हेलिकॉन (भौतिकी)

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विद्युत चुंबकत्व में, एक हेलिकॉन एक कम आवृत्ति वाली विद्युत चुम्बकीय तरंग है जो एक चुंबकीय क्षेत्र की उपस्थिति में बंधे हुए प्लाज्मा_(भौतिकी) में मौजूद हो सकती है। देखे गए पहले हेलीकॉप्टर वायुमंडलीय व्हिस्लर_ (रेडियो) थे,[1][2] लेकिन वे ठोस संवाहकों में भी मौजूद होते हैं[3][4] या कोई अन्य विद्युत चुम्बकीय प्लाज्मा। तरंगों में विद्युत क्षेत्र हॉल प्रभाव से प्रभावित होता है, और लगभग विद्युत धारा के समकोण पर होता है (समानांतर के बजाय जैसा कि यह चुंबकीय क्षेत्र के बिना होगा); ताकि तरंगों का प्रसार घटक कॉर्कस्क्रू के आकार का (कुंडलित वक्रता ) हो - इसलिए "हेलिकॉन" शब्द पियरे ऐग्रेन द्वारा गढ़ा गया। [5] कम तापमान और उच्च चुंबकीय क्षेत्र की स्थितियों को देखते हुए हेलिकॉन में शुद्ध धातुओं के माध्यम से प्रचार करने की विशेष क्षमता होती है। एक सामान्य विद्युत चालक में अधिकांश विद्युत चुम्बकीय तरंगें ऐसा करने में सक्षम नहीं होती हैं, क्योंकि धातुओं की उच्च चालकता (उनके मुक्त इलेक्ट्रॉन मॉडल के कारण) विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र को बाहर निकालने का कार्य करती है। दरअसल, आम तौर पर एक विद्युत चुम्बकीय तरंग धातु में बहुत पतली त्वचा के प्रभाव का अनुभव करती है: धातु में प्रवेश करने की कोशिश करने पर विद्युत या चुंबकीय क्षेत्र जल्दी से परिलक्षित होते हैं। (इसलिए धातुओं की चमक।) हालांकि, त्वचा की गहराई कोणीय आवृत्ति के वर्गमूल के व्युत्क्रमानुपाती पर निर्भर करती है। इस प्रकार एक कम-आवृत्ति विद्युत चुम्बकीय तरंग त्वचा की गहराई की समस्या को दूर करने में सक्षम हो सकती है, और इस प्रकार पूरे सामग्री में फैलती है।

हेलिकॉन तरंगों की एक संपत्ति (केवल हॉल प्रभाव शर्तों और एक प्रतिरोधकता शब्द का उपयोग करते हुए अल्पविकसित गणना द्वारा आसानी से प्रदर्शित) यह है कि उन जगहों पर जहां नमूना सतह चुंबकीय क्षेत्र के समानांतर चलती है, एक मोड में विद्युत धाराएं होती हैं जो "जाती हैं" पूर्ण चालकता की सीमा में अनंत तक; ताकि ऐसे सतह क्षेत्रों में जूल ताप हानि गैर-शून्य सीमा तक हो जाए।[6][7][8] सतह मोड विशेष रूप से चुंबकीय क्षेत्र के समानांतर बेलनाकार नमूनों में प्रचलित है, एक विन्यास जिसके लिए समीकरणों के लिए एक सटीक समाधान पाया गया है, [6][9] और जो बाद के प्रयोगों में महत्वपूर्ण हैं।

सरफेस मोड के व्यावहारिक महत्व और इसके अल्ट्रा-हाई करंट डेंसिटी को मूल कागजात में मान्यता नहीं दी गई थी, लेकिन कुछ साल बाद प्रमुखता से आया जब बोसवेल[10][11] हेलिकॉन्स की बेहतर प्लाज्मा उत्पादन क्षमता की खोज की - बिना चुंबकीय क्षेत्र के, पहले के तरीकों की तुलना में 10 गुना अधिक प्लाज्मा चार्ज घनत्व प्राप्त करना।[12] तब से, हेलीकॉप्टरों को विभिन्न प्रकार के वैज्ञानिक और औद्योगिक अनुप्रयोगों में उपयोग मिला - जहां भी अत्यधिक कुशल प्लाज्मा उत्पादन की आवश्यकता थी,[13] जैसा कि परमाणु संलयन रिएक्टरों में होता है[14] और अंतरिक्ष यान प्रणोदन में (जहां हेलिकॉन डबल-लेयर थ्रस्टर[15] और चर विशिष्ट आवेग मैग्नेटोप्लाज्मा रॉकेट[16] दोनों अपने प्लाज्मा हीटिंग चरण में हेलिकॉन का उपयोग करते हैं)। प्लाज्मा नक़्क़ाशी की प्रक्रिया में हेलिकॉन का भी उपयोग किया जाता है,[17] कंप्यूटर माइक्रो सर्किट के निर्माण में उपयोग किया जाता है।[18] एक हेलिकॉन डिस्चार्ज रेडियो फ्रीक्वेंसी हीटिंग के माध्यम से प्रेरित हेलिकॉन तरंगों द्वारा प्लाज्मा का एक उत्तेजना है। एक हेलिकॉन प्लाज्मा स्रोत और एक प्रेरक रूप से युग्मित प्लाज्मा (आईसीपी) के बीच का अंतर ऐन्टेना की धुरी के साथ निर्देशित एक चुंबकीय क्षेत्र की उपस्थिति है। इस चुंबकीय क्षेत्र की उपस्थिति एक विशिष्ट ICP की तुलना में उच्च आयनीकरण दक्षता और अधिक इलेक्ट्रॉन घनत्व के साथ ऑपरेशन का एक हेलिकॉन मोड बनाती है। ऑस्ट्रेलियाई राष्ट्रीय विश्वविद्यालय, कैनबरा, ऑस्ट्रेलिया में, वर्तमान में इस तकनीक के लिए अनुप्रयोगों पर शोध कर रहा है। VASIMR नामक एक व्यावसायिक रूप से विकसित मैग्नेटोप्लाज्माडायनामिक इंजन भी अपने इंजन में प्लाज्मा के उत्पादन के लिए हेलिकॉन डिस्चार्ज का उपयोग करता है। संभावित रूप से, हेलिकॉन डबल-लेयर थ्रस्टर प्लाज्मा-आधारित रॉकेट इंटरप्लेनेटरी यात्रा के लिए उपयुक्त हैं।

यह भी देखें

  • हेलिकॉन डबल-लेयर थ्रस्टर
  • चर विशिष्ट आवेग मैग्नेटोप्लाज्मा रॉकेट

संदर्भ

  1. ↑ Storey, L. R. O. (9 July 1953) "An investigation of whistling atmospherics". Philosophical Transactions of the Royal Society A. 246 (908): 113. DOI: 10.1098/rsta.1953.0011.
  2. ↑ Darryn A. Schneider (1998). Helicon Waves in High Density Plasmas (Ph.D thesis). Australian National University.
  3. ↑ Bowers, R., Legéndy, C. R., and Rose, F. E. (November 1961) "Oscillatory galvanomagnetic effect in metallic Sodium". Physical Review Letters 7 (9): 339–341. DOI: 10.1103/PhysRevLett.7.339.
  4. ↑ B.W. Maxfield (1969). "Helicon Waves in Solids". American Journal of Physics. 37 (3): 241–269. Bibcode:1969AmJPh..37..241M. doi:10.1119/1.1975500.
  5. ↑ Aigrain, P. (1961) Proceedings of the International Conference on Semiconductor Physics (Publishing House of the Czechoslovak Academy of Science, Prague, 1961) p. 224.
  6. ↑ 6.0 6.1 Legéndy, C. R. (September 1964) "Macroscopic theory of helicons". The Physical Review 135 (6A): A1713–A1724. DOI:10.1103/PhysRev.135.A1713.
  7. ↑ Goodman, J. M. and Legéndy, C. R. (May 1964) "Joule loss in a 'perfect' conductor in a magnetic field". Cornell University Materials Science Center Report No. 201.
  8. ↑ Goodman, J. M. (15 July 1968) "Helicon waves, surface-mode loss, and the accurate determination of the Hall coefficients of Aluminum, Indium, Sodium, and Potassium". Physical Review 171 (1): 641–658. DOI: 10.1103/PhysRev.171.641.
  9. ↑ Klozenberg, J. P., McNamara, B., and Thonemann, P. C. (March 1965) "The dispersion and attenuation of helicon waves in a uniform cylindrical plasma". Journal of Fluid Mechanics 21 (3): 545–563. DOI:10.1017/S0022112065000320.
  10. ↑ Boswell, R. W. (July 1970) "A study of waves in gaseous plasmas". Ph.D. Thesis, School of Physical Sciences, Flinders University of South Australia. (http://people.physics.anu.edu.au/~rwb112/hr/index.htm#Boswell_Thesis_directory)
  11. ↑ Boswell, R. W. (October 1984) "Very efficient plasma generation by whistler waves near the lower hybrid frequency". Plasma Physics and Controlled Fusion 26 (10): 1147–1162. DOI:10.1088/0741-3335/26/10/001.
  12. ↑ Boswell, R. W. and Chen F. F. (December 1997) "Helicons – the early years". IEEE Transactions on Plasma Science 25 (6): 1229–1244. DOI: 10.1109/27.650898.
  13. ↑ Chen, F. F. (December 1996) "Helicon plasma sources" in: High Density Plasma Sources: Design, Physics and Performance, Oleg A. Popov (ed) (Elsevier-Noyes) print ISBN 978-0-8155-1377-3, ebook ISBN 978-0-8155-1789-4.
  14. ↑ Marini, C., Agnello, R., Duval, B. P., Furno, I., Howling, A. A., Jacquier, R., Karpushov, A. N., Plyushchev, P., Verhaegh, K., Guittienne, Ph., Fantz, U., Wünderlich, D., Béchu, S., and Simonin, A. (January 2017) "Spectroscopic characterization of H2 and D2 helicon plasmas generated by a resonant antenna for neutral beam applications in fusion." Nuclear Fusion 57:036024 (9pp) DOI:10.1088/1741-4326/aa53eb
  15. ↑ Charles, C., Boswell, R. W., and Lieberman, M. A. (December 2006) "Xenon ion beam characterization in a helicon double layer thruster." Applied Physics Letters 89:261503 (3 pgs) DOI: 10.1063/1.2426881.
  16. ↑ Longmier, B. W., Squire, J. P., Cassady, L. D., Ballenger, M. G. Carter, M. D., Olsen, C., Ilin, A. V., Glover, T. W., McCaskill, G. E., Chang Diaz, F. R., Bering III, E. A., and Del Valle, J. (September 2011) “VASIMR® VX-200 Performance Measurements and Helicon Throttle Tables Using Argon and Krypton.” 32nd International Electric Propulsion Conference, held in Wiesbaden, Germany, September 11–15, 2011 (Wiesbaden: IEPC-2011-156).
  17. ↑ Boswell, R. W. and Henry D. (15 November 1985) "Pulsed high rate plasma etching with variable Si/SiO2 selectivity and variable Si etch profiles". Applied Physics Letters 47 (10): 1095–1097 DOI: 10.1063/1.96340.
  18. ↑ Poulsen, R. G. (1977) "Plasma etching in integrated circuit manufacture – A review" Journal of Vacuum Science and Technology 14 (1): 266 DOI: 10.1116/1.569137
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