Voor de eerste keer, ingenieurs van Caltech hebben een stabiele ring van plasma in de open lucht gecreëerd - in wezen het vangen van bliksem in een fles, maar zonder de fles.

Materie kan in vier verschillende fasen bestaan:vast, vloeistof, gas, en plasma. Plasma's zijn gemaakt van geladen deeltjes - ionen en elektronen - en komen van nature voor op aarde als bliksem, in het weerfenomeen genaamd St. Elmo's fire (waarbij tijdens storm soms gloeiende lichtbollen op puntige voorwerpen verschijnen), en in door de mens gemaakte objecten zoals fluorescentielampen en plasmasnijtoortsen.

Gebruikelijk, plasma's hebben geen duidelijk gedefinieerde eigen vormen. Bliksem volgt de weg van de minste weerstand door de lucht, het creëren van wild vertakkende structuren, terwijl door de mens gemaakte plasma's worden beperkt door vacuümkamers of elektromagnetische velden.

Als zodanig, Morteza (Mory) Gharib (PhD '83), de Hans W. Liepmann Professor of Aeronautics and Bioinspired Engineering aan Caltech, zegt dat hij verrast was toen hij en zijn team in de open lucht een stabiele ring van plasma konden genereren met alleen een stroom water en een kristalplaat. Hun bevindingen zullen worden gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences de week van 13 nov.

"We kregen van enkele collega's te horen dat dit niet eens mogelijk was. Maar we kunnen een stalring creëren en deze zo lang houden als we willen, geen vacuüm of magnetisch veld of wat dan ook, " zegt co-auteur Francisco Pereira van het Marine Technology Research Institute in Italië, een gastonderzoeker bij Caltech.

De waterstroom is een straalstraal met een diameter van 85 micron die uit een speciaal ontworpen mondstuk op 9 wordt geblazen. 000 pond per vierkante inch die de kristalplaat raakt met een botssnelheid van ongeveer 1, 000 voet per seconde. Als referentie, dat is een stroom die smaller is dan een mensenhaar dat zo snel beweegt als een kogel die uit een pistool wordt afgevuurd.

In hun studie hebben Gharib en zijn team experimenteerden met zowel kristalplaten van kwarts als lithiumniobaat, die elk het tribo-elektrische effect kunnen induceren, waarbij een elektrische lading wordt opgebouwd door wrijving met een ander materiaal. Als de jet het kristal raakt, het water zorgt voor een gladde, laminaire stroom van positief geladen ionen over het negatief geladen oppervlak. In het afschuifgebied, waar de stroom het oppervlak raakt en eroverheen stroomt, het tribo-elektrische effect veroorzaakt een hoge stroom van elektronen door het water naar het oppervlak. Deze stroom van elektronen ioniseert de atomen en moleculen in het omringende gas nabij het wateroppervlak, een donut maken, of torus, van gloeiend plasma met een diameter van tientallen micrometers en zichtbaar onder een microscoop.

Gharib en zijn team vuurden de waterstraal af op oppervlakken met verschillende texturen en ontdekten dat hoe gladder het oppervlak, hoe duidelijker de structuur van de plasmaring. De ring is stabiel, en zolang het water blijft stromen, de ring behoudt zijn vorm en grootte.

In aanvulling, ingenieurs die met het plasma werkten, merkten dat hun mobiele telefoons hoge niveaus van radiofrequentieruis ondervonden - statisch - terwijl ze zich in dezelfde kamer als het experiment bevonden. Het blijkt dat de plasmaring verschillende radiofrequenties uitzendt. "Dat is nog nooit eerder gezien. We denken dat het komt door de piëzo-eigenschappen van de materialen die we in onze experimenten hebben gebruikt, " zegt Pereira, verwijzend naar het vermogen van de materialen om elektrisch te worden gepolariseerd door mechanische spanning - in dit geval het stromen van water.

Gharib heeft patent aangevraagd op de torus-genererende techniek. Hoewel het geen directe commerciële toepassingen heeft, het vermogen om een ​​stabiele plasmaring te genereren zonder krachtige elektromagnetische velden of vacuüm suggereert het mogelijke gebruik van plasmastructuren om energie op te slaan, zegt Gharib.

Het artikel is getiteld "Toroidal plasmoid generation via extreme hydrodynamic shear".