Ученые из Университета Виргинии нашли способ охлаждения высокотехнологичной электроники на боевых самолетах с помощью плазменных лучей. Как гласит пресс-релиз, команда под руководством профессора механической и аэрокосмической инженерии Патрика Хопкинса превращает научную фантастику в реальность.
Проблема охлаждения самолетов
С развитием технологий вооружения, военные аппараты оснащаются высокотехнологичной электроникой. Во многих странах для охлаждения этих систем используется вода или воздух.
Однако для Воздушных сил США это стало проблемой из-за разреженности воздуха на высотах, где действуют американские самолеты. В верхних слоях атмосферы мало воздуха, что затрудняет охлаждение. Водяные системы охлаждения много весят, потому самолет не может брать на борт дополнительный вес жидкостных охладителей. Команда Патрика Хопкинса нашла легкое и практичное решение этой проблемы - использование плазмы.
Горячая плазма для охлаждения
Плазма, четвёртое агрегатное состояние вещества, возникает, когда газ получает большой объем энергии. В таком состоянии электроны газообразного элемента покидают свои ядерные орбиты, а само вещество начинает излучать фотоны, ионы и даже электроны. Плазму можно представить в виде луча или молнии.
Несколько лет назад Хопкинс и его сотрудник из Лаборатории исследований ВМС США, Скотт Уолтон, сделали удивительное открытие. Когда они направили фиолетовый струйный луч плазмы, созданной на основе гелия, на позолоченную поверхность, они обнаружили, что этот поток сперва охлаждает объект, а уже затем начинает нагревать его. Такое явление никогда ранее не наблюдалось, и ученым пришлось несколько раз повторить эксперименты, чтобы подтвердить правильность своих наблюдений.
После многочисленных тестов ученые пришли к выводу, что охлаждение, вероятно, происходит за счет сдувания ультратонкого слоя воды и углеродных молекул, которые присутствуют на поверхности объекта.
Этот процесс можно сравнить с потоотделением на человеческой коже. Тело выделяет пот, который испаряется и уносит с собой лишнюю тепловую энергию. А поток плазмы в такой ситуации можно сравнить с вентилятором, который ускоряет испарение пота.
Охлаждение самолетов и не только
Профессор Хопкинс считает, что этот мгновенное охлаждение может быть использовано на самолетах. Роботизированный манипулятор с плазменным излучателем может активироваться при нагреве оборудования и охлаждать его серией коротких импульсов плазменных лучей. Такое охлаждение будет работать в разы эффективнее радиаторов, которые в настоящее время используются для отвода тепла от электроники в авиационных и космических системах.
Военно-воздушные силы США уже одобрили концепцию и предоставили команде Хопкинса грант в размере $750 тыс. для продолжения исследований. На эти деньги команда планирует создать прототип устройства-охладителя.
Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Nano.
