ぞっとするような画期的な進歩: 本物の背後にある科学

バージニア大学工学応用科学部、2023 年 8 月 2 日

バージニア大学のパトリック・ホプキンス教授は、宇宙船や高高度ジェット機内の電子機器を冷却するための凍結光線装置を開発しています。 この技術はプラズマに基づいており、表面を加熱する前に驚くほど冷却します。 米空軍からの75万ドルの助成金を受けて、チームはこの冷却効果を拡大し、持続させる方法を模索している。 （作者のコンセプトです。）

バージニア大学の教授は、バットマンの悪役ミスター・フリーズにヒントを得たフリーズ光線装置の作り方を発見したと信じている。 この装置は兵器ではなく、宇宙船や高高度ジェット機内の電子機器を冷却することを目的としています。

「バットマン」の悪役ミスター・フリーズが敵を「氷」にするために使用する凍結光線銃をご存知ですか? バージニア大学の教授は、実際にそれを作る方法を見つけたかもしれないと考えている。

The discovery – surprisingly based on heat-generating plasmaPlasma is one of the four fundamental states of matter, along with solid, liquid, and gas. It is an ionized gas consisting of positive ions and free electrons. It was first described by chemist Irving Langmuir in the 1920s." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">ただし、プラズマは兵器用ではありません。 機械航空宇宙工学教授のパトリック・ホプキンス氏は、宇宙船や高高度ジェット機内の電子機器用のオンデマンドの表面冷却を実現したいと考えています。

「それが今の一番の問題だ」とホプキンス氏は語った。 「搭載されている電子機器の多くは発熱しますが、冷却する方法がありません。」

米空軍は凍結光線の可能性を非常に気に入っており、この技術を最大限に活用する方法を研究するために同教授のExSiTE Lab（熱工学の実験とシミュレーション）に3年間で75万ドルの資金を提供した。

そこから、研究室はプロトタイプデバイスの製造のために、ホプキンスの UVA スピンアウト企業である Laser Thermal と提携することになります。

教授は、地球上、またはそれに近い空気中では、軍用機の電子機器は自然に冷却されることがよくあると説明しました。 たとえば、海軍は液体冷却システムの一部として海水を使用しています。 また、地上に近づくと空気が濃くなり、航空機の部品を冷却しやすくなります。

博士候補者のサラ・マカレム・ホセイニとダニエル・ハートは、プラズマ線のセットアップを観察します。 ハートさんは効果を得るためにニット帽とふわふわのジャケットを着ていますが、冷却は局所的であり、周囲の室温にはあまり影響を与えません。 クレジット: トム・コギル

しかし、「空軍と宇宙軍では、真空の宇宙にいるか、冷却できる空気がほとんどない高層大気圏にいるのです」と彼は言う。 「それで何が起こるかというと、電子機器はどんどん熱くなり続けます。 また、重量が増加し、効率が低下するため、冷却剤のペイロードを機内に持ち込むことはできません。」

ホプキンス氏は、軽量化ソリューションに向けて順調に進んでいると信じています。 彼と共同研究者らは最近、この技術やその他の技術の見通しに関する総説記事を学術誌 ACS Nano に発表しました。

私たちが毎日遭遇する物質には、固体、液体、気体の 3 つの状態が存在します。 しかし、プラズマという 4 番目の状態があります。 地球上では比較的珍しいように思えるかもしれませんが、プラズマは宇宙で最も一般的な物質の形態です。 実際、それは星が作られているものです。

Plasmas can occur when gas is energized, Hopkins said. That powers their unique properties, which vary based on the type of gas and other conditions. But what unites all plasma is an initial chemical reaction that untethers electrons from their nuclear orbits and releases a flow of photons, ions and electrons, among other energetic speciesA species is a group of living organisms that share a set of common characteristics and are able to breed and produce fertile offspring. The concept of a species is important in biology as it is used to classify and organize the diversity of life. There are different ways to define a species, but the most widely accepted one is the biological species concept, which defines a species as a group of organisms that can interbreed and produce viable offspring in nature. This definition is widely used in evolutionary biology and ecology to identify and classify living organisms." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"species./p>

“We haven’t really explored the use of different gasses yet, as we’re still working with helium,” he said. “We have experimented so far with different metals, such as gold and copper, and semiconductorsSemiconductors are a type of material that has electrical conductivity between that of a conductor (such as copper) and an insulator (such as rubber). Semiconductors are used in a wide range of electronic devices, including transistors, diodes, solar cells, and integrated circuits. The electrical conductivity of a semiconductor can be controlled by adding impurities to the material through a process called doping. Silicon is the most widely used material for semiconductor devices, but other materials such as gallium arsenide and indium phosphide are also used in certain applications." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"semiconductors, and each material offers its own playground for investigating how plasma interacts with their different properties./p>