Dispositivo de impulso de plasma

Resumen

Se ha desarrollado un dispositivo/método de impulso de plasma para proporcionar impulsos que pueden utilizarse para el empuje. Un dispositivo de campo produce campos eléctricos y magnéticos, que E×B desplaza una parte cargada en el entorno ambiental, lo que da como resultado un empuje del dispositivo de campo.

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Descripción

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

[0001]

1. Campo de la invención

[0002]

La presente invención se refiere a un método, aparato y sistema para proporcionar impulsos de plasma. Más particularmente, se refiere al uso de impulsos de plasma para proporcionar impulsos de propulsión.

[0003]

2. Información de antecedentes

[0004]

La propulsión atmosférica, en la que se utiliza el aire ambiente como medio propulsor, tiene muchas complicaciones y aspectos deseables. Los aspectos incluyen combustible casi ilimitado (se usa el aire ambiente) y pocas partes móviles. Las complicaciones surgen al derivar las condiciones necesarias para el movimiento del plasma antes de la recombinación, el consumo de energía y las condiciones de campo necesarias para un empuje suficiente.

[0005]

El uso de plasma en lugar de aire ambiente puede proporcionar velocidades de plasma superiores a las que se pueden proporcionar mediante reacciones químicas. Se puede obtener una estimación aproximada de la temperatura promedio de una reacción química debido a su temperatura convirtiendo la temperatura de los productos en equivalentes de energía y resolviendo la velocidad. La relación básica entre un plasma maxwelliano y la temperatura se puede establecer como:

\begin{matrix} mi \end{matrix}

Cra = 1 2  m.v. Cra 2 = norte d 2  KT ( 1 )

[0006]

La constante n _d es el número de dimensiones, por ejemplo, un fuerte campo magnético puede efectivamente obligar a las partículas a viajar en una dirección de modo que n _d = 1, o sin un fuerte campo magnético, la partícula puede moverse libremente en tres dimensiones, de modo que que n _d = 3; “K” es la constante de Boltzman 1,38×10 ⁻²³ J/° K, y “T” es la temperatura en grados Kelvin. Solo por simplicidad, si el producto químico es hidrógeno con una masa de un protón de 1.67 × 10 ⁻²⁷ Kg a una temperatura de 11600 K (Kelvin), la velocidad térmica unidimensional promedio es:

\begin{matrix} \begin{matrix} v \end{matrix} \end{matrix}

Cra =  norte d metro  KT =  1 1.67 × 10 - 27  ( 1.38 × 10 - 23 )  ( 11600   k . ) ≈  9790   metro  /  s ( 2 )

[0007]

Por lo tanto, la velocidad de un producto químico de hidrógeno a 11600 K es de aproximadamente 9790 m/s. Cabe señalar que las reacciones químicas típicas no ocurren a temperaturas tan elevadas, pero los sistemas de plasma sí.

[0008]

En un sistema de plasma, acelerado por la diferencia de voltaje de una batería simple de 9 voltios, el plasma de hidrógeno es acelerado por un campo eléctrico a través de una diferencia equipotencial de 9 voltios y si se supone que el ion de hidrógeno está ionizado individualmente, la aceleración del ion puede relacionado con la diferencia de potencial como:

\begin{matrix} a \end{matrix}

= F metro = qE metro = - q  ( φ 2 - φ 1 ) Maryland ( 3 )

[0009]

Donde “a” es la aceleración; “F” es la fuerza; “m” es la masa; “E” el campo eléctrico; “q” la carga (1,6×10 ⁻¹⁹ Coulomb); “d” la distancia que separa la diferencia de potencial de 9 voltios; y φ ₂ y φ ₁ son las diferencias de potencial en el punto final (potencial de 0 voltios) y el punto inicial (potencial de 9 voltios) respectivamente. Si el ion recorre la distancia completa entre los potenciales para adquirir un cambio de 9 voltios, la energía ganada se puede expresar como:

\begin{matrix} \begin{matrix} Δ \end{matrix} \end{matrix}

  ɛ =  ɛ 2 - ɛ 1 = Fd = - q  ( φ 2 - φ 1 ) = - 1.6 × 10 - 19  ( 0 - 9 ) = 9   eV =  9  ( 1.6 × 10 - 19   j ) = 1.44 × 10 - 18   j ( 4 )

[0010]

Conociendo el cambio de energía y asumiendo una energía inicial de 0, podemos calcular la velocidad del plasma de hidrógeno como:

\begin{matrix} v \end{matrix}

= 2   Δ   ɛ metro = 2  ( 1.44 × 10 - 18   j ) 1.67 × 10 - 27   Kg = 41527   metro  /  s ( 5 )

[0011]

En el ejemplo del plasma, una diferencia de potencial de plasma simple de 9 voltios puede generar velocidades de iones aproximadamente 4¼ veces mayores que un ion de combustión química a 11600K. Una velocidad 4¼ mayor representa un aumento de 3¼ veces la velocidad menor. Esto a su vez representa aproximadamente un aumento de 10½ en la energía.

[0012]

Cuando se hace referencia a plasma, lo que se quiere decir es elementos atómicos ionizados, moléculas o sustancias cargadas, para incluir fluidos, sólidos y gases. Las inestabilidades comunes del plasma son conocidas por un experto en la técnica de la física del plasma.

[0013]

El uso de sistemas de plasma para la propulsión en la atmósfera ambiente presenta varias dificultades. Además de las dificultades de ionización, mantener los productos ionizados el tiempo suficiente (tasa de recombinación) para reconocer la aceleración deseada, aplicar suficientes campos eléctricos y/o magnéticos, adquirir una densidad iónica razonable, se tienen dificultades para usar campos eléctricos y magnéticos para mover el plasma. sin que se desarrollen campos de polarización.

Aceleración de solo campo electrónico

[0014]

FIGURAS. 1A -1C ilustran las dificultades asociadas con la aceleración del campo eléctrico del plasma ; el desarrollo de campos de polarización. HIGO. 1A muestra un plasma ionizado 10 con carga neutral (iguales iones 20 y electrones 30 ) expuesto a un campo eléctrico externo 40 . Primero se aplica un campo eléctrico externo 40 para acelerar los iones 20 y los electrones 30 (Fig. 1A). Los iones 20 en el plasma 10 viajan 60 en la dirección del campo eléctrico externo 40 y los electrones 30 en la dirección opuesta 50 , hasta que se acumule carga en cualquiera de los extremos del plasma (FIG. 1B). La separación de los iones y electrones da como resultado un campo de polarización 70 , que se opone al campo externo 40 dando como resultado un campo eléctrico neto 80 menor que el campo eléctrico externo 40 . El campo de polarización 70 continúa creciendo hasta que el plasma 10 no ve ningún campo eléctrico neto 80 (FIG. 1C). El campo de polarización impide una mayor aceleración del plasma.

[0015]

La tasa de acumulación del campo de polarización depende de la movilidad de los iones y electrones. Si los electrones ganan 9 eV (un eV es un electronvoltio) para viajar a un extremo del plasma y los iones ganan lo mismo, 9 eV, los electrones se acumularán más rápido que los iones. Esto resulta de una disparidad en la masa, por lo tanto, aunque la energía ganada es la misma, el cambio de momento es diferente y, por lo tanto, los electrones tendrán una mayor velocidad. Más simplemente dicho:

ε ₊ = ε ₋ (6)

\begin{matrix} 1 \end{matrix}

2  metro +  v + 2 = 1 2  metro -  v - 2 ( 7 ) metro + metro -  v + = 42.86  v + = v - ( 8 )

[0016]

Así, el tiempo para establecer el campo de polarización está determinado por la movilidad de los electrones.

[0017]

Una forma de superar el efecto de polarización es separar los iones y los electrones y acelerar cada uno por separado. Por ejemplo, en muchos propulsores de iones, los iones se producen y aceleran en campos eléctricos. Esto funciona bien, pero gradualmente se acumula carga neta en el propulsor y, además del arco interno, se desarrolla un campo de polarización. Para evitar esto, la mayoría de los propulsores emiten electrones para minimizar o eliminar los efectos de polarización.

Aceleraciones de campo E y B y derivas de plasma

[0018]

En el estudio de la física de la fusión, las inestabilidades y las derivas del plasma son bien conocidas por los practicantes ordinariamente capacitados. Las inestabilidades y derivas del plasma a menudo son indeseables y se hace un esfuerzo para eliminarlas en los reactores de fusión. Por ejemplo, en la física de la fusión, las inestabilidades y las derivas asociadas con el plasma confinado reducen la densidad del plasma, lo que reduce la capacidad de mantener o lograr la fusión. Las derivas se definen esencialmente con respecto al campo magnético. Hay derivas paralelas al campo magnético y derivas perpendiculares. Las derivas y las inestabilidades pueden derivarse del fluido y de las ecuaciones de Maxwell.

[0019]

La ecuación de Maxwell en un medio se define como:

{flecha derecha sobre (∇)}· {flecha derecha sobre (D)}=σ (9)

\begin{matrix} \nabla \end{matrix}

⇀  × mi ⇀ = - ∂ B ⇀ ∂ t ( 10 )

{flecha derecha sobre (∇)}· {flecha derecha sobre (B)} =0 ( 11 )

\begin{matrix} \nabla \end{matrix}

⇀  × H ⇀ = j ⇀ + ∂ D ⇀ ∂ t ( 12 )

{flecha derecha sobre (D)}=ε{flecha derecha sobre (E)} ( 13 )

{flecha derecha sobre (B)}=μ{flecha derecha sobre (H)} (14)

[0020]

Estas ecuaciones gobiernan la relación entre campos eléctricos y magnéticos. La reacción del plasma a los campos eléctrico y magnético se puede expresar como una ecuación de movimiento fluida. Las ecuaciones de movimiento de electrones e iones se pueden establecer como:

\begin{matrix} Minnesota \end{matrix}

  v ⇀  t = ± es  ( mi ⇀ + v ⇀ × B ⇀ ) - KT  ∇ ⇀  norte - Minnesota   v  v ⇀ ( 15 )

[0021]

Esta ecuación se puede separar en la fuerza paralela y perpendicular a la inducción magnética. La ecuación perpendicular es:

\begin{matrix} Minnesota \end{matrix}

  v ⇀ ⊥  t = ± es  ( mi ⇀ ⊥ + v ⇀ ⊥ × B ⇀ ) - KT   ∇ ⇀ ⊥  norte - Minnesota   v  v ⇀ ⊥ ( dieciséis )

[0022]

La ecuación paralela es:

\begin{matrix} Minnesota \end{matrix}

  v ⇀ ∥  t = ± es  ( mi ⇀ ∥ ) - KT   ∇ ⇀ ∥  norte - Minnesota   v  v ⇀ ∥ ( 17 )

[0023]

El primer término de la ecuación (16) es la fuerza debida a un campo eléctrico. El segundo término es la ecuación de Lorentz, el tercer término es el término de presión (densidad de electrones n) y el cuarto término es el término de colisión (frecuencia de colisión ν).

[0024]

Tenga en cuenta que los iones y los electrones tienen diferentes fuerzas paralelas cuando se someten a un campo eléctrico solo y, por lo tanto, se separarán creando una fuerza de polarización reductora (ecuación (17)). Los términos de presión y colisión reducen la tasa de polarización.

[0025]

La ecuación de movimiento perpendicular también puede resultar en el desarrollo de campos eléctricos de polarización. Se pueden hacer varias suposiciones al usar la ecuación (16). Una suposición es que la frecuencia de colisión es lo suficientemente grande como para que el término derivado del tiempo sea insignificante, esto puede verse como la situación de estado estacionario. Si las frecuencias de colisión son lo suficientemente grandes como para que se pueda despreciar la derivada del tiempo, entonces las partículas no quedan atrapadas para girar alrededor del campo magnético y las partículas pueden escapar transversalmente al campo magnético. Esta suposición para la ecuación (16) da las ecuaciones del eje x y del eje y como (suponiendo que B se encuentra en el eje z):

\begin{matrix} Minnesota \end{matrix}

  v   v X = ± es   mi X - KT  ∂ norte ∂ X ± es   v y  B ( 18 ) Minnesota   v   v y = ± es   mi y - KT  ∂ norte ∂ y ∓ es   v X  B ( 19 )

[0026]

El coeficiente de difusión y el coeficiente de movilidad se pueden definir respectivamente como:

μ≡| e|/mν (20)

D≡KT/mν (21)

[0027]

Estos pueden sustituirse en las ecuaciones (18) y (19) y la velocidad en la dirección x y la dirección y relacionada como:

\begin{matrix} v \end{matrix}

X = ± m   mi X - D norte   ∂ norte ∂ X ± ω C v  v y ( 22 ) v y = ± m   mi y - D norte  ∂ norte ∂ y ∓ ω C v  v X ( 23 )

[0028]

dónde

ω

C = eB metro

[0029]

es la frecuencia del ciclotrón de electrones. Resolviendo para v _x y v _y , y dejando

\begin{matrix} v \end{matrix}

⇀ ⊥ = v X  i ^ + v y  j ^ , mi ⇀ ⊥ = mi X  i ^ + mi y  j ^ , ∇ ⇀  norte = ∂ norte ∂ X  i ^ + ∂ norte ∂ y  j ^ , m ⊥ = m 1 + ω C 2  τ 2 , D ⊥ = D 1 + ω C 2  τ 2 , y   τ = 1 v

[0030]

(tiempo entre colisiones), se puede expresar la velocidad perpendicular, al campo magnético, como:

\begin{matrix} v \end{matrix}

⇀ ⊥ = ± m ⊥  mi ⇀ ⊥ - D ⊥  ∇ ⇀  norte norte + v ⇀ mi + v ⇀ D 1 + ( 1 / τ 2  ω C 2 ) ( 24 )

[0031]

donde {flecha derecha sobre (v)} _E es la deriva ExB, la deriva iónica 140 y la deriva negativa 150 mostradas en la FIG. 2A, para un campo eléctrico uniforme 110 , expresado como:

\begin{matrix} v \end{matrix}

⇀ mi = mi ⇀ ⊥ × B ⇀ B 2 ( 25 )

[0032]

El ion 20 sigue un camino de tipo espiral 120 que da como resultado la deriva de ion 140 ; igualmente el electrón o partícula cargada negativamente 30 , respondiendo al campo magnético 100 y al campo eléctrico 110 , sigue de manera similar una trayectoria en espiral 130 dando como resultado la deriva negativa 150 . Tenga en cuenta que ambas derivas son iguales en magnitud y en la misma dirección. Las derivas, 140 y 150 , cuando se deben a ExB, son las únicas derivas que no dependen de la carga ni de la masa. Estas derivas serían cero si el campo eléctrico fuera paralelo al campo magnético.

[0033]

El término de presión también produce derivas 140 y 150 en respuesta al campo magnético 100 y un gradiente de presión 200 . El vector, {flecha derecha sobre (v)} _D , es la deriva diamagnética que provoca las derivas 140 y 150 que se muestran en la FIG. 2B, para un campo magnético uniforme, y se puede expresar como:

\begin{matrix} v \end{matrix}

⇀ D = - ∇ ⇀  pags × B ⇀ qnB 2 ( 26 )

[0034]

Esta deriva sería cero si el gradiente de presión fuera paralelo al campo magnético.

[0035]

Note de la ecuación (24) que cuando el valor ω _c² τ ² >>1 el movimiento de difusión disminuye, y que

D

⊥ ≈ KT   v metro   ω C 2 .

[0036]

Esencialmente, el campo magnético retarda la difusión perpendicular. Asimismo, cuando ω _c² τ ² <<2 el campo magnético tiene poco efecto sobre la difusión. Tenga en cuenta que el término de difusión es independiente de la carga y, por lo tanto, ambas cargas se mueven en la misma dirección; sin embargo, existe una dependencia de la masa y, por lo tanto, los electrones se difunden más rápido en forma perpendicular. Por lo tanto, se establece un campo de polarización 210 que ralentiza la difusión.

[0037]

Cuando se derivó la ecuación (24), se asumió que solo se aplicaba un campo eléctrico perpendicular al campo magnético, pero hablando en términos generales, una fuerza transversal a un campo magnético hará que una partícula cargada se desplace. La expresión general se expresa como:

\begin{matrix} v \end{matrix}

⇀ Deriva = 1 q  F ⇀ × B ⇀ B 2 ( 27 )

[0038]

Por lo tanto, la gravedad ejercerá una deriva perpendicular al campo magnético (reemplace F=mg 300) como se muestra en la FIG. 2C. Sin embargo, la deriva de la gravedad depende de la carga, por lo que se establecen campos de polarización. Esta deriva sería cero si el vector de aceleración magnética fuera paralelo al campo magnético.

[0039]

Un campo magnético de gradiente también tendrá una fuerza de gradiente asociada, ya que la fuerza de Lorentz tendrá el término qv×({flecha derecha sobre (r)}·{flecha derecha sobre (∇)}){flecha derecha sobre (B)}. HIGO. 2D ilustra la deriva del campo magnético del gradiente. Los iones y electrones se desplazan en direcciones opuestas, lo que da como resultado una corriente de polarización, que crea un campo eléctrico de polarización. Esta deriva sería cero si el campo magnético gradiente fuera paralelo al campo magnético.

[0040]

Otros efectos de campos magnéticos no uniformes crean derivas. HIGO. 2E ilustra la desviación de la curvatura. La desviación de la curvatura es el resultado de la fuerza que siente una partícula cuando intenta permanecer paralela a la línea del campo magnético. La fuerza centrífuga da como resultado una deriva opuesta para los iones y electrones ortogonalmente a la dirección tangencial de las líneas del campo magnético.

[0041]

Como se discutió anteriormente, surgen problemas en la plasmación de un entorno ambiental, y se han intentado métodos para evitar tal ocurrencia. En los propulsores de plasma, para uso en el espacio, el combustible se ioniza pero no el ambiente, que por la propia naturaleza del espacio no proporciona suficiente ambiente para propósitos de impulso.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

[0042]
La presente invención se comprenderá mejor a partir de la descripción detallada que se proporciona a continuación y de los dibujos adjuntos, que se proporcionan únicamente a modo de ilustración y, por lo tanto, no son limitativos de la presente invención, y en los que:
[0043]
HIGO. 1 ilustra una realización de acuerdo con el objeto de la invención para la corrección de distorsiones de fase en la formación de imágenes de las ondas que pasan a través de un objeto en tiempo real;
[0044]
HIGO. 2 ilustra una realización de acuerdo con el objeto de la invención para la corrección de distorsiones de fase en la formación de imágenes por reflexión de un objeto en tiempo real;
[0045]
HIGO. 3 ilustra una realización preferida de un dispositivo, de acuerdo con la presente invención, para la corrección de distorsiones de fase en la formación de imágenes de un objeto en tiempo real, donde el objeto está iluminado por una iluminaciónolay una banda estrechaolay donde ya seaolaes estimulado/generado por unolagenerador; y
[0046]
HIGO. 4 ilustra otra realización más de acuerdo con el objeto de la invención de un dispositivo, de acuerdo con la presente invención, para la corrección de distorsiones de fase en la formación de imágenes de un objeto en tiempo real, donde el objeto está iluminado por una iluminaciónolay un segundo objeto está iluminado por una banda estrechaolay donde ya seaolaes estimulado/generado por unolagenerador.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

[0047]
La presente invención se comprenderá mejor a partir de la descripción detallada que se proporciona a continuación y de los dibujos adjuntos, que se proporcionan únicamente a modo de ilustración y, por lo tanto, no son limitativos de la presente invención, y en los que:
[0048]
FIGURAS. 1A -1C ilustran procesos de física de plasma de fondo pero no son indicativos de ninguna referencia particular de la técnica anterior;
[0049]
FIGURAS. 2A - 2E ilustran derivas de plasma físicas de fondo pero no son indicativas de ninguna referencia particular de la técnica anterior;
[0050]
HIGO. 3 ilustra una realización preferida de un dispositivo de acuerdo con el objeto de la invención para proporcionar un impulso intencional mediante derivaciones de plasma;
[0051]
HIGO. 4 muestra una vista en sección transversal de la fig. 3;
[0052]
HIGO. 5 ilustra una realización de acuerdo con el objeto de la invención para proporcionar campos magnéticos y un mecanismo de ionización;
[0053]
HIGO. 6 ilustra aún otra realización de acuerdo con el objeto de la invención en la que el dispositivo ilustrado en la FIG. 5 está dispuesto en una disposición predeterminada;
[0054]
HIGO. 7 ilustra una sección transversal de un dispositivo de acuerdo con el objeto de la invención donde los campos magnéticos, los campos eléctricos, la ionización y las derivas de plasma dan como resultado un impulso intencional donde se utiliza una fuente de luz externa en el mecanismo de ionización;
[0055]
HIGO. 8 ilustra una sección transversal de un dispositivo de acuerdo con el objeto de la invención donde los campos magnéticos, los campos eléctricos, la ionización y las derivas de plasma dan como resultado un impulso intencional donde se utiliza una fuente de luz externa e interna en el mecanismo de ionización;
[0056]
HIGO. 9 ilustra aún otra realización de acuerdo con el objeto de la invención en la que el sistema de la FIG. 9 está dispuesto en una disposición predeterminada; y
[0057]
HIGO. 10 ilustra un dispositivo de acuerdo con el objeto de la invención en el que un sistema similar al ilustrado en la FIG. 9 está dispuesto en capas para aumentar el área superficial, proporcionando un método para proporcionar los requisitos de superficie de ionización requeridos.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

[0058]
La presente invención es un método/aparato/sistema para usar plasma para impartir un impulso intencional a un dispositivo. Donde el plasma se usa para referirse a una sustancia donde, 1.) una porción de la sustancia tiene una subporción cargada positivamente y una subporción cargada negativamente, o 2.) una porción de la sustancia tiene una subporción cargada positivamente y no hay cargada negativamente subporción, o 3.) una porción de la sustancia tiene una subporción cargada negativamente y no hay una subporción cargada positivamente. Ejemplos de plasma pueden ser gas parcial o totalmente ionizado, electrones, iones, átomos o moléculas con carga negativa, líquidos o sólidos parcial o totalmente ionizados, líquidos con carga neta positiva o negativa y otras sustancias similares.
[0059]
Una realización de la presente invención utiliza un método que proporciona un sistema de propulsión por impulsos de plasma para uso en aeronaves. Para uso en un sistema de avión, la fuente de iones o plasma en el plasma usado se puede transportar por separado o, más deseablemente, la fuente de iones puede ser el aire ambiente. Entonces, la pregunta es cómo separar las moléculas de aire en iones y electrones, acelerarlas individualmente para no producir campos de polarización y cómo hacer todo esto dentro del tiempo de recombinación después del cual no hay iones ni electrones para manipular.
[0060]
Para mantener un dispositivo de propulsión lo más simple posible, buscaremos plasmalizar el aire ambiental alrededor de la aeronave y manipularlo de forma remota. Plasmasize se refiere a la creación de plasma como se define anteriormente. Como hemos comentado, los plasmas aislados tienden a formar campos de polarización cuando se aplica un campo eléctrico externo, lo que frustra el intento de acelerar el plasma. Lo que se desea es una condición de plasma que afecte por igual a iones y electrones, a la misma velocidad y en la misma dirección (para evitar efectos de polarización).
[0061]
Otra realización preferida de la presente invención es un dispositivo dispuesto en dos dimensiones que manipula un plasma en su entorno circundante para proporcionar un impulso intencional al dispositivo, que crea los campos magnéticos y eléctricos necesarios para crear el impulso. El siguiente ejemplo ilustra dichos métodos y dispositivos de acuerdo con el objeto de la invención y describe métodos para evaluar, manipular y crear el impulso de plasma.

Ia.) Ejemplo de dispositivo de placa con fines ilustrativos

[0062]
HIGO. 3 ilustra un dispositivo de placa 530 que tiene plasma 10 encima. El campo magnético 'B' 100 puede ser un vector hacia o desde la superficie del dispositivo 530 de placa . La dirección deseada del momento 510 se imparte al dispositivo de placa 530 mediante un cambio de momento en el plasma 10 en una dirección 500 . Originalmente, el plasma 10 era aire ambiente neutro con cierta energía (por ejemplo, 0,026 eV). Aunque cualquier energía del aire ambiente sería suficiente, ya que el uso de 0,026 eV tiene fines ilustrativos para este ejemplo. el plasma 10 ha sido acelerado a velocidades de deriva por los campos Eléctrico y Magnético. En el proceso, el plasma 10 recién formado ha obtenido energía de los campos y ahora viaja a la velocidad de deriva ExB. Se pueden utilizar otras velocidades de deriva si se neutraliza o minimiza la acumulación del campo de polarización. Los campos 100 y 110 , a su vez, obtienen su energía del dispositivo de placa 530 , que genera los campos. El dispositivo de placa 530 suministra la energía necesaria para mantener los campos a través de una planta de energía (no mostrada), pero el cambio de momento en el plasma 10 generalmente se transfiere al dispositivo de placa 530 .para conservar el impulso. La placa puede ser un segmento de un ala o cubrir una parte sustancial de la nave.
[0063]
Para entender la transferencia de energía es más fácil observar la conservación de la energía entre el plasma 10 ahora a la deriva y el dispositivo 530 de placa . Suponga que el dispositivo de placa tiene una masa, M _placa , y el plasma 10 tiene una masa, M _plasma . Entonces, la conservación de la energía da: $\begin{matrix} 1 \end{matrix}$ 2  METRO plasma  V deriva 2 = Energía mi , B , pérdida + 1 2  METRO lámina  Δ   V lámina 2 ( 28 )
[0064]
La pérdida de energía en los campos 'Energy _E,B,loss ' normalmente se expresa como el teorema de Poynting: $\begin{matrix} - \end{matrix}$ ∂ ∂ t  ∫ V  ( 1 2  ɛ   mi → 2 + B → 2 2   m )    t + ∫ V  j → F · mi →    t + ∮ S  ( mi → × H → ) ·  a → ( 29 )
[0065]
La dificultad de esta ecuación es que se deriva de considerar la energía disipada en calor por unidad de volumen, que se expresa como κ={flecha derecha sobre (J)} _f ·{flecha derecha sobre (E)}. En el caso de deriva, no hay corriente neta y, por lo tanto, no debería haber pérdida de energía neta.

Ib.) Un método para obtener la velocidad del plasma alrededor del dispositivo de placa

[0066]
Otro método para obtener la velocidad del plasma es examinar la energía obtenida de un plasma 10 a temperatura ambiente. Normalmente, una molécula a temperatura ambiente tiene una energía de aproximadamente 0,026 eV. Podemos suponer que esto es mucho menor que las velocidades de deriva aceleradas, por lo que suponemos que el plasma comenzó como neutral sin velocidad inicial aproximadamente. Derivando el cambio en la velocidad de la placa debido a la deriva del plasma tenemos: $\begin{matrix} \sqrt{METRO} \end{matrix}$ plasma METRO lámina  V deriva ≈ Δ   V lámina ( 30 )
[0067]
_{El plasma} M es la masa del plasma que se aceleró desde la temperatura ambiente (se supone que la velocidad = 0 en este ejemplo, aunque se puede usar cualquier velocidad, incluso una mayor que la velocidad de deriva E×B) a la velocidad de deriva E×B. Hay varias formas de ver esto, una forma es mirar el tiempo de recombinación (τ). El plasma que se está acelerando existe solo durante el tiempo de existencia de ese plasma. Cualquier plasma generado en un período de tiempo definido por el tiempo de recombinación puede acelerarse a la velocidad E×B. Un plasma recién formado será acelerado a la velocidad E×B dentro de un movimiento de giro ya que la velocidad de deriva E×B es la deriva del centro de guía. Por lo tanto, si el período de giro $($ T gramo - = 2  π ω gramo - = 2   π   metro mi   B , T gramo + = 2  π ω gramo + = 2   π   metro mi   B  ( METRO metro ) )
[0068]
de la partícula más lenta, es menor que el tiempo de recombinación de esa partícula, entonces la partícula alcanzará, posiblemente, la velocidad promedio de la deriva E×B. Así que nos quedan tres condiciones generales, condición 1, τ _{recombinación} >T _g− ; condición 2, τ _{recombinación} ≈T _g− ; y condición 3, τ _{recombinación} <T _g− .
[0069]
No es que el diseño de cualquier dispositivo de propulsión pueda controlar qué condición es aplicable ya que los campos magnético y eléctrico son variables controlables. Por lo tanto, hay tres condiciones asociadas para el campo magnético necesario para establecer la condición deseada. Las condiciones de campo magnético asociadas son, $\begin{matrix} condición \end{matrix}$   1 , B > ( 2  π   metro mi   τ = 2   π   v recombinación mi ) ; ( 31 ) condición   2 , B ≈ ( 2  π   metro mi   τ = 2   π   v recombinación mi ) ; ( 32 ) condición   3 , B < ( 2  π   metro mi   τ = 2   π   v recombinación mi ) . ( 33 )
[0070]
Si el tiempo de recombinación es mayor que el tiempo de colisión, τ _{recombinación} > τ, entonces el movimiento giroscópico se interrumpe y debemos observar los tiempos de colisión. Si las colisiones son dominantes sobre la recombinación, la ecuación (24) muestra que la deriva E×B se reduce por el factor $($ 1 / 1 + 1 τ 2  ω gramo 2 ) .
[0071]
Si una de las partículas de plasma experimenta una aceleración, una colisión interrumpirá esa aceleración. Si asumimos que una colisión interrumpe efectivamente el movimiento giroscópico de la partícula, entonces deberíamos examinar la frecuencia de colisión en lugar del tiempo de recombinación si deseamos que ocurra un movimiento giroscópico completo antes de la interrupción. Las condiciones sobre el campo magnético tendrán la misma forma pero con la frecuencia de colisión (preferiblemente la frecuencia de colisión de menor tiempo con respecto a la partícula en cuestión) reemplazará la tasa de recombinación. Tenemos entonces: $\begin{matrix} condición \end{matrix}$   1 , B > ( 2  π   metro mi   τ = 2   π   v colisión mi ) ; ( 34 ) condición   2 , B ≈ ( 2  π   metro mi   τ = 2   π   v colisión mi ) ; ( 35 ) condición   3 , B < ( 2  π   metro mi   τ = 2   π   v colisión mi ) . ( 36 )
[0072]
Para examinar la velocidad final del plasma generado, observamos la ecuación de aceleración general como: $\begin{matrix} V \end{matrix}$ final = ( V ExB - V inicial T gramo ± ) · T más corto ( 37 )
[0073]
T _{más corto} es el más corto de los tiempos τ, τ _{recombinación} , o T _g± donde T _g± es el giro-período de la partícula particular en cuestión. Este método o procedimiento se puede utilizar para obtener la velocidad general del plasma.

Ic.) Formación de plasma por encima del dispositivo de placa

[0074]
Para la generación de plasma en estado estacionario se puede usar la ecuación de continuidad. La ecuación de continuidad variable en el tiempo es: $\begin{matrix} \partial \end{matrix}$ norte ∂ t - D   ∇ 2  norte = S - L ( 38 )
[0075]
'D' es el coeficiente de difusión, 'S' es la función de fuente, 'L' es la función de pérdida y 'n' es la densidad del plasma. Tenga en cuenta que normalmente consideramos que las densidades de electrones e iones son iguales n _e =n _i . Sin embargo, este no es el caso de la ionización provocada por impacto de electrones, donde los electrones proceden de una fuente externa, por lo que la densidad de carga igual no es una limitación del presente dispositivo y/o método.
[0076]
Para la condición de estado estacionario, la ecuación (38) se convierte en: $\begin{matrix} \nabla \end{matrix}$ 2  norte = ( S - L ) D ( 39 )
[0077]
Para la ionización de una placa, tal como se muestra en la FIG. 3, donde los electrones ionizantes son emitidos desde la superficie de la placa, tenemos la ecuación general: $\begin{matrix} \partial \end{matrix}$ 2  norte  2  s  = - ( S - L ) D  d   ( 0 ) ( 40 )
[0078]
δ(0) es la función delta, y s ₈₁ es la distancia desde la superficie de la placa, en dirección paralela a lo largo de la línea del campo magnético; la condición de contorno adicional es que la derivada parcial en el espacio se convierta en 0 en la fuente $\partial$ 2  norte ∂ 2  s  = 0.
[0079]
La solución es de la forma: $\begin{matrix} norte \end{matrix}$ = norte 0  ( 1 -  s   d yo ) ( 41 )
[0080]
δ _I es la máxima profundidad de penetración de los electrones ionizantes. δ _I está determinada por las colisiones de los electrones ionizantes con el gas ambiental, los iones y los electrones, y 'n ₀ ' es la densidad del plasma justo encima de la placa. La función fuente 'S' es una función de la densidad de electrones ionizantes n _e , que varía con la profundidad sobre la placa. Suponemos por simplicidad que la densidad de ionización de electrones permanece igual desde la placa hasta δ _I esto en realidad subestima la densidad de los electrones ionizantes más lejos de la placa, ya que en el primer evento de ionización el electrón se desacelera, cuando el electrón se desacelera, la densidad se acumulará en esa región hasta que el flujo hacia una región sea igual al que sale. Así que esta suposición subestima la ionización existente.
[0081]
Una forma de visualizar lo que está pasando es observar un electrón ionizante individual con energía inicial E ₋ y seguir su trayectoria a lo largo de la línea del campo magnético. Un electrón ionizante choca con electrones en un neutro. Si la colisión es de cierta energía, existe la probabilidad de que ocurra un evento de ionización. La frecuencia del evento de ionización se puede relacionar con la tasa de ionización K _ionización , que a menudo se mide en experimentos de laboratorio. Por ejemplo, la formación de iones de oxígeno puede pasar por varios pasos químicos, la ecuación general para la formación de iones que relaciona la frecuencia de colisión ν y la constante de velocidad K es:
ν=n _gramo K (42)
[0082]
'K' es la constante de velocidad en (cm ³ /s), 'n _g ' es la densidad del gas. Aunque se usa oxígeno en todos los ejemplos presentados en este documento, el presente dispositivo y método no se limitan a la formación de plasma en un entorno de oxígeno. El plasma de fluido de carga también sería aplicable y los métodos de evaluación serían similares con ligeras modificaciones teniendo en cuenta la densidad, la profundidad de ionización o la profundidad de deposición o penetración de la carga. Además, se puede crear un plasma dentro de la sustancia y no en la superficie de la sustancia, por ejemplo, una combinación de haces puede cruzarse dentro de una sustancia y el punto de intersección logra las condiciones deseadas para la ionización, que depende de las funciones de trabajo de la sustancia.
[0083]
Para la ionización electrónica del oxígeno, O ² , las tasas generales se expresan en la Tabla 1, donde T _e es la temperatura del electrón del electrón ionizante en voltios, y T _kelvin es la temperatura del electrón ionizante en Kelvin donde 1 eV=11600K. Los valores de la Tabla 1 suponen un electrón ionizante de 1 voltio a 7 voltios, utilizaremos las tasas que se muestran en la Tabla 1 generalmente con fines ilustrativos fuera de este rango, y el presente método y los dispositivos de acuerdo con la presente invención no se limitan a estos rangos. .
[0084]
La expresión general para la pérdida de energía de un electrón ionizante es:
E ₋ ( t )= E ₀−K _Ionizaciónn _gt−K _Excitaciónn _gt−K _Disociaciónn _gt−K _Momenton _gt (43)

[0085]

TABLA 1


Constantes de velocidad para O ²

(1) e + O ₂ → Δ cantidad de movimiento	4,7 × 10 ⁻⁸ T _y^{0,5 pulgadas} (cm ³ /s)
(2) e + O ₂ → 2O + e	4,2 × 10 ⁻⁹ e ^(−5,6/T^_e ) en (cm ³ /s)
(3) e + O ₂ → O + O ⁺ + 2e	5,3 × 10 ⁻¹⁰ T _e^0,9 e ^(−20/T^_e ) pulgadas (cm ³ /s)
(4) e + O ₂ → O ₂⁺ + 2e	9,0 × 10 ⁻¹⁰ T _e^0,5 e ^(−12,6/T^_e ) pulgadas (cm ³ /s)
(5) e + O → O ⁺ + 2e	9,0 × 10 ⁻⁹ T _e^0,7 e ^(−13,6/T^_e ) pulgadas (cm ³ /s)
(6) e + O ₂⁺ → 2O	5,2 × 10 ⁻⁹ /T _e in (cm ³ /s)
(7) O ⁺ + O ₂ → O + O ₂⁺	2,0 × 10 ⁻¹¹ (300/T _kelvin ) ^0,5^pulgadas (cm3 /s)
(8) e + O ₂ → O ₂ * + 2e	1,7 × 10 ⁻⁹ e ^(−3,1/T^_e)

[0086]
Esencialmente, un electrón ionizante con energía inicial E ₀ perderá energía con el tiempo a medida que se ioniza, excita, transfiere impulso y se disocia. Para las tasas anteriores, la ecuación para la pérdida de energía de un electrón desde la superficie de la placa es: $\begin{matrix} MI_ \end{matrix}$  ( t ) = mi 0 - t  [ ( k yo  ( 3 )  norte g0 2  Δ   mi ( 3 ) ) - ( k yo  ( 4 )  norte g0 2  Δ   mi ( 4 ) ) - ( k yo  ( 5 )  norte g0  Δ   mi ( 5 ) ) - ( k mi  ( 8 )  norte g0 2  Δ   mi ( 8 ) ) - ( k d  ( 2 )  norte g0 2  Δ   mi ( 2 ) ) - ( k metro  ( 1 )  norte g0 2  Δ   mi ( 1 ) ) ] = mi 0 - α   t ( 44 )
[0087]
Suponiendo que se emite un electrón desde la placa, la profundidad de penetración sobre la placa se puede relacionar y se puede determinar resolviendo la ecuación (44) para el caso en que $α$ = mi 0 t d yo
$\begin{matrix} mi \end{matrix}$ 0 α = t d yo ( 45 )
[0088]
Aunque la emisión de electrones desde la placa se utiliza para la formación de plasma ambiental, la estimulación del entorno ambiental para formar plasma puede lograrse mediante otros métodos destinados a ser incorporados en la presente invención como equivalentes. Por ejemplo, la radiación ultravioleta se puede enfocar y usar para formar plasma en el aire ambiente, en tal caso, los electrones no tendrían que ser emitidos desde la superficie de la placa.
[0089]
Considerando la formación de electrones de plasmas, por ejemplo: suponga que los electrones emitidos desde la superficie utilizada en la formación de plasma tienen una energía de 102 eV, aunque el presente dispositivo no está limitado a ninguna energía de electrones de formación de plasma. Para determinar el tiempo, t _δ _yo, consideraremos el caso simple de ionización O ^{2+ .}Un análisis más complicado debería utilizar la ecuación (44). Para la ionización de O ²⁺ con un electrón ionizante de 102 eV, el costo de energía por ionización es de aproximadamente 12-17 eV, lo que incluye disociación, excitación, transferencia de cantidad de movimiento e ionización. Para determinar la profundidad de penetración podemos resolver el tiempo usando K _I(4) . La expresión está usando 17 eV: $\begin{matrix} \begin{matrix} mi \end{matrix} \end{matrix}$ 0 k 1  ( 4 )  norte g0 2  Δ   mi Cra =  102   mi   V 9.0 × 10 - 10  T mi 0.5   ( - 126 / T mi )  ( 2.5 × 10 19 / cm 3 )  ( 17   mi   V ) ≈  3.0 × 10 - 11  segundo = t d t ( 46 )
[0090]
Donde 'n _gO² ' es la densidad numérica en 1 atmósfera (1 ATM). Tenga en cuenta que con una energía inicial de 102 eV, un electrón ionizante puede ionizar 6 neutros. Usando la ecuación (46), la profundidad de penetración se puede expresar en relación con la velocidad promedio del electrón ionizante (51 eV) como: $\begin{matrix} d \end{matrix}$ yo = t d yo  V Cra = ( 3.0 × 10 - 11  segundo )  ( 2  ( 51   mi   V  ( 1.6 × 10 - 19  j / mi   V ) ) 9.11 × 10 - 31  Kg ) ≈ 1.3 × 10 - 4  metro ( 47 )
[0091]
Lo que esencialmente coloca la región de ionización en la capa límite de una placa con un fluido que fluye por encima.
[0092]
Para calcular los campos necesarios para crear un empuje apreciable sobre una placa de área "A", necesitamos calcular la densidad del plasma sobre la placa. Para hacer esto, nuevamente veremos solo la relación simplificada en la Tabla 1 de ionización de O ²⁺ y recombinación de O ^{2+ .}Se puede hacer un análisis más profundo, usando la interacción de las ecuaciones en la Tabla 1, para un análisis más detallado, que dejamos para la experimentación simple. La ecuación (4) y la ecuación (6) de la Tabla 1 se pueden equiparar para el estado estacionario como: $\begin{matrix} \partial \end{matrix}$ norte mi + O   2 → 2  mi + O   2 +  t ≈  norte mi + O   2 + → O   2  t ( 48 )
norte e norte _O2 K _I(4) =n e _norte_O2₊ K _R(6) (49)
[0093]
El O ₂⁺ ionizado y la densidad original de O _{2 de 2,5 × 10}¹⁹ /cm ³ se pueden relacionar como:
n _O2 ( t =0)= n _O2 ( t )+ n _O2+ ( t ) (50)
2,5×10 ¹⁹/cm ³=n _O2+n _O2+ (51)
[0094]
Usando las ecuaciones (49) y (51) podemos resolver la densidad de estabilidad del plasma de O ₂₊ sobre la placa como: $\begin{matrix} norte \end{matrix}$ O   2 +  ( t ) estabilidad = ( k yo  ( 4 ) k yo  ( 4 ) + k R  ( 6 ) ) × norte O   2  ( t = 0 ) ( 52 )
[0095]
Para este ejemplo ilustrativo de un dispositivo de placa asumimos un electrón ionizante de energía promedio 51 eV (51 eV representa un electrón ionizante que comienza en 102 eV y termina en 0 eV), tenemos para las tasas:
K _I(4) =9,0×10 ⁻¹⁰T _e^0,5e ^(−12,6/T^_e⁾ ≈5,0×10 ⁻⁹ ( cm ³/seg ) (53)
K _R(6) =5,2×10 ⁻⁹/T _e ≈1,0×10 ⁻¹⁰ ( cm ³/seg ) (54)
[0096]
$\begin{matrix} norte \end{matrix}$ O2 +  ( t ) estabilidad = ( 50 / 51 ) · 2.5 × 10 19 / cm 3 ≈ 2.5 × 10 19 / cm 3 ( 55 )
[0097]
Hemos asumido por simplicidad que las otras ecuaciones no se aplican para poder obtener una respuesta aproximada, pero no podemos asumir que el flujo de plasma es cero. Queremos que el plasma fluya de acuerdo con la deriva E×B. Para examinar más a fondo el empuje sobre una placa, ahora debemos incluir el movimiento del plasma. Ya hemos determinado que la capa de ionización es del orden de 0,1 mm para el ejemplo ilustrativo. Si tenemos una placa de área "A" con ancho "w" y largo "L" y asumimos que el plasma E×B se desplaza paralelo a la placa y la dirección del ancho, podemos reescribir la ecuación (49) como:
norte e norte _O2K _I(4)=n e _norte_O2₊K _R(6) +100 V _E×Bnorte _O2+Lδ _I (56)
[0098]
La ecuación (56) contiene un término de flujo de plasma, que representa el plasma que sale de la placa y ya no es susceptible a los campos eléctricos y magnéticos aplicados. El segundo término tiene un factor de 100, que convierte la velocidad de deriva E×B en cm/seg. En aras de la simplicidad, supondremos que la densidad electrónica es el doble de la densidad iónica (un electrón inicial y un electrón ionizado), n _e =2n _O2+ . Combinando las ecuaciones (50) y (56) tenemos: $\begin{matrix} norte \end{matrix}$ O2 + = ( k R  ( 6 ) k R  ( 6 ) + k yo  ( 4 ) )  [ norte O2  ( t = 0 ) - 50  V mi × B  L   d yo k yo  ( 4 ) ] ( 57 )
[0099]
Donde V _E×B es la deriva E×B y tiene un valor $V$ mi × B =  mi B 
[0100]
donde “E” es el campo eléctrico en Voltios/metro, y B es la inducción magnética en Teslas; V _E×B está entonces en metros/seg.

2a.) Ejemplo ilustrativo de empuje E×B para una placa en 1 Atm

[0101]

HIGO. 3 ilustra el campo general y la orientación del plasma que hemos discutido hasta ahora. De acuerdo con las secciones anteriores, supondremos que se mantienen los valores de la Tabla 2, aunque se pretende que varios valores asociados con gases, líquidos y sólidos estén dentro del objeto de la presente invención. La siguiente invención tiene fines ilustrativos.

TABLA 2


Valores de ejemplo

Presión = 1 ATM = 760 Torr

n _g = n _O2 = η(2,5 × 10 ¹⁹ /cm ³ ) donde η es una fracción de una atmósfera

K _coll(1) ≈ 4,7 × 10 ⁻⁷ cm ³ /seg

K ₁₍₄₎ ≈ 5,0 × 10 ⁻⁹ cm ³ /seg de la Tabla 1

K _R(6) ≈ 1,0 × 10 ⁻¹⁰ cm ³ /seg de la Tabla 1

E = 10000 voltios/metro

B = 1,0 tesla

largo = 1,0 cm

A = 1 cm ²

E_ (t = 0) = 102 eV

V ^aceptable_ExB = γV _ExB = 1,0 × 10 ⁻⁴ V _ExB

[0102]
El empuje para una placa de 1 cm ² se puede resolver en una serie de pasos. Como hemos dicho, la fuerza del campo magnético generado determina en qué lugar de la atmósfera puede operar un vehículo que utilice este sistema de propulsión. El factor η se puede resolver para obtener la fracción de atmósferas que la intensidad de campo B particular permitirá operar a la V _{E × B} aceptable . la relación es: $\begin{matrix} γ \end{matrix}$ ≡ ( 1 + 1 τ 2  ω gramo 2 ) = ( 1 + v col 2 ω gramo 2 ) = ( 1 + norte O2 2  η 2  k C  ( 1 ) 2  metro ion 2 q 2  B 2 ) ( 58 )
[0103]
Por lo tanto, la atmósfera fraccionada se puede resolver como: $\begin{matrix} η \end{matrix}$ = qB  ( γ - 1 ) 1 / 2 norte O2 1   Cajero automático  k C  ( 1 )  metro O2 + ( 59 )
[0104]
Dados los valores de la Tabla 2, podemos resolver la ecuación (59) para obtener la atmósfera fraccional en la que una intensidad de campo magnético de 1 Tesla nos dará la velocidad de deriva E×B deseada. Usando los valores de la Tabla 2 obtenemos, η≈5.1×10 ⁻⁵ , o n _O2 (t=0)≈1.27×10 ¹⁵ /cm ³ . Ahora podemos calcular el tiempo de penetración de los electrones ionizantes t _δ _yo. $\begin{matrix} \begin{matrix} mi \end{matrix} \end{matrix}$ 0 k yo  ( 4 )  norte Vamos 2  Δ   mi Cra =  102   eV ( 5.0 × 10 - 9   cm 3  /  segundo )  ( 1.27 × 10 15 / cm 3 )  ( 17   eV ) ≈  9.45 × 10 - 7   segundo = t d yo ( 60 ) d yo = t d yo  V Cra = ( 9.45 × 10 - 7   segundo )  ( 2  ( 51   eV  ( 1.6 × 10 - 19   j / eV ) ) 9.11 × 10 - 31   Kg ) ≈ 4   metro ( 61 )
[0105]
Como podemos ver, a mayores altitudes, la profundidad de penetración es mayor. Suponemos aquí que los campos eléctrico y magnético penetran los 4 metros, aunque el campo eléctrico en realidad disminuirá en un factor de 9. Ahora podemos resolver la densidad de iones estables como: $\begin{matrix} \begin{matrix} norte \end{matrix} \end{matrix}$ O2 + =  ( k R  ( 6 ) k R  ( 6 ) + k yo  ( 4 ) )  [ norte O2  ( t = 0 ) - 50  V mi × B  L   d yo k yo  ( 4 ) ] =  ( 50 51 )  [ 1.27 × 10 15 / cm 3 - 50  ( 1 )  4 5 × 10 - 9 / cm 3 ] =  1.245 × 10 15 / cm 3 ( 62 )
[0106]
Ahora podemos calcular el delta V impartido a la placa de 1 cm ^{2 .}Asumiendo una masa de placa de 10 gramos y usando la ecuación (30) tenemos: $\begin{matrix} \begin{matrix} \sqrt{METRO} \end{matrix} \end{matrix}$ plasma METRO lámina  V deriva ≈  Δ   V lámina ≈  A   d yo  norte o2 +  dieciséis  ( 1.67 × 10 - 27 ) 1.0 × 10 - 2   1   metro  /  segundo ≈  1.15 × 10 - 3   metro  /  segundo ( 63 )
[0107]
Supongamos que deseamos tener un ΔV _placa ≈ΔV _vehículo ≈1.0×10 ⁴ m/seg para un vehículo de 10,000 Kg, ¿qué área se necesita? Podemos reorganizar la ecuación (63) para resolver el área necesaria. La expresión es: $\begin{matrix} \begin{matrix} A \end{matrix} \end{matrix}$ =  ( METRO vehículo  Δ   V vehículo 2 d yo  norte O2 +  metro O2 + )  ( γ V mi × B ) 2 ≈  ( 10000  ( 1.0 × 10 4 ) 2 4  ( 1.245 × 10 15 )  dieciséis  ( 1.67 × 10 - 27 ) )  ( 1 ) 2 ( 64 )
[0108]
Dando un área de A=7.5×10 ¹⁷ m ² . El área se puede disminuir con el aumento del campo magnético.
[0109]
HIGO. 4 ilustra una sección transversal del dispositivo de placa del ejemplo ilustrativo anterior. La placa genera un campo eléctrico 110 y un campo magnético 600 , por ejemplo mediante tiras conductoras a través de la placa a varios voltajes para el campo eléctrico 110 y bobinas o imanes permanentes para el campo magnético 600 . Los campos magnéticos 600 pueden tener una intensidad variable cerca de la placa, lo que da como resultado fuerzas de espejo que provocan movimientos de reflexión de plasma 610 y 620 en el plasma 10 , lo que da como resultado un movimiento de plasma neto 500 no paralelo al dispositivo de placa 530 . creando un movimiento no paralelo del dispositivo de placa 510 .
[0110]
HIGO. 5 ilustra una realización 700 de acuerdo con el objeto de la invención para proporcionar campos magnéticos 740 y un mecanismo de ionización 720 . Los electrones que producen plasma o la luz se emiten desde la periferia de una fuente de campo magnético 710 , que puede tener un tamaño micromecanizado. La fuente del campo magnético puede ser magnética permanente (para incluir imanes de superconductividad enfriados por radiación o con refrigerante, no mostrados), una bobina con corriente o una combinación de ambos.
[0111]
HIGO. 6 ilustra aún otra realización de acuerdo con el objeto de la invención que crea un dispositivo de placa 530 en el que el dispositivo ilustrado en la FIG. 5 está dispuesta en una disposición predeterminada. No se muestra una diferencia de potencial entre los extremos de la placa que crea un campo eléctrico. El campo eléctrico se puede mover para variar la dirección del movimiento del plasma. El campo eléctrico se puede crear a través de tiras conductoras a potenciales relativos variables.
[0112]
HIGO. 7 ilustra una sección transversal de un dispositivo 800 de acuerdo con el objeto de la invención donde los campos magnéticos 870 , los campos eléctricos 900 , las regiones de formación de plasma 860 dan como resultado derivas de plasma que crean un impulso intencional donde se utiliza una fuente de luz externa 820 en el mecanismo de ionización. La fuente de luz externa podría ser un láser remoto u otra fuente tal como luz ultravioleta natural que ingresa al dispositivo 800 , posiblemente a través de estructuras inhibidoras de reflexión 820 (del orden de la longitud de onda de la luz incidente). La luz 810 que ingresa al dispositivo se canaliza a través de las diferencias de propiedades entre la sección 830 y 840 , por ejemplo índice de diferencia de refracción o un revestimiento reflectante en la interfaz de la sección 830 y 840 , a una lente colimadora 850 , que puede ser de tamaño micro. La lente de colimación podría retirarse si la sección 830 tiene propiedades de índice de refracción variables que logran efectivamente el mismo resultado. Asimismo, la estructura inhibidora de la reflexión 820 también se puede eliminar siempre que la absorción de la radiación de luz incidente sea suficiente para el proceso de formación de plasma. Los campos eléctricos son producidos por diferencias de potencial entre regiones conductoras 890 y los campos magnéticos son producidos por fuentes de campo magnético.880 .
[0113]
HIGO. 8 ilustra una sección transversal de un dispositivo 1000 de acuerdo con el objeto de la invención similar al que se muestra en la FIG. 7 pero con una fuente de radiación 910 de luz interna 920 . Como en la fig. 7, la radiación se enfoca en una región de formación de plasma 860 , donde la intensidad y la energía son suficientes para crear la densidad de plasma necesaria, calculada utilizando métodos similares a los descritos anteriormente con respecto al ejemplo ilustrativo.
[0114]
HIGO. 9 ilustra aún otra realización de acuerdo con el objeto de la invención en la que el sistema de la FIG. 9 está dispuesto en una disposición predeterminada formando un dispositivo de placa. Cabe señalar que la presente invención no se limita a una forma de placa bidimensional. Se pueden utilizar varias superficies curvas, por ejemplo, el revestimiento de un avión podría formar el dispositivo de impulso de plasma, o el revestimiento de un submarino. La forma no pretende ser limitativa de la invención sino únicamente ilustrativa.
[0115]
HIGO. 10 ilustra un dispositivo 300 de acuerdo con el objeto de la invención en el que un sistema de dispositivo de placa similar al ilustrado en las discusiones anteriores está dispuesto en capas para aumentar el área de superficie, proporcionando un método para proporcionar los requisitos de superficie deseados. Tal disposición se puede usar para crear un motor sin usar la piel del vehículo.
[0116]
De acuerdo con la presente invención, se pueden realizar muchas variaciones en el diseño de incorporar el uso de derivación ExB de plasmas para proporcionar un impulso intencional. Será obvio para un experto en la materia variar la invención así descrita. Dichas variaciones no deben considerarse como desviaciones del espíritu y alcance de la invención, y todas las modificaciones que serían obvias para un experto en la técnica están destinadas a estar incluidas dentro del alcance de las siguientes reivindicaciones.

Reclamaciones (8)
Ocultar dependiente

Reclamamos:

1 . Un sistema de impulso de plasma que comprende:

un dispositivo de campo, en el que dicho dispositivo de campo proyecta campos magnéticos y eléctricos en un medio que rodea a dicho dispositivo de campo, donde el medio tiene un plasma, donde los campos eléctrico y magnético están en ángulos vectoriales predeterminados entre sí en una región reactiva, y producir una deriva ExB en una parte del plasma creando un impulso en dicho dispositivo de campo, moviendo dicho dispositivo de campo.

2 . El sistema de impulsos de plasma de

reclamo 1

, en el que el plasma del medio se produce mediante un dispositivo de producción de plasma.

3 . Un sistema de impulso de plasma según

reclamo 1

, en el que dicho dispositivo de campo comprende:

una superficie;

bobinas, en las que dichas bobinas están incrustadas en dicha superficie, y dichas bobinas producen un campo magnético deseado cuando las corrientes circulan por dichas bobinas; y

tiras conductoras, en las que se crean diferencias de potencial a través de dichas tiras para producir el campo eléctrico deseado.

4 . Un sistema de impulso de plasma según

reclamo 1

, en el que dicho dispositivo de campo comprende:

una superficie;

imanes permanentes, en los que dichos imanes están incrustados en dicha superficie, y dichos imanes producen un campo magnético deseado; y

5 . Un sistema de impulso de plasma según

reclamo 2

, en el que dicho dispositivo de producción de plasma comprende:

una superficie, donde la radiación entra en dicha superficie y se vuelve a emitir al entorno ambiental creando el plasma.

6 _ Un sistema de impulso de plasma según

reclamo 2

, en el que dicho dispositivo de producción de plasma comprende:

una superficie; y

una fuente de radiación interna, en la que dicha fuente de radiación interna produce radiación que se emite al entorno ambiental creando el plasma.

7 . Un método para mover un dispositivo de campo que comprende:

generar campos eléctricos y magnéticos en una región reactiva en un medio, donde el medio rodea un dispositivo de campo, donde el dispositivo de campo genera los campos eléctricos y magnéticos, y donde los campos eléctricos y magnéticos están en ángulos vectoriales predeterminados entre sí en la región reactiva;

generar un plasma en la región reactiva; y

E×B derivando una porción del plasma usando dichos campos magnéticos y eléctricos, creando la deriva E×B un impulso en el dispositivo de campo, moviendo el dispositivo de campo.

8 Un sistema de impulsos de plasma que comprende:

un medio de producción de campo, en el que dicho medio de producción de campo proyecta campos magnéticos y eléctricos en un medio que rodea dicho dispositivo de campo, donde los campos eléctrico y magnético tienen ángulos vectoriales predeterminados entre sí en una región reactiva; y

un medio de producción de plasma, en el que dicho medio de producción de plasma produce un plasma, el medio en la región reactiva que da como resultado un plasma, donde los campos eléctricos y magnéticos dan como resultado una deriva E × B de una porción del plasma, y donde la deriva E × B de la porción crea un impulso en dicho medio de producción de campo, moviendo dicho dispositivo de campo.