Институт Солнца

В одной из наших прошлых статей мы рассказывали о создании Чёрной дыры в лаборатории.

В этот раз мы приглашаем вас на небольшую экскурсию в место, где светит искуственное солнце.

Именно так в 1947 году представляли искуственное солнце. 
Кадр из фильма «Весна».

В наши дни процессы на Солнце успешно моделируют в Технологическом Институте Калифорнии в городе Пасадена – учёные из лаборатории плазмы Беллана в Caltech используют гигантскую вакуумную камеру, чтобы смоделировать струи плазмы, найденные на поверхности Солнца.

Плазма, или ионизированный газ, находится повсюду вокруг нас - в телевизорах, лампах дневного света, неоновых вывесках и дуговой сварке. Но даже при том, что плазма - самое распространённое состояние вещества во вселенной, относительно немного известно о том, как она функционирует. Ученые надеются, что, изучая это в лаборатории, они смогут понять термоядерную реакцию солнца, которая обеспечила бы безграничную, чистую энергию для всей планеты.

В дополнение к проливанию света на термоядерный синтез, этот крупный план может дать информацию о формировании звезд и прогноз космической "погоды" - возмущения магнитного поля и солнечных вспышек, которые могут повредить или разрушить космический корабль.

Члены Лаборатории Плазмы Беллана, стоят перед вакуумной камерой, где творится волшебство.

Чтобы создать плазму, газ нужно запустить в вакуумную камеру и электрически зарядить. Батарея конденсаторов в синей коробке (слева на картинке) способна выдавать до 5 000 вольт, 150 000 ампер. Высокое напряжение заставляет черные кабели пылать красным от энергии. В вакуумной камере (в центре на картинке), высоковольтные дуговые разряды между электродами создают потоки плазмы, которыми команда лаборатории манипулирует с помощью электромагнитных полей.

Посреди вакуумной камеры находятся круглые электроды (круги как на мишене в цетре изображения), которые создают поток высокого напряжения, который в свою очередь создает плазму. Маленькие отверстия в электроде - порты, из которых подаётся газ через быстродействующие клапаны. Белая труба в переднем плане – рентгеновский датчик, который засекая даже самое малое количество рентгеновской радиации, которую испускает плазма.

Вид снаружи вакуумной камеры во время эксперимента.

Эва Стенсон стоит рядом с плазменной вакуумной камерой. Ее будущая работа, в соавторстве с профессором Полом Белланом, названная "Магнитогидродинамический  потоки  двойственной плазмы", появится в июне  в журнале IEEE Transactions on Plasma Science.

Этот набор из четырех запорных вентилей используется, чтобы подавать газ на определённые электроды. Газ накачивается под давлением в электроды камеры. Больше чем 100 000 ампер возбуждают газ, т. е. газ экспоненциально переходит из состояния с меньшей энергией E1 в состояние с большей энергией E2, и становится плазмой.

Вверху: пара вентилей селектора позволяет исследователям выбирать между пятью различными газами для экспериментов. Криптон, азот, аргон, водород и ксенон могут быть выбраны через эти клапаны. Более ценные и редкие газы, включая дейтерий, должны быть подключены вручную.

Внизу: множество цилиндров, заполненных газом и подготовленных к экспериментам, расположены вдоль стены. Цилиндры прикованы к стене, чтобы избежать опрокидывания, так как при разрыве их разрушительная сила подобна землетрясению.

Это – наш Банк Материалов, благодаря которым мы создаём сильное электромагнитное поле, которое используется, чтобы влиять на форму и линию плазмы. Это не то место, куда можно положить ваши вещи.

Вид сбоку показывает электроды (концентрические круги слева) и трубы, поставляющие газ в камеру. Вакуумная камера имеет множество портов, некоторые для наблюдения (открытые) и другие для оборудования. Как Вы можете видеть, в настоящее время используются только некоторые из портов - остальные будут нужны позже для будущего расширения.

Ауна Мосер показывает интересную плазменную дугу Полу Беллану. Всей системой управляет компьютер, и результаты датчиков и быстродействующих камер могут рассмотреться немедленно после завершения эксперимента.

Imacon 200 - быстродействующая камера (справа) - имеет скорость фотозатвора 10 наносекунд, с помощью этого можно достаточно быстро поймать изображения недолговечных плазменных выбросов. Средний SLR может делать одну фотографию в одну десятитысячную секунды, однако, этого всё равно недостаточно для того, чтобы запечатлеть все детали плазменного выброса, который длится только 10 миллиардных частей секунды

Два отдельных газа становятся плазмой и взаимодействуют в вакуумной камере. Показанные цвета ложны, но помогают дифференцироваться между различными плазменными потоками.