Silnik plazmowy, zwany także magneto-plazmowym, to rodzaj silnika odrzutowego, w którym substancją roboczą jest plazma o wysokim stopniu jonizacji. Dzięki jej elektromagnetycznemu przyspieszeniu, możliwe jest uzyskanie potężnej siły ciągu – znacznie większej niż w przypadku silników konwencjonalnych przy identycznym zużyciu paliwa. Silniki takie są wykorzystywane w rakietach i sondach kosmicznych.
Silniki plazmowe nie są jednak idealne, ale zespół uczonych z Uniwersytetu Tohoku wpadł na pomysł, jak je ulepszyć. Szczegóły opisano w czasopiśmie Scientific Reports.
Silniki plazmowe jeszcze lepsze
Podstawowym elementem silników plazmowych są dysze magnetyczne, które kierują i przyspieszają plazmę, co pozwala na wytworzenie ciągu. Inżynierowie od dawna obserwują zjawisko tzw. odrywania się plazmy, które utrudnia dalszy rozwój tej technologii.
Czytaj też: Silniki molekularne pod lupą. Pierwsze tak dokładne badanie na świecie
Linie pola magnetycznego zawsze tworzą zamknięte pętle, więc to struktura silnika wpływa na przepływ plazmy. Jony łatwo “odrywają” się od dyszy magnetycznej, ale elektrony (o małej masie) są silnie związane z liniami pola, tworząc “hamujące” pole elektryczne. Z jednej strony jony chcą się “wydostać” poza linie pola magnetycznego, a z drugiej elektrony ściągają je z powrotem. To tworzy zerowy ciąg netto.
Po przeanalizowaniu szczegółowych danych z sygnałów gęstości plazmy i fluktuacji pola elektrycznego, japońscy uczeni odkryli, że spontanicznie wzbudzone fale powodują transport namagnesowanych elektronów w kierunku głównej osi dyszy magnetycznej, neutralizując odrywające się jony. Transport elektronów do wewnątrz był w rzeczywistości korzystny dla odrywania, pomagając zmniejszyć rozbieżności rozszerzającej się wiązki plazmy. To oznacza, że elektrony można wychwytywać, zwiększając tym samym siłę ciągu.
Nasze odkrycie jest rzadkim przypadkiem, w którym niestabilności plazmy faktycznie mają korzystny wpływ na inżynierię. Odkrycia te otwierają nową perspektywę na rolę niestabilności w plazmie i pomogą w rozwoju magnetycznych dysz pędników plazmowych o częstotliwości radiowej. prof. Kazunori Takahashi z Wydziału Elektrotechniki Uniwersytetu Tohoku i główny autor badania
