חלון פלזמה

חלון פלזמה (מכונה גם מגן פלזמה) הוא כינוי לטכנולוגיה למילוי נפח במרחב בפלזמה, התחומה באמצעות שדה מגנטי. בשימוש בטכנולוגיות הנוכחיות, נפח זה הוא קטן למדי והפלזמה נוצרת בו כמישור שטוח בתוך מרחב גלילי.

פלזמה היא הכינוי לגז שכל חלקיקיו (אטומים או מולקולות) מיוננים. מצב זה של החומר נחשב למצב צבירה בפני עצמו. לרוב מגיעים למצב זה על ידי חימום הגז לטמפרטורות גבוהות במיוחד, אם כי שיטות אחרות ליצירת פלזמה אפשריות גם כן. צמיגותה של הפלזמה הולכת וגוברת בטמפרטורות גבוהות, עד כדי הצגת מחסום משמעותי בפני מעבר של חומר.

צמיגותו של חלון פלזמה מאפשרת לו להפריד בין אוויר בלחץ של אטמוספירה מריק מוחלט. באותו הזמן, הוא מאפשר מעבר של קרינה, כגון לייזר וקרני אלקטרונים. מאפיין זה הוא המפתח לתועלתיות של הטכנולוגיה – היא מאפשרת שימוש בקרינה שניתנת להפקה בריק בלבד, על פריטים הנמצאים באטמוספירה.

היסטוריה
את חלון הפלזמה המציא עדי הרשקוביץ במעבדה הלאומית ברוקהייבן והוא אושר כפטנט ב-1995.

תקופה קצרה לאחר מכן, בשנת 1996, הומצא שסתום הפלזמה, המבוסס על אותו העיקרון.

שסתום הפלזמה
שסתום הפלזמה הוא שכבה של גז במעטפת של מאיץ חלקיקים. הטבעת של מאיץ החלקיקים מכילה ריק. פרצה בריק זה היא, באופן כללי, הרת אסון. במקרה של פרצה במאיץ המצויד בשסתום פלזמה, שכבת הגז מיוננת תוך ננו-שנייה, ובכך יוצרת אטם המונע כניסה של אוויר. מנגנון זה נותן בידי החוקרים זמן מספק לכבות את קרן החלקיקים במאיץ ולמלא את הטבעת באוויר באופן איטי ומבוקר, למניעת נזקים.

תכונות
מאפייניו הפיזיים של חלון הפלזמה משתנים עם תלות בשימוש בו. רוב חלונות הפלזמה נוצרו בטמפרטורות הסובבות את ה-15,000 קלווין.

גודלו של החלון מוגבל באופן מעשי, הואיל ויצירת חלון שכזה דורשת כ-20 קילו-ואט עבור כל אינץ' בקוטרו של חלון עגול שנוצר (בסביבות 8 קילו-ואט עבור ס"מ בקוטר).

חלון הפלזמה זוהר בבהירות, כשצבעו תלוי בגז בו השתמשו ליצירתו.

שימושים
השימוש החשוב ביותר בחלון פלזמה היום הוא כעדשה אשר מאפשרת מעבר של אנרגיה, אך אוכפת גבול ברור בין אטמוספירה לריק. תכונה זאת מאפשרת בניית סוגים חדשים של מקורות קרינה ומאפשרת הוזלת השימוש במקורות קרינה קיימים.

כיום, הלחמה והתכה מבוססות קרן אלקטרונים הם תהליכים תעשייתיים שיש בהם יתרון, במקרים רבים, על פני החלופות; עם זאת, שיטות אלה יקרות לפריסה עבור רוב המיזמים. הסיבה המקורית להיותן של שיטות אלה יקרות, הייתה היעדר אמצעים יעילים להפרדת הריק – בו קרן אלקטרונים יכולה לפעול – מהאטמוספירה. חלון הפלזמה מאפשר הלחמת מתכות בלחץ של האטמוספירה. יש צורך בריק אך ורק בצינור דק, בתוכו עוברת קרן האלקטרונים. ללא חלון הפלזמה, היה צורך בתא ייעודי לעבודות על החלקים, בו שורר ריק.

חלון הפלזמה שימושי גם עבור מחקר מדעי, היות שהוא מוזיל את התהליך הדרוש ליצירת קרינה אשר ניתן ליצור רק בתנאי ריק.

מסע בין כוכבים
ההכרזה על הטכנולוגיה גררה התלהבות בקרב חובבי הסדרה מסע בין כוכבים, מכיוון שחלון הפלזמה דומה מאוד לשדה הכוח – טכנולוגיה בדיונית מרכזית ביותר בז'אנר המדע הבדיוני בכלל ובסדרה מסע בין כוכבים בפרט.

למעשה, עם מספיק אנרגיה, ניתן ליצור חלון פלזמה שיעצור (ואז ישרוף) כל קליע פיזי שנורה לעברו. עם זאת, כמות האנרגיה הכרוכה בזה היא הרבה מעבר למה שניתן ליצור היום. בנוסף לזה, חלון הפלזמה יהיה חם כל כך, עד שייתכן ויפגע בדבר עצמו, עליו הוא מגן. כמו כן, החלון יאפשר מעבר של לייזרים, או כלי נשק אחרים מבוססי אנרגיה, ללא כל בעיה.

חלון הפלזמה מזכיר גם, במעט, את שדות הכוח שמונעים את בריחת האוויר מסיפון ההאנגר (מנחת החלליות). חלון שכזה אפשרי באופן תאורטי, בהינתן זמינות בכמות מספקת של אנרגיה. בשימוש בגז ארגון, למשל, החלון יהיה אפילו בעל אותו הזוהר הכחול שמופק משדה הכוח בסדרה. הבעיה הגדולה עם הרעיון הזה היא, שוב, הטמפרטורה הגבוהה.

מקור נוסף להתלהבות למעריצי הסדרה מטכנולוגיה זאת הוא הקלות המוגברת לייצור קרינות אקזוטיות, כשאיפה לאותה הקלות בה מיוצרת קרינה מסוגים מגוונים, לבקשת אנשי הצוות בחלליות השונות בסדרה.

פיזיקת הפלזמה