プラズマウィンドウ

プラズマウィンドウ（プラズマシールド^[1]と混同しないでください）は、磁場によって閉じ込められたプラズマで空間の容積を満たす技術です。現在の技術では、この容積は非常に小さく、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ガスであり、物質の別の相です。プラズマは、ガスを非常に高い温度に加熱することによって最も一般的に実現されますが、他の方法もあります。プラズマは、高温になると粘性が増し、他の物質が通過するのが困難になります。

プラズマウィンドウは粘性があるため、標準大気圧のガスを全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られると言われています。^[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す。プラズマウィンドウの技術により、真空中でのみ生成できる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な用途であり、強真空の外でも実用的です。

プラズマウィンドウはブルックヘブン国立研究所^[5]のアディ・ハーシュコヴィッチによって発明され、1995年に特許を取得しました。^[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ある。^[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についての研究を発表しました。^[8]

2015年、ボーイング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。これは発射物、放射線、レーザーなどのエネルギー兵器から身を守るための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フィールドを作り出して衝撃波を妨害、または少なくとも弱めるという仕組みです。2016年3月現在、実際に機能するモデルは実証されていません。^{[9] [10]}

ミチオ・カクは、 3層からなる力場を提案している。1層目は、入射する物体を蒸発させ、放射線や粒子をブロックできる高出力プラズマウィンドウである。2層目は、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。3層目は、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材料のシートで、厚さは原子1個分しかないため透明だが、破壊された物体から発生する可能性のある破片をブロックするために鋼鉄よりも強い。^{[11] [12]}

関連技術としてプラズマ バルブがあります。これはプラズマ ウィンドウのすぐ後に発明されました。プラズマ バルブは粒子加速器のシェル内のガス層です。粒子加速器のリングは真空になっており、通常、この真空が破られると悲惨な結果になります。しかし、プラズマ バルブ技術を備えた加速器が破られると、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作成されます。これにより、技術者は加速器内の粒子ビームを遮断し、加速器リングをゆっくりと再圧縮して損傷を防ぐ時間が得られます。

プラズマ ウィンドウの物理的特性は、用途によって異なります。最初の特許では、約 15,000 K (14,700 °C、26,500 °F) の温度が挙げられていました。

プラズマウィンドウのサイズの唯一の制限は、ウィンドウを生成するために円形ウィンドウの直径1インチあたり約20キロワット（8kW/cm）を消費する現在のエネルギー制限です。^[要出典]

プラズマ ウィンドウは明るい光を発しますが、その色は使用されるガスによって異なります。

テレビシリーズ『スタートレック』などのSF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る。宇宙船の格納庫への外部「ドア」として使われ、船の内部の大気が宇宙空間に漏れるのを防ぐ。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える。StarTramの提案では、超高速宇宙船の前に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ため、数メートルの直径の発射管の上に電力を必要とするMHDウィンドウを定期的に、しかし一度に短時間使用する計画である。^[13]

• トラクタービーム

• BNLが「プラズマウィンドウ」でR&D 100賞を受賞^[14]
• アディ・ハーシュコヴィッチ。真空から大気へ粒子ビームと放射線を伝播させるプラズマウィンドウ技術^[15]

• アディ・ハーシュコヴィッチ（1995年）。非真空電子ビーム溶接機、電子ビーム溶融、非真空イオン材料改質のための真空-大気界面およびプラズマレンズとしての高圧アーク、応用物理学ジャーナル、78（9）：5283-5288

• プラズマ ウィンドウの発明者、Ady Hershcovitch による公式記事。
• ブルックヘブン研究所が「プラズマウィンドウ」で R&D 100 賞を受賞
• ブルックヘブン国立研究所 – プラズマウィンドウが発明された場所
• プラズマウィンドウに関するニュース
• プラズマウィンドウ特許
• プラズマバルブ特許