В многочисленных научно-фантастических фильмах достаточно часто мелькают кадры с использованием плазменного оружия, оружия, стреляющего сгустками ионизированной высокотемпературной плазмы. Однако плазма, являющаяся одним из самых таинственных состояний материи, существует на Земле только во время кратковременных разрядов молний, внутри неоновых вывесок, плазменных телевизионных панелей и многочисленных научных установок. И лишь недавно группе ученых из Калифорнийского технологического института удалось получить кольца стабильной плазмы на открытом воздухе. Более того, это было сделано достаточно просто, при помощи тончайшей струи воды под высоким давлением и пластины из специального кристаллического материала.
Обычно плазма создается путем нагрева материи до столь высокой температуры, что электроны отрываются от атомов, а материя превращается в “суп” из ионов и свободных электронов. Такая плазма называется высокотемпературной плазмой и именно ее ученые пытаются получить и стабилизировать в камерах термоядерных реакторов. Также существует и холодная плазма, которая получается путем ионизации газа под воздействием электрического поля. Именно такая плазма находится в трубках неоновых вывесок и за счет ее создания работают космические ионные двигатели.
Плазма, которую удалось получить на открытом воздухе ученым из Калифорнии, относится к новому третьему типу. Расщепление молекул воды на атомы и ионизация атомов производится за счет высокой кинетической энергии движения струи воды и взаимодействия молекул с атомами кристаллической решетки пластины. В отличие от других попыток создания плазменных сгустков в атмосфере, которые существовали не более 10 миллисекунд, “водяные” плазменные кольца могут существовать сколь угодно долго до тех пор, пока в кристаллическую пластину будет бить струя воды, являющаяся источником энергии.
Струя воды, которая бьет в пластину, имеет диаметр 85 микронов. Давление в 9 тысяч psi (порядка 630 атмосфер) разгоняет струю воды до скорости 305 метров в секунду. Ученые сравнивают это со струей воды, толщиной с человеческий волос, двигающейся со скоростью летящей пули.
“Некоторые из наших коллег утверждали, что создание стабильной плазмы на открытом воздухе является невозможным” – рассказывает Франсиско Перейра (Francisco Pereira), один из исследователей, – “Но нам удалось создать кольцо стабильной плазмы и поддерживать его столько, сколько нам это необходимо. При этом, мы не нуждаемся ни в вакууме, ни в магнитном поле или еще чем-нибудь другом”.
Пока еще трудно сказать, как может быть использован на практике новый метод создания плазмы. Тем не менее, считают ученые, этот метод может оказаться очень полезным для проведения исследований в области плазменной физики, а на практике его использование просматривается в области аккумулирования и хранения энергии.