Nowe fakty dotyczące przenoszenia energii w plazmie
Naukowcy z niemieckiego Ruhr-Universität w Bochum oraz amerykańskiego University of California w Berkeley odkryli mechanizm przenoszenia energii w plazmie niskotemperaturowej, tym samym znacząco zwiększając naszą wiedzę na temat działania tej sztucznie wytwarzanej plazmy o wszechstronnych zastosowaniach. Plazma jest elektrycznie obojętnym, zjonizowanym gazem - składa się ze swobodnie poruszających się elektronów i jonów. Stanowi ona odrębny od gazów, cieczy i ciał stałych stan skupienia materii. Plazma przewodzi prąd elektryczny i może być sterowana polem magnetycznym, przez co idealnie nadaje się do zastosowania w wielu innowacyjnych technologiach. Dzięki plazmie niskotemperaturowej ("technologicznej") możliwe są niezliczone innowacyjne osiągnięcia w technologii mikroprocesorów, oświetlenia i inżynierii. Wszechstronność zastosowań plazmy wynika w dużej mierze z nierównowagi cieplnej, dzięki której różnice temperatury między bardzo gorącymi elektronami (o temperaturze przekraczającej 10.000 stopni Celsjusza) a stosunkowo chłodnymi jonami i obojętnymi atomami można wykorzystać do zapoczątkowania różnych reakcji, na przykład takich jak reakcje zachodzące przy formowaniu struktury mikroprocesorów. Umożliwiający ten stan nierównowagi cieplnej mechanizm przenoszenia energii z jednej reakcji do kolejnych stanowił dotychczas przedmiot gorącej debaty. W ogólnym zarysie rozumiano proces pozwalający elektronom osiągać tak wysokie temperatury, zwłaszcza przy bardzo niskim ciśnieniu gazu, natomiast występowała istotna luka między wiedzą teoretyczną a możliwościami praktycznej demonstracji. W ramach pracy opublikowanej w czasopiśmie "Physical Review Letters" dr Thomas Mussenbrock wspólnie z kolegami określił mechanizm nagrzewania elektronów w plazmie niskotemperaturowej zarówno w ujęciu teoretycznym, jak i w sposób doświadczalny. Naukowcy wykazali, jak oscyluje tego rodzaju plazma oraz w jaki sposób właściwość ta steruje przebiegiem procesu nagrzewania elektronów. Plazma nie jest jednolita - jej właściwości na brzegach są nieco odmienne. Skłonność plazmy do oscylowania również nie jest ściśle jednolita, ponieważ w warstwie brzegowej (boundary sheath) może wywoływać różniące się nieznacznie między sobą efekty. Wzbudzenie oscylacji w warstwie brzegowej może z kolei powodować "samowzbudzenie" oscylacji prądu elektrycznego plazmy. Proces ten, określany jako "nieliniowe nagrzewanie rezonansowe elektronów" może ponad dwukrotnie zwiększyć sprawność przenoszenia energii. Odkryte przez zespół dr. Mussenbrocka fakty na temat nieliniowego nagrzewania rezonansowego elektronów rzucają nowe światło na właściwości plazmy niskotemperaturowej. Odkrycie to ma daleko idące skutki dla badań naukowych w dziedzinach energetyki, inżynierii, produkcji przemysłowej, oświetlenia, czyszczenia powierzchni i utylizacji odpadów, a także wielu innych.
Kraje
Niemcy, Stany Zjednoczone