [1] ) es una tecnología que llena un volumen de espacio con plasma confinado por un campo magnético . Con la tecnología actual , este volumen es bastante pequeño y el plasma se genera como una superficie plana dentro de un espacio cilíndrico .
El plasma es cualquier gas cuyos átomos o moléculas han sido ionizados y es una fase separada de la materia. Esto se logra más comúnmente calentando el gas a temperaturas extremadamente altas, aunque existen otros métodos. El plasma se vuelve cada vez más viscoso a temperaturas más altas, hasta el punto en que otras materias tienen dificultades para pasar a través de él.
La viscosidad de una ventana de plasma le permite separar el gas a presión atmosférica estándar de un vacío total , y se dice que puede soportar una diferencia de presión de hasta nueve atmósferas . [2] Al mismo tiempo, la ventana de plasma permitirá que pasen radiaciones como rayos láser y rayos de electrones . Esta propiedad es la clave de la utilidad de la ventana de plasma: la tecnología de la ventana de plasma permite que la radiación que solo se puede generar en el vacío se aplique a objetos en una atmósfera. [3] [4] La soldadura por haz de electrones es una de las principales aplicaciones de las ventanas de plasma, lo que la hace práctica fuera de un vacío duro.
La ventana de plasma fue inventada en el Laboratorio Nacional de Brookhaven [5] por Ady Hershcovitch y patentada en 1995. [6]
Otras invenciones que utilizan este principio incluyen la válvula de plasma en 1996. [7]
En 2014, un grupo de estudiantes de la Universidad de Leicester publicó un estudio que describe el funcionamiento de los escudos deflectores de plasma de las naves espaciales. [8]
En 2015, Boeing obtuvo una patente para un sistema de campo de fuerza diseñado para proteger contra las ondas de choque generadas por explosiones. No está destinado a proteger contra proyectiles, radiación o armas de energía como los láseres. El campo supuestamente funciona mediante una combinación de láseres, electricidad y microondas para calentar rápidamente el aire creando un campo de aire-plasma (ionizado) sobrecalentado que interrumpe, o al menos atenúa, la onda de choque. A marzo de 2016, no se conocía ningún modelo funcional que se hubiera demostrado. [9] [10]
Michio Kaku propone campos de fuerza que constan de tres capas. La primera es la ventana de plasma de alta potencia que puede vaporizar los objetos entrantes, bloquear la radiación y las partículas. La segunda capa constará de miles de rayos láser dispuestos en una configuración reticular apretada para vaporizar cualquier objeto que haya logrado atravesar la pantalla de plasma, mediante los rayos láser. La tercera capa es una lámina invisible pero estable de material como nanotubos de carbono o grafeno que tiene solo un átomo de espesor y, por lo tanto, es transparente, pero más fuerte que el acero para bloquear posibles restos de objetos destruidos. [11] [12]
Una tecnología relacionada es la válvula de plasma, inventada poco después de la ventana de plasma. Una válvula de plasma es una capa de gas en la carcasa de un acelerador de partículas . El anillo de un acelerador de partículas contiene un vacío y, por lo general, una ruptura de este vacío es desastrosa. Sin embargo, si un acelerador equipado con tecnología de válvula de plasma se rompe, la capa de gas se ioniza en un nanosegundo, creando un sello que evita la recompresión del acelerador. Esto les da tiempo a los técnicos para apagar el haz de partículas en el acelerador y recomprimir lentamente el anillo del acelerador para evitar daños.
Las propiedades físicas de la ventana de plasma varían según la aplicación. La patente inicial citaba temperaturas de alrededor de 15.000 K (14.700 °C; 26.500 °F).
El único límite al tamaño de la ventana de plasma son las limitaciones energéticas actuales, ya que generar la ventana consume alrededor de 20 kilovatios por pulgada (8 kW/cm) en el diámetro de una ventana redonda. [ cita requerida ]
La ventana de plasma emite un brillo brillante cuyo color depende del gas utilizado.
En la ciencia ficción , como la serie de televisión Star Trek , se utiliza a menudo como dispositivo una tecnología ficticia conocida como " campo de fuerza ". En algunos casos se utiliza como una "puerta" externa a los hangares de las naves espaciales , para evitar que la atmósfera interna de la nave se ventile al espacio exterior . Las ventanas de plasma podrían servir teóricamente para tal propósito si hubiera suficiente energía disponible para producirlas. La propuesta de StarTram planea el uso de una ventana MHD que demanda energía sobre un tubo de lanzamiento de varios metros de diámetro de forma periódica, pero brevemente a la vez, para evitar una pérdida excesiva de vacío durante los momentos en que un obturador mecánico se abre temporalmente antes de una nave espacial de hipervelocidad. [13]