等离子体脉冲有望成为现实生活中的"冷冻射线"

等离子体脉冲有望成为现实生活中的"冷冻射线"冷冻射线利用等离子脉冲带走热量不管是为了勒索一座城市的赎金，还是为了在咖啡店不排队，冷冻射线都是漫画书和电影中的一大亮点。它们也让工程师们头疼不已，因为它们不仅违反了热力学第二定律，还把定律的头塞进了马桶，直到现在。等离子体物理学的一项新进展在提供实用的冷冻射线方面大有可为，美国空军已向霍普金斯大学的热工程实验与模拟实验室（ExSiTELab）拨款75万美元，用于一个为期三年的项目，以充分开发这项技术的潜力。霍普金斯大学的衍生公司LaserThermal将建造一个原型。通常情况下，利用等离子体冷却东西的想法就像用冰来烧烤一样合乎逻辑。等离子体是一种电离气体，其温度可以达到太阳温度的数倍，但它们也有一些令人惊讶的能力。其中之一就是，尽管温度很高，但等离子体刚产生时可以与其他物质相互作用，产生冷却效果。脉冲等离子体的能量流与目标表面发生物理、化学和电磁相互作用，产生一种效应，使表面吸收的水分子和二氧化碳分子蒸发。这将带走能量并使表面迅速冷却几十度。脉冲等离子体可防止其抵消冷却效果。用于产生等离子体的激光设备弗吉尼亚大学霍普金斯说："因此，当我们开启等离子体时。可以立即测量等离子体照射到的地方的温度，然后观察表面的变化，表面先冷却，然后升温。我们只是在某种程度上对为什么会发生这种情况感到困惑，因为这种情况一直在重复发生。我们没有任何信息可以利用，因为之前没有任何文献能够像我们这样精确地测量温度变化。没有人能够如此迅速地做到这一点。"美国空军和太空部队之所以对这项技术感兴趣，是因为在太空或极高海拔地区冷却电子设备存在问题。通常的冷却方法是让水或空气等流体在元件周围循环，但在没有空气，当然也没有水的地方，这种方法是不可能实现的。相反，电子元件被放置在金属冷却板上，将热量导入散热器。由于这种方法既笨重又低效，人们希望霍金斯的冷冻射线能提供一种替代方法。其基本构想是用一个带有传感器的机械臂，将电路中的热点锁定，然后用冷风将其吹走。然而，还有大量工作要做。目前，该工艺使用从美国海军借来的设备和氦作为等离子介质。下一步是制造出更紧凑、更轻的原型，同时探索其他可能更有效的气体。这项研究发表在《自然-通讯》和《ACSNano》上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1382453.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1382453.htm

闪烁脉冲星揭示神秘星际等离子体

闪烁脉冲星揭示神秘星际等离子体脉冲星--快速旋转的恒星残余物，像灯塔一样闪烁--偶尔会显示出极端的亮度变化。天体物理学家预测，这些短暂的亮度爆发是因为星际等离子体的密集区域（恒星之间的热气体）散射了脉冲星发出的无线电波。然而我们人类仍不知道形成和维持这些密集的等离子体区域所需的能量来源是什么。为了更好地了解这些星际结构，需要对其小规模结构进行更详细的观察。这方面的一个有希望的途径是脉冲星的闪烁。当脉冲星的无线电波被星际等离子体散射时，独立的电波相互干扰并在地球上形成一个干扰模式。当地球、脉冲星和等离子体彼此相对运动时，这种模式被观察为时间和频率上的亮度变化：动态光谱。这就是闪烁。由于脉冲星信号的点状性质，散射和闪烁发生在等离子体的小区域。在对动态光谱进行专门的信号处理后，可以观察到生动的抛物线特征即闪烁弧，这跟天空中的脉冲星散射辐射的图像有关。一个特殊的脉冲星--J1603-7202-在2006年经历了极端散射。这使得它成为研究这些密集等离子体区域的一个令人兴奋的目标。然而这颗脉冲星的轨迹仍然没有被确定，因为它在一个面对面的轨道上围绕着另一颗叫做白矮星的紧凑型恒星运行，而且天文学家在这种情况下没有其他方法来测量它。幸运的是，闪烁弧有双重作用：其曲率跟脉冲星的速度有关，也跟脉冲星和等离子体的距离有关。脉冲星的速度如何在它的轨道上变化取决于轨道在空间的方向。因此，在脉冲星J1603-7202的情况下，研究人员们计算了弧线的曲率随时间的变化来确定方向。跟以往的分析相比，研究人员对脉冲星J1603-7202的轨道所获得的测量结果是一个重大的改进。这证明了闪烁法在补充替代方法方面的可行性。通过对跟等离子体的距离的测量，研究人员表示，从地球上看，它大约是跟脉冲星距离的3/4。这似乎跟任何已知的恒星或星际气体云的位置不相吻合。脉冲星闪烁研究经常探索像这样的结构，否则是看不到的。因此，问题仍有待解决：散射脉冲星辐射的等离子体的来源是什么？最后，通过利用轨道测量，研究人员得以估计J1603-7202的轨道同伴的质量。根据计算，它的质量约为太阳的一半。当跟J160-7202的高度圆形轨道一起考虑时，这意味着这个同伴很可能是一个由碳和氧组成的恒星残余物--比起更常见的以氦为基础的残余物，在脉冲星周围的发现更稀少。由于现在拥有一个近乎完整的轨道模型，所以研究人员目前有可能将J1603-7202的闪烁观测转化为天空中的散射图像并以太阳系的尺度绘制星际等离子体。创建导致无线电波极端散射的物理结构的图像可能会让我们更好地了解这种密集区域是如何形成的及星际等离子体在星系的演化中所扮演的角色。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1306843.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1306843.htm

科学家提高等离子体推进器的性能 离更深的太空探索更近一步

科学家提高等离子体推进器的性能离更深的太空探索更近一步电力推进是一种利用电磁场来加速推进剂并产生推力以推动航天器的技术。空间机构已将电力推进技术作为空间探索的未来的先驱。已经有几个空间任务使用电推进装置成功完成，如网格化离子推进器和霍尔推进器。当推进剂变成电离体，即等离子体，并被电磁场加速时，太阳能被转化为推力能量。然而，这些设备所需的电极限制了它们的寿命，因为它们会暴露在等离子体中并被损坏，特别是在高功率水平下。为了规避这一问题，科学家们已经转向了无电等离子体推进器。其中一项技术是利用无线电频率（RF）来产生等离子体。一个天线将无线电波发射到一个圆柱形的腔体中以产生等离子体，在那里由一个磁性喷嘴引导和加速等离子体以产生推力。MN射频等离子体推进器，或有时被称为直升机推进器，具有简单性、操作灵活性和潜在的高推力-功率比。但是MN型射频等离子体推进器的发展受到了射频功率到推力能量的转换效率的阻碍，早期的实验只能产生个位数的转换率，但最近的研究已经达到了20%的可接受的结果。在最近的一项研究中，来自东北大学电气工程系的髙桥和贵教授据称已经实现了30%的转换效率。虽然成熟的电力推进装置通常使用氙气，但氙气价格昂贵，而且难以充分供应，目前30%的效率是用氩气推进剂获得的。这表明MNrf等离子体推进器将减少成本和地球的资源负荷。"应用尖峰型磁场抑制了通常发生在等离子体源壁上的能量损失，"髙桥说。"这一突破为高功率空间运输技术的进步打开了大门"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1338715.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1338715.htm

科学家设计基于等离子体的新方法 为未来火星探索者生产氧气

科学家设计基于等离子体的新方法为未来火星探索者生产氧气一个国际研究小组已经设计出一种基于等离子体的方法来生产和分离火星环境中的氧气。这是美国宇航局的“火星氧原位资源利用实验”（MOXIE）的一个补充方法，它可能提供每公斤送往太空的仪器的高分子生产率。这样一个系统可以在开发火星上的生命支持系统中发挥重要作用。它还可以生产加工燃料、建筑材料和肥料所需的原料和基础化学品。在AIP出版的《应用物理学杂志》上，研究人员提出了一种利用和加工当地资源在火星上生成产品的方法。因为火星大气层主要是由二氧化碳形成的，可以通过分解产生氧气，而且其压力有利于等离子体的点燃，所以红色星球上的自然条件几乎是等离子体就地利用资源的理想条件。该团队包括来自里斯本大学、麻省理工学院、索邦大学、埃因霍芬理工大学和荷兰基础能源研究所的科学家们。研究人员指出，在火星上生产氧气的有两大障碍。“首先，分解二氧化碳分子以提取氧气。这是一个非常难以分解的分子，”研究作者、里斯本大学的VascoGuerra说。“其次，将产生的氧气从还包含例如二氧化碳和一氧化碳的气体混合物中分离出来。我们正在以一种整体的方式研究这两个步骤，以同时解决这两个挑战。这就是等离子体可以提供帮助的地方。”等离子体是物质的第四种自然状态，包含自由带电粒子，如电子和离子。电子很轻，很容易被电场加速到非常高的能量。Guerra说：“当子弹般的电子与二氧化碳分子碰撞时，它们可以直接分解它，或者转移能量使其振动。这种能量在很大程度上可以被引导到二氧化碳的分解中。与我们在法国和荷兰的同事一起，我们通过实验证明了这些理论的正确性。此外，等离子体中产生的热量也有利于氧气的分离。”氧气是创造一个可呼吸环境的关键，它也是为未来火星农业生产燃料和肥料的起点。就地生产燃料将是未来任务的需要。所有这些对于未来人类在火星上的定居都是至关重要的。通过分解二氧化碳分子来生产绿色燃料和回收化学品，等离子体技术也可能有助于解决地球上的气候变化。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1305539.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1305539.htm

科学家3D打印适用人造卫星的高精度等离子体传感器

科学家3D打印适用人造卫星的高精度等离子体传感器据报道，目前，美国麻省理工学院最新研制3D打印精准等离子体传感器，该设备成本较低，且易于制造，这些数字化设备可以帮助科学家预测天气或者研究气候变化。该等离子体传感器也被称为“延迟电位分析仪(RPAs)”,被人造卫星等轨道航天器用于确定大气化学成分和离子能量分布。3D打印、激光切割流程制造的半导体等离子体传感器，由于该过程需要无尘环境，导致半导体等离子体传感器成本昂贵，且需要几个星期的复杂制造过程。相比之下，麻省理工学院最新研制的等离子体传感器仅需几天时间制造，成本几十美元。由于成本较低、生产速度快，这种新型传感器是立方体卫星的理想选择，立方体卫星成本低廉、低功率且重量轻，经常用于地球上层大气的通信和环境监测。该研究团队使用比硅和薄膜涂层等传统传感器材料更有弹性的玻璃陶瓷材料研制了新型等离子体传感器，通过在塑料3D打印过程中使用玻璃陶瓷，能够制造出形状复杂的传感器，它们能够承受航天器在近地轨道可能遇到的巨大温度波动。研究报告资深作者、麻省理工学院微系统技术实验室(MTL)首席科学家路易斯·费尔南多·委拉斯奎兹-加西亚(LuisFernandoVelasquez-Garcia)说：“增材制造会在未来太空硬件领域产生重大影响，一些人认为，当3D打印一些物体时，必须认可其性能较低，但我们现已证明，情况并非总是这样。”目前这项最新研究报告发表在近期出版的《增材制造杂志》上。多功能传感器等离子体传感器首次用于太空任务是1959年，它能探测到漂浮在等离子体中的离子或者带电粒子的能量，等离子体是存在于地球上层大气中的过热分子混合物。在立方体卫星这样的轨道航天器上，等离子体传感器可以测量能量变化，并进行化学分析，从而有助于科学家预测天气或者监测气候变化。该传感器包含一系列布满小孔的带电网格，当等离子体通过小孔时，电子和其他粒子将被剥离，直到仅剩下离子，当这些离子产生电流，传感器将对其进行测量和分析。等离子体传感器应用成功的关键是对齐网格的孔状结构，它必须具有电绝缘性，同时能够承受温度的剧烈波动，研究人员使用一种可3D打印的玻璃陶瓷材料——Vitrolite，它满足以上特性。据悉，Vitrolite材料最早出现于20世纪初，常应用于彩色瓷砖设计中，成为装饰艺术建筑中最常见的材料。持续耐用的Vitrolite材料可承受高达800摄氏度的高温而不分解，而集成电路结构的等离子体传感器中的高分子材料会在400摄氏度时开始熔化。加西亚说：“当工作人员在无尘室中制造这种传感器时，他们不会有相同的自由度来定义材料和结构，以及它们是如何相互作用，但这可能促成增材制造的最新发展。”重新认识等离子体传感器的3D打印过程陶瓷材料3D打印过程通常涉及到激光轰击陶瓷粉末，使其融合成为各种形状结构，然而，由于激光释放的高热量，该制造过程往往会使材料变得粗糙，并产生瑕疵点。然而，麻省理工学院的科学家在该制造进程中使...PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1307479.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1307479.htm

SpaceX太空旅行开启预约：最远可达火星

SpaceX太空旅行开启预约：最远可达火星值得一提的是，目前只有“地球轨道”和“国际空间站”两个目的地显示计划出行时间，分别是2024年底和2025年。但月球和火星的具体时间还暂未公布。除了预约之外，SpaceX还推出了太空旅行必备的太空服，该太空服采用了阻燃材料制成，材料是特氟龙织物，并内置了用于通信的麦克风和调节防护服压力系统的阀门。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1429196.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1429196.htm