Resuelto el misterio del calentamiento del plasma

Reactor de plasma

Investigadores de la Universidad Ruhr en Bochum (RUB) dice haber descubierto el secreto del calentamiento de los electrones en plasmas de baja temperatura.

Los investigadores de Bochum en el Centro de Excelencia de “Ciencia y Tecnología de Plasma” (CPST) en la Universidad Ruhr dicen que esta es la respuesta a la pregunta que ha estado desconcertando a los científicos durante décadas; por qué los electrones en tales plasmas están tan calientes.

La respuesta: el comportamiento no lineal de las coberturas límite provocan que el flujo de la corriente eléctrica en el plasma oscile. Ésto da como resultado el incremento de la corriente eléctrica, y por tanto en el calentamiento del plasma. Este mecanismo anteriormente desconocido conocido como “calentamiento por resonancia electrónica no lineal” es el tema de un informe enviado por los investigadores a la revista Physical Review Letters.

Con los resultados de su investigación los Ingenieros Eléctricos de Bochum el Dr. Thomas Mussenbrock y el Prof. Ralf Peter Brinkmann (Instituto de Ingeniería Eléctrica n la Universidad Ruhr de Bochum) junto con sus colegas de la Universidad de California en Berkeley alrededor del Prof. Mike Lieberman han contribuido a la comprensión básica del conocido como plasma de baja temperatura, que ha tenido un uso industrial durante 30 años.

“Desde la década 1970 han tenido lugar vigorosos debates técnicos sobre la función del plasma, los cuales, no obstante, no han llevado a ningún resultado concluyente. En particular, no teníamos una comprensión completa del mecanismo de acoplamiento de energía”, declara Thomas Mussenbrock. “Desde que se descubrió y utilizó el plasma, han existido diferencias significativas entre las predicciones teóricas del comportamiento del plasma y las medidas reales”.

El mecanismo ahora descubierto en la Universidad Ruhr proporciona una nueva aproximación para explicar los mecanismos de calentamiento en plasmas de baja temperatura por primera vez.

¿Por qué es esto tan importante? Sin plasma, no habría Pentium, por ejemplo. Los gases excitados eléctricamente pueden usarse para formar las estructuras de los microchips eliminando o depositando materiales en el rango nanométrico. Los procesos actuales basados en plasma ya cuentan con casi la mitad de todos los pasos de procesado en el campo de la microelectrónica.

Pero la tecnología de plasma no es sólo esencial allí; también se usa en alumbrado e ingeniería ambiental y médica. Una de las características particulares de los plasmas de baja temperatura usados es el número de electrones contenido con temperaturas de aproximadamente 10 000 grados Celsius – en contraste con los iones presentes así como los átomos neutrones y moléculas, los cuales son comparativamente más fríos a temperaturas virtualmente de ambiente. Este no equilibrio térmico es lo que inicia otras reacciones químicas y procesos, haciendo que la temperatura de los plasmas de baja temperatura sea tan versátil.

La pregunta de por qué los electrones se calientan tanto a presiones muy bajas del gas, no estaba clara hasta ahora. Los investigadores del CPST ahora han demostrado con éxito el “calentamiento por resonancia electrónica no lineal” de forma teórica y experimental.

La base del mecanismo es la tendencia intrínseca del plasma a oscilar. La excitación de cierta oscilación – comenzando desde el comportamiento no lineal de la cobertura límite de del plasma – provoca una autoexcitación de la oscilación en el flujo de la corriente eléctrica en el plasma. Los estudios teóricos han demostrado que el calentamiento por resonando resonancia electrónica no lineal puede duplicar, o más, la eficiencia e la energía de acoplamiento.

Las pruebas de laboratorio en el CPST realizadas por el Prof. Uwe Czarnetzki (Departamento de Física y Astronomía) y el Prof. Peter Awakowicz (Departamento de Ingeniería Eléctrica y Tecnología de la Información) han confirmado este resultado. Los investigadores de RUB han proporcionado simultáneamente una nueva aproximación a la comprensión de cómo el plasma puede ser excitado eléctricamente para una eficiencia máxima.

“La resonancia electrónica incluso puede ser controlada específicamente para iniciar el mecanismo”, de acuerdo con Thomas Mussenbrock.


Autor: Plantilla de Noticias de ScientificBlogging.com
Fecha Original: 29 de agosto de 2008
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  1. Resuelto el misterio del calentamiento del plasma…

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