Zmrazovací paprsek plazmatu. Kredit: University of Virginia.

Podivuhodné zmrazovací zbraně jsou oblíbenou rekvizitou padouchů, od Batmana až po Tučňáky z Madagaskaru. Nešťastné oběti v ledu bývají efektivní a zároveň tak trochu komické. Jak se zdá fyzici americké University of Virginia se shlédli v padouších a pracují na takovém zařízení, i když namísto obětí zločinů bude, doufejme, chladit elektroniku v kosmickém prostoru.

Na počátku „padoušského“ výzkumu byl pokrok ve fyzice plazmatu. Je natolik slibný, že přiměl americké letectvo, aby přidělilo750 tisíc dolarů laboratoři Experiments and Simulations in Thermal Engineering ExSiTE Lab, kterou vede Patrick Hopkins. Peníze financují tříletý projekt zabývající se vývojem technologie zmrazovacího paprsku. Prototyp zařízení postaví spinout Laser Therminal, který rovněž vede Hopkins.

Experiment s plazmovým chlazením. Kredit: University of Virginia.

Na první pohled se zdá, že používat plazma ke chlazení je jako grilovat na ledu. Plazma je obvykle ionizovaný plyn, jehož teplota může mnohonásobě převyšovat teplotu na povrchu Slunce. Plazma ale dovede překvapit. Navzdory vysoké teplotě může mít při interakci s jinými materiály chladící účinky.

Když paprsek plazmatu zasáhne cíl, dojde díky souhře fyzikálních a chemických mechanismů k odpařování vody a oxidu uhličitého. Takový proces odebírá energii a teplota objektu rychle klesá.

Patrick Hopkins.

Kredit: University of Virginia.

Není to ale úplně jednoduché. Badatelé zjistili, že když plazma zasáhne cíl, jeho teplota nejprve poklesne, ale pak se zase zvýší. Museli to řešit, protože ještě nikdo tak přesně neměřil teplotu za podobných okolností a nemohli tím pádem navazovat na starší výzkum. Zdá se, že řešením jsou pulzy plazmatu.

Americké letectvo a vesmírné síly se o tuhle technologii velice zajímají. Mají totiž problém s chlazením elektroniky ve vesmíru nebo ve velkých výškách. Obvykle se chladí vodou nebo vzduchem, což je ve vesmíru nebo blízko něj pochopitelně komplikované. Existují i další postupy, ale jsou vesměs problematické.

Plazmový zmrazovací paprsek nabízí slibnou alternativu. Vojáci si to představují tak, že na příslušném satelitu, raketě či letounu bude pracovat robotická paže, která bude vybavená senzory. Když zjistí zvýšenou teplotu na důležité elektronice, zasáhne dané místo zmrazovacím paprskem.

Výzkum je teprve v počátcích. Hopkinsův tým využívá zařízení vypůjčené od námořnictva, v němž v roli plazmatu funguje helium. Do budoucna hodlají postavit kompaktnější a lehčí prototyp a v něm využívat jako plazma jiné plyny, které by mohly být efektivnější. Nechme se překvapit.

Video: Nanoscale Heat Transfer: From Materials to Devices, by Prof. Patrick Hopkins

Literatura

New Atlas 7. 9. 2023.

ACS Nano 17: 14253–14282.