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プラズマウィンドウ（プラズマシールド[ 1 ]と混同しないように）は、磁場によって閉じ込められたプラズマで空間を満たす技術です。現在の技術では、この空間は非常に小さく、プラズマは円筒形の空間内の平面として生成されます。
プラズマとは、原子または分子がイオン化された気体のことであり、物質の独立した相である。これは、気体を極めて高温に加熱することによって最も一般的に実現されるが、他の方法も存在する。プラズマは高温になるほど粘性が増し、他の物質が通過しにくくなる。
プラズマウィンドウの粘性により、標準大気圧のガスを完全な真空から分離することができ、最大9気圧の圧力差に耐えることができると報告されています。[ 2 ]同時に、プラズマウィンドウはレーザービームや電子ビームなどの放射線を通過させます。この特性がプラズマウィンドウの有用性の鍵であり、プラズマウィンドウの技術により、真空中でしか発生できない放射線を大気中の物体に適用することができます。[ 3 ] [ 4 ]電子ビーム溶接はプラズマウィンドウの主要な用途であり、ハード真空以外の場所で実用化されています。
プラズマウィンドウはブルックヘブン国立研究所[ 5 ]でアディ・ハーシュコビッチによって発明され、1995年に特許が取得された[ 6 ]。
この原理を利用したさらなる発明としては、1996年のプラズマバルブが挙げられる。[ 7 ]
2014年、レスター大学の学生グループが宇宙船のプラズマ偏向シールドの機能を説明した研究を発表した。[ 8 ]
2015年、ボーイング社は爆発によって発生する衝撃波から身を守るために設計された力場システムの特許を取得しました。これは、飛翔体、放射線、レーザーなどのエネルギー兵器から身を守ることを目的としたものではありません。この力場は、レーザー、電気、マイクロ波を組み合わせて空気を急速に加熱し、（イオン化された）過熱空気プラズマの場を作り出すことで、衝撃波を妨害するか、少なくとも減衰させるとされています。2016年3月現在、実際に動作するモデルが実証されたという報告はありません。[ 9 ] [ 10 ]
ミチオ・カクは、 3つの層からなる力場を提案している。第1層は、入射物体を蒸発させ、放射線や粒子を遮断できる高出力プラズマ窓である。第2層は、プラズマスクリーンを通過した物体をレーザービームで蒸発させるために、密な格子状に配置された数千本のレーザービームで構成される。第3層は、炭素ナノチューブやグラフェンのような目に見えないが安定したシート状の材料で、厚さは原子1個分しかないため透明だが、鋼鉄よりも強く、破壊された物体からの破片を遮断する。[ 11 ] [ 12 ]
関連技術として、プラズマウィンドウの発明直後に開発されたプラズマバルブがある。プラズマバルブとは、粒子加速器のシェル内部にあるガス層のことである。粒子加速器のリング内部は真空状態であり、通常、この真空が破られると甚大な被害をもたらす。しかし、プラズマバルブ技術を搭載した加速器で真空が破れた場合、ガス層はナノ秒以内にイオン化され、加速器の再圧縮を防ぐシールが形成される。これにより、技術者は加速器内の粒子ビームを停止し、加速器リングをゆっくりと再圧縮して損傷を回避するための時間を確保できる。
プラズマウィンドウの物理的特性は用途によって異なる。最初の特許では、約15,000 K（14,700 °C、26,500 °F）の温度が記載されていた。
プラズマ窓のサイズを制限する唯一の要因は、現在のエネルギー制限である。 円形窓の場合、窓を生成するには直径1インチあたり約20キロワット（8kW/cm）の電力が必要となる。
プラズマ窓は明るい光を発し、その色は使用するガスによって変化する。
テレビシリーズ「スタートレック」などのSF作品では、「フォースフィールド」と呼ばれる架空の技術が装置としてよく使われています。場合によっては、宇宙船の格納庫の外部「ドア」として使用され、船内の大気が宇宙空間に放出されるのを防ぎます。プラズマウィンドウは、十分なエネルギーがあれば理論的にはそのような目的に使用できます。スタートラムの提案では、数メートル径の発射管の上に電力消費の大きいMHDウィンドウを周期的に、ただし短時間だけ使用して、超高速宇宙船の前方で機械式シャッターが一時的に開く瞬間に真空が過度に失われるのを防ぐことを計画しています。[ 13 ]