Os EUA O Laboratório de Pesquisa Naval (NRL) está celebrando o 60 o aniversário de sua Divisão de Física do Plasma, marcando seis décadas de descoberta científica que tem avançado a compreensão do plasma, e suportado tecnologias críticas para a defesa nacional, ciência espacial e materiais avançados. Estabelecido em 1966, a divisão reuniu pesquisadores que estudavam a fusão magnética, efeitos nucleares, física do plasma espacial e a propagação de luz intensa e feixes de partículas através da atmosfera. Pesquisas iniciais de plasma no NRL foram fortemente influenciadas pelos desafios científicos da época da Guerra Fria, incluindo a necessidade de compreender os efeitos das detonações nucleares de alta altitude na ionosfera da Terra. Tais eventos poderiam criar grandes distúrbios de plasma artificial capazes de interromper as comunicações de rádio, sistemas de radar e desativar satélites críticos. .Ao longo do tempo, os cientistas de plasma do NRL expandiram o escopo da Divisão, disse Joseph Peñano, Ph.D., superintendente da Divisão de Física Plasmática do NRL..Hoje, a Divisão trabalha através de suas quatro Fileiras de pesquisa que focam individualmente nas interações laser-plasma, plasmas espaciais, energia pulsada e energia direcionada. Nós desenvolvemos novas instalações experimentais para simular e testar em ambientes complexos, construimos modelos teóricos e computacionais para empurrar os limites da nossa compreensão, e criamos novas tecnologias para a Marinha que influenciaram campos que vão desde a energia de fusão a armas de energia direcionada, e engenharia de materiais avançados. Uma cultura de pesquisa misturando ciência e missão. Desde os seus primeiros dias, a Divisão de Física do Plasma tem equilibrado a investigação científica fundamental com a pesquisa centrada na missão.
.Vim para a Divisão de Física Plasmática NRL como pós-doutorado em 1998 e conheceu alguns dos físicos de plasma mais influentes no campo, disse Peñano..Todos estavam apaixonados pela ciência que estavam avançando e orgulhosos do seu serviço à Nação. Essa ética continua até hoje. Nós fazemos pesquisas de vanguarda e estamos sempre pensando em como nossas descobertas apoiam a segurança nacional e as necessidades operacionais da Marinha agora e no futuro. Compreendendo o Plasma e o Ambiente Espacial. O plasma, um gás carregado elétricamente composto por íons e elétrons livres, é o estado de matéria mais comum no universo. Ele compõe o Sol e as estrelas, preenche grande parte do espaço interplanetário, e é responsável pelo ambiente duro e dinâmico onde os satélites devem operar de forma confiável na ionosfera e magnetosfera da Terra. .Entendendo o comportamento dinâmico do plasma do espaço próximo da Terra e, em última análise, previendo condições perigosas em evolução são essenciais para proteger valiosos satélites militares e civis,. disse William Amatucci, Ph.D., chefe do ramo de plasma espacial e laboratorial do NRL..Para ajudar a conseguir isso, nossa Filial construiu dispositivos de laboratório em grande escala para simular condições espaciais, projetou e implantou sensores avançados no espaço, e desenvolveu modelos teóricos e de computador para colmatar a brecha entre laboratório e espaço e compreender os fundamentos do comportamento do plasma espacial.. Outra ameaça crescente para as operações de satélite é a dos detritos que desperdiçam espaço após mais de meio século de vôo espacial. Estas pequenas partículas se movem em velocidades tão altas que uma colisão com um satélite pode estar terminando a missão. A Divisão de Física do Plasma desenvolveu conceitos novos para a detecção e remoção desses detritos, que são frequentemente impossíveis de detectar usando métodos existentes.
.O velocização dos detritos carregados pode criar assinaturas únicas no plasma, disse Guru Ganguli, Ph.D., cientista sênior da Divisão de Física Plasmática..As assinaturas de plasma podem ser muito maiores do que os detritos em si, apresentando uma oportunidade única para detectar, rastrear e, em última análise, removê- lo.. Física de alta densidade energética e poder pulsado. Entre as principais contribuições da divisão estão os avanços na física do plasma de alta densidade de energia, o estudo da matéria sob pressões, temperaturas e campos eletromagnéticos extremamente intensos. Pesquisadores do NRL desenvolveram tecnologias de energia pulsada, como o diodo de rod- pinch, o tríodo reflexo e as fontes de radiação plasmática, dispositivos capazes de gerar explosões extremamente intensas de raios X. Estas tecnologias são usadas na tomada de fotos de raios- x de materiais em ambientes extremos, testando sistemas para dureza de radiação, ou estudando como a matéria se comporta com uma pressão extremamente alta, especificamente a equação do estado da matéria quente densa.
Tais tecnologias têm suportado programas nacionais de laboratório que estudam a física relevante para a dissuasão nuclear e sistemas estratégicos. їNossos pesquisadores desenvolveram e transicionaram fontes de radiação novas para testar sistemas estratégicos e suporte de hardware para o passado 55 anos, e continuará fazendo isso com nossas mais novas instalações para o próximo 50 anos,. disse Joe Schumer, Ph.D., chefe do NRLs Power Branch Pulsado. Interações de Materiais Laser e Energia Dirigida. Os cientistas do NRL também desempenharam um papel importante no estudo das interações entre laser e matéria e da energia direcionada, um campo que examina como poderosos raios laser se propagam e interagem com a matéria, muitas vezes criando raios de partículas de alta energia e radiação.
.Fábricas laser de alta potência interagem com a matéria através de uma ampla gama de processos físicos,. disse Daniel Gordon, Ph.D., chefe da Filiala de Física de Energia Dirigida pelo NRLs.. Interações com ar, água e vários materiais, todas têm suas próprias características únicas. Usamos esse conhecimento de interações laser-matéria para avançar nas fontes laser de próxima geração e nos métodos de controle de raios para habilitar a defesa de mísseis de navio e missões contra- UAS. Para isso, montamos várias fontes de laser únicas, desenvolvemos controle de feixe de AI para ampliar a gama de nossos lasers, e construímos um laboratório móvel que pode ser usado para testes de campo. Os cientistas do NRL demonstraram e patentearam primeiro o conceito de combinação de raio laser incoerente de longo alcance, o que permitiu o desenvolvimento da primeira arma laser de bordo, o sistema de armas laser da Marinha (LaWS), e sua implantação em 2014 A bordo do USS Ponce. Um conceito de futuro que o NRL está desenvolvendo é o uso de lasers pulsados para a defesa de navios..Os sistemas laser pulsados têm o potencial de revolucionar o campo,. diz Michael Helle, Ph.D., cientista principal do NRL para Física de Energia Dirigida.. fontes laser de alta potência com pulsos produzem efeitos inacessíveis aos sistemas laser de alta energia existentes, potencialmente aumentando o número de ameaças neutralizadas e abrindo novos espaços de missão.
Processamento de Materiais de Precisão com Plasma. Outra área de pesquisa importante é o processamento de materiais baseados em plasma, que usa gases ionizados para modificar com precisão superfícies e fabricar materiais avançados. Técnicas baseadas em plasma são fundamentais na fabricação de semicondutores e utilizadas para produzir a microeletrônica encontrada em produtos que vão de computadores a celulares. A necessidade interminável de continuar a desenvolver materiais novos e dispositivos avançados requer um esforço contínuo na pesquisa e desenvolvimento de sistemas de plasma, processos e material novo para produzir materiais críticos e avançados para a Marinha. No final 1990 s, NRL pesquisadores desenvolveram a Fonte de Processamento de Plasma de Grande Área (LAPPS), LAPPS permite a modificação da superfície dos materiais sem danos às camadas subjacentes de uma forma que os sistemas convencionais lutam para alcançar. O sistema acabou por ser adequado para atender às demandas dos aplicativos de processamento de precisão atômica.
.Os atributos do LAPPS permitem modificar a superfície dos materiais sem danos nas camadas subjacentes, o que sempre foi um problema, explicou Scott Walton, Ph.D., chefe da Seção de Aplicações Plasmáticas do NRL.. Esta foi uma compreensão muito emocionante que nos permite explorar o uso do LAPPS na síntese de materiais e modificações necessárias para conduzir a próxima geração de materiais e desenvolvimento de dispositivos.. Ciência do plasma e o futuro da fusão. A experiência em plasma do NRLŞ também desempenha um papel no campo de pesquisa em rápido crescimento da energia de fusão. A fusão ocorre quando os nucleos atômicos leves se combinam para formar elementos mais pesados, liberando enormes quantidades de energia, o mesmo processo que alimenta o Sol. A obtenção de fusão controlada na Terra tem sido há muito um objetivo científico importante. Os cientistas do NRL frequentemente colaboram com universidades, laboratórios nacionais e empresas de fusão privadas emergentes que procuram desenvolver sistemas de energia de fusão práticos. A Divisão de Física do Plasma Ìs profunda experiência em ciências fundamentais do plasma e pesquisa de fusão está agora a conduzir novas capacidades e sistemas avançados para o futuro guerreiro. Historicamente, esta transição tem seguido frequentemente um caminho indireto. Por exemplo, as tecnologias de feixe de elétrons permitiram o desenvolvimento de lasers de excimer de alta potência, que por sua vez foram usados para gerar ondas de choque de alta pressão altamente controladas e uniformes para pesquisas de fusão. Estes mesmos ambientes estão sendo agora alavancados para avaliar o desempenho material do Departamento de Guerra (DoW) em regimes que são de outra forma difíceis de reproduzir, mas altamente relevantes para as condições operacionais no espaço de batalha.
"Decadas de liderança em física de plasma, ciência laser e tecnologia de energia pulsada permitem que o NRL transicione conhecimento e tecnologia para a indústria na busca da energia de fusão, e para o DoW para avançar seus sistemas nucleares,. disse Jason Bates, Ph.D., chefe do NRL. Novas instalações e tecnologias futuras. Hoje, a Divisão de Física Plasmática do NRLŞs continua a investigar uma ampla gama de fenômenos plasmáticos, incluindo interações laser-plasma, fontes de radiação impulsionadas por impulsos de energia, dinâmica do plasma espacial, novas abordagens para tecnologias de energia direcionada, incluindo lasers pulsados, controle de feixes, e tecnologia de lançadores eletromagnéticos, pistolas de trem, que poderiam fornecer futuras capacidades ofensivas e defensivas para as forças navais. As futuras instalações, como o sistema de energia pulsada Gamble III planejado, devem expandir a capacidade do NRL de estudar a física do plasma de alta energia e apoiar programas nacionais relacionados com a dissuasão nuclear e sistemas estratégicos.
Seis décadas de descoberta. À medida que a Divisão de Física Plasmática entra em sua sétima década, os pesquisadores dizem que sua força duradoura reside em colar as capacidades básicas de ciência e operacional. Suas descobertas mais significativas habilitadas: lasers de vidro de neodímio de alta potência que tiveram um impacto importante no programa de fusão laser dos EUA; o método de transporte corregido por fluxo que possibilitou ferramentas de simulação usadas para a defesa urbana contra armas de destruição em massa; radiografia de raios-X pulsada para diagnosticar o desempenho das armas nucleares; geradores de alta potência, de alta corrente pulsada para efeitos de armas nucleares simulação; tecnologia laser excimer de alta energia para aplicações de energia de fusão; e conceitos laser que habilitaram a primeira arma laser operacional a bordo de navios. .A pesquisa de Plasma no NRL sempre foi sobre empurrar os limites da física para resolver problemas do mundo real em serviço para a Marinha e a Nação, disse Peñano. їEste é o nosso 60 - legado de ano e esperamos continuar a missão para o próximo 60 ou mais anos..
Sobre os EUA Laboratório de Pesquisa Naval. O NRL é um comando científico e de engenharia dedicado à pesquisa que impulsiona avanços inovadores para os EUA. Marinha e Corpo Marinho do fundo do mar para o espaço e no domínio de informação. O NRL está localizado em Washington, D.C. com os principais sites de campo em Stennis Space Center, Mississippi; Key West, Flórida; Monterey, Califórnia. O NRL oferece vários mecanismos para colaborar com a comunidade científica mais ampla, dentro e fora do governo federal. Estes incluem Acordos Cooperativos de Pesquisa e Desenvolvimento (CRADAs), LP-CRADAs, Acordos de Parceria Educativa, acordos sob a autoridade de 10 USC 4892, acordos de licença, contratos FAR e outros acordos aplicáveis. Para mais informações, entre em contato com o NRL Corporate Communications em mailto: NRLPAO@us.navy.mil.