Fasilitas nasional baru di PPPL dan Universitas Princeton mengeksplorasi plasma suhu rendah untuk penggunaan inovatif

Fasilitas nasional baru di PPPL dan Universitas Princeton mengeksplorasi plasma suhu rendah untuk penggunaan inovatif


Newswise – Dari teknologi plasma untuk melawan pandemi COVID-19 hingga kendaraan masuk kembali ke Bumi yang tahan panas, para peneliti AS sedang menjajaki proyek-proyek inovatif di Fasilitas Penelitian Plasma Suhu Rendah Kolaboratif Princeton (PCRF) yang baru. Usaha patungan Laboratorium Fisika Plasma Princeton (PPPL) Departemen Energi AS (DOE) dan Universitas Princeton menyediakan akses ke diagnostik kelas dunia, alat komputasi, dan keahlian dalam fisika plasma untuk mengkarakterisasi plasma suhu rendah (LTP) – sebuah perkembangan yang pesat sumber inovasi di berbagai bidang mulai dari elektronik hingga perawatan kesehatan hingga eksplorasi ruang angkasa.

Hasil yang mengesankan

Fasilitas berusia satu tahun, dibentuk dari laboratorium LTP di PPPL dan Departemen Teknik Mesin dan Dirgantara (MAE) di Universitas Princeton, sedang mempersiapkan putaran kedua proyek kolaboratifnya. “Kami semua di PCRF sangat senang dengan hasil permohonan pertama yang mengesankan, yang menunjukkan permintaan pengguna yang luar biasa akan sumber daya penelitian PCRF dan keahlian kami,” kata fisikawan PPPL Yevgeny Raitses, peneliti utama fasilitas tersebut.

“Kami menerima 46 proposal pengguna kolaboratif untuk eksperimen dan pemodelan dari akademisi, laboratorium nasional dan industri, baik AS maupun internasional,” kata Yevgeny. “Masing-masing melalui tinjauan internal dan eksternal sebelum 14 dipilih, dengan mayoritas menerima dana tambahan dari DOE Office of Science. Kami juga menerima lima proyek jalur cepat, kurang dari dua minggu yang bertujuan untuk menguji gagasan calon kolaborator. ”

Plasma suhu rendah terdiri dari atom yang dilucuti dari elektron terluar dan termasuk inti atom, atau ion, dan atom dan molekul netral. Plasma-plasma ini mengambil namanya dari fakta bahwa sementara elektron memiliki suhu puluhan ribu derajat, konstituen lainnya tetap mendekati suhu kamar. Plasma semacam itu digunakan dalam pembuatan semikonduktor, modifikasi material, dan banyak bidang lainnya. Plasma-plasma ini berbeda dari plasma fusi di mana elektron dan ion dipanaskan hingga jutaan derajat, yang dipelajari PPPL dalam upaya untuk menangkap dan mengontrol energi fusi yang menggerakkan matahari dan bintang-bintang untuk menghasilkan listrik.

Memainkan banyak peran

Mengawasi fasilitas baru tersebut adalah Departemen Sains & Teknologi Plasma di PPPL yang dipimpin oleh fisikawan Philip Efthimion. “Menjadi tuan rumah pusat penelitian kolaboratif nasional merupakan peran penting bagi laboratorium nasional DOE,” kata Efthimion. “PCRF sangat penting bagi PPPL karena banyak perannya. Ini memperluas keahlian kami dalam plasma suhu rendah, mendukung inisiatif kami dalam mikroelektronika, memperluas basis penelitian kami, dan memberikan banyak peluang bagi staf PPPL untuk berkolaborasi dengan komunitas plasma suhu rendah di universitas, industri, dan lembaga penelitian pemerintah lainnya. ”

Berikut ini beberapa kolaborasi terkini yang dilakukan oleh para ilmuwan PPPL dan Princeton di fasilitas canggih yang baru:

• Mikhail Shneider, seorang peneliti MAE dan co-principal investigator dari PCRF, sedang mengeksplorasi pemecahan plasma dalam cairan dengan Texas A&M University-Kingsville (TAMU) di Kingsville, Texas. Kerusakan seperti itu sangat penting untuk desain sistem tenaga berdenyut yang menghasilkan daya bertegangan tinggi untuk penggunaan mulai dari pemrosesan makanan hingga kontaminasi air. “Masih ada hubungan yang hilang antara dimulainya proses dan pembentukan saluran plasma pertama,” kata Shneider. “Kami dan Prof. Xuewei Zhang dari Texas A&M sedang melakukan studi teoretis tentang tahap paling awal dari kerusakan semacam itu.”

• Peneliti PPPL Sophia Gershman dan New Jersey Institute of Technology (NJIT) sedang mengembangkan perangkat plasma suhu rendah yang inovatif untuk desinfeksi dan sterilisasi permukaan dan udara dari bakteri dan virus seperti COVID-19. Proyek ini mengembangkan teknik baru untuk menghasilkan perangkat yang dapat menangani permukaan datar atau melengkung dan mengurangi bakteri pada permukaan kaca hingga 99,99% saat bersentuhan langsung dengan perangkat. Bekerja dengan Gershman dalam proyek ini di NJIT adalah peneliti Gal Haspel dan mahasiswa pascasarjana Maria Belen Harreguy.

• Igor Kaganovich, seorang ilmuwan PPPL dan salah satu peneliti utama PCRF, mengawasi sebuah proyek dengan University of Illinois di Urbana-Champaign yang mempelajari hambatan yang mengurangi keefektifan sinar ion seperti laser. Balok semacam itu harus dinetralkan untuk menjalankan fungsi yang berkisar dari fusi kurungan inersia hingga produksi materi super panas yang diperkirakan ada di inti planet raksasa seperti Jupiter. Di University of Illinois, mahasiswa pascasarjana Nakul Nuwal dan ilmuwan Deborah Levin menggunakan kode yang mereka kembangkan untuk memodelkan perilaku elektron dalam plasma, memperluas penelitian sebelumnya di PPPL pada sumber mengejutkan dari pengurangan netralisasi.

• Peneliti Princeton Arthur Dogariu, pelopor teknik diagnostik optik tingkat lanjut,

melakukan proyek di University of Texas di Arlington (UTA) yang menandai aliran plasma berkecepatan tinggi di fasilitas arc jet – perangkat seperti terowongan angin yang menguji ketahanan panas bahan inovatif untuk kendaraan luar angkasa yang masuk kembali ke bumi untuk masuk kembali. . Bahan-bahan seperti itu akan sangat penting untuk misi pengembalian awak Bulan atau Mars, menurut tim UTA. Memimpin tim adalah Luca Maddalena dengan mahasiswa pascasarjana Daniel Palmquist dan Vijay Gopal, bersama dengan peneliti postdoctoral Davide Vigano. “Pekerjaan ini menunjukkan bahwa optik baru, teknik non-intrusif dapat digunakan untuk mengkarakterisasi aliran di terowongan jet busur dengan cara yang belum pernah dilakukan sebelumnya,” kata Dogariu.

• Shurik Yatom dari PPPL bekerja sama dengan para peneliti di Universitas Washington di St. Louis untuk menyelidiki interaksi plasma dengan cairan. Tim, dipimpin oleh Elijah Thimsen dan mahasiswa pascasarjana Trey Oldham, sedang mengeksplorasi potensi penggunaan plasma untuk elektrokimia, cabang kimia yang berhubungan dengan hubungan antara fenomena listrik dan kimia dan memiliki aplikasi yang luas. “Di PCRF kami sangat tertarik untuk menerapkan pendekatan pengukuran mutakhir untuk mengkarakterisasi plasma dan interaksinya dengan cairan,” kata Yatom. Minat dalam interaksi plasma-liquid “telah tumbuh secara eksponensial dalam beberapa tahun terakhir,” katanya, “karena kemampuan plasma untuk mendekontaminasi air dan menciptakan reaksi dalam air dan cairan yang bermanfaat bagi kedokteran, pertanian, dan bidang lainnya.”

• Raitses melakukan proyek kolaborasi dengan Kai-Mei Fu dari University of Washington pada plasma magnetisasi suhu rendah untuk memproses bahan seperti berlian untuk aplikasi jaringan informasi kuantum. Raitses juga menyelesaikan proyek jalur cepat pada karakterisasi sifat emisi elektron sekunder dari bahan isolasi dielektrik yang dipilih. ASML Holdings, pengembang dan produsen peralatan terkemuka dunia untuk industri semikonduktor, adalah pengguna kolaboratif untuk proyek ini.

Tanggapan atas permohonan kedua untuk tahun 2020, yang berakhir 11 Desember, menunjukkan permintaan yang lebih besar untuk kemampuan canggih PCRF, kata Raitses. Fasilitas ini telah menerima 54 proposal pengguna, termasuk 36 proposal eksperimental dan 18 proposal pemodelan, yang mencakup berbagai ilmu dan aplikasi plasma suhu rendah. Proposal ini berasal dari sekitar 50 entitas, terutama peneliti universitas, dengan 10 proposal dari industri ditambah sejumlah dari laboratorium nasional.

Dukungan untuk PCRF berasal dari DOE Office of Science. Fasilitas ini dikelola oleh PPPL dan terbuka untuk semua kolaborator dan pengguna.

PPPL, di Kampus Forrestal Universitas Princeton di Plainsboro, NJ, mengabdikan diri untuk menciptakan pengetahuan baru tentang fisika plasma – gas ultra-panas dan bermuatan – dan untuk mengembangkan solusi praktis untuk penciptaan energi fusi. Laboratorium ini dikelola oleh Universitas untuk Kantor Ilmu Pengetahuan Departemen Energi AS, yang merupakan pendukung terbesar penelitian dasar dalam ilmu fisika di Amerika Serikat dan bekerja untuk mengatasi beberapa tantangan paling mendesak di zaman kita. Untuk informasi lebih lanjut, kunjungi energy.gov/science.


Diposting Oleh : http://54.248.59.145/

About the author