„Promień mrożący” może chłodzić nawet w kosmosie

Znany z książek science fiction i gier komputerowych „promień mrożący” wydaje się być inspiracją dla naukowców z University of Virginia (UVA). Chodzi jednak nie o broń, a nowy sposób chłodzenia przegrzewających się urządzeń.

Profesor inżynierii mechanicznej i lotniczej Patrick Hopkins chce stworzyć metodę chłodzenia elektroniki wewnątrz statków kosmicznych i odrzutowców na dużych wysokościach. Jak zaznaczył, wiele umieszczonych na ich pokładach urządzeń elektronicznych nagrzewa się i ze względu na próżnię lub rozrzedzone powietrze nie ma możliwości ostygnięcia, w przeciwieństwie do chłodzonych przez wodę urządzeń stosowanych w marynarce czy nisko latających statków powietrznych, które pęd powietrza chłodzi wystarczająco. Nie można też zabrać na pokład odpowiedniej ilości cieczy chłodzącej – jest zbyt ciężka dla obiektów latających. Typowym rozwiązaniem jest termoprzewodząca płyta - przenosi ona ciepło do radiatorów, które je wypromieniowują. To jednak nie zawsze wystarcza.

Podczas wcześniejszych badań dotyczących ultraszybkich i bardzo dokładnych pomiarów temperatur powierzchni (na podstawie zmian w sposobie odbijania światła), Hopkins i jego współpracownik Scott Walton oz U.S. Navy Research Laboratory zaobserwowali zaskakujące zjawisko: gdy skoncentrowany strumień gorącej plazmy uderzał w powierzchnię próbki, temperatura tego obszaru najpierw spadała, a dopiero potem wzrastała. Prawdopodobnie to efekt przejścia cieniutkiej warstwy cząsteczek z powierzchni próbki w stan plazmy - w efekcie energia przechodzi z próbki do plazmy, a temperatura poddanej działaniu plazmy powierzchni spada na krótki moment (rzędu mikrosekund) o kilka stopni - co już może robić różnicę w przypadku niektórych urządzeń elektronicznych.

Materia, z którą spotykamy się na co dzień, występuje w trzech stanach: stałym, ciekłym i gazowym. Czwarty stan to zjonizowany gaz - plazma. Na Ziemi można ją spotkać rzadko - w formie błyskawic, jest też źródłem światła w neonach. Jednak plazma jest najpowszechniejszą formą materii we Wszechświecie - to z niej ukształtowane są gwiazdy.

Do początkowych eksperymentów naukowcy używali neonu jako gazu, z którego powstaje plazma. Teraz wypróbowują inne gazy oraz różne materiały oddziaływujące z plazmą, by znaleźć najkorzystniejszą kombinację chłodzącą.

Siły Powietrzne Stanów Zjednoczonych przyznały ExSiTE Lab (eksperymenty i symulacje w inżynierii cieplnej) 750 000 USD w ciągu trzech lat na zbadanie, jak zmaksymalizować technologię.

Więcej na ten temat w materiale źródłowym https://doi.org/10.1021/acsnano.3c02417

University of Virginia będzie współpracować z należącą do Hopkinsa firmą spinout UVA, Laser Thermal, w celu wytworzenia prototypowego urządzenia.(PAP)

Autor: Paweł Wernicki

pmw/ agt/