Подробности их исследования были опубликованы в журнале Научные отчеты 5 декабря 2022 года.

В радиочастотных двигателях с магнитными соплами, иногда называемых геликонными двигателями, магнитные сопла направляют и ускоряют плазму, позволяя космическому кораблю генерировать тягу. Технология, использующая электрическую тягу, демонстрирует большой потенциал для открытия новой эры космических путешествий. Однако так называемая проблема "отрыва плазмы" препятствовала дальнейшему развитию.

Поскольку линии магнитного поля всегда образуют замкнутые контуры, те, что находятся внутри магнитных сопел, неизбежно возвращаются к конструкции двигателя. По этой причине поток плазмы должен быть отсоединен от магнитного сопла. Ионы, имеющие большой радиус гироскопа, легко отделяются от магнитного сопла. Но электроны, с их небольшой массой и малым радиусом гироскопа, привязаны к силовым линиям, генерируя электрическое поле, которое оттягивает ионы назад и создает нулевую суммарную тягу.

Когда плазма расширяется, она может набирать или терять энергию и импульс из-за волн, турбулентности или электромагнитных сил. Перенос плазмы и потери из-за волн и турбулентности были основной проблемой для удержания плазмы в реакторах термоядерного синтеза.

Тем не менее, проанализировав подробные данные о плотности плазмы и сигналах флуктуаций электрического поля, исследовательская группа из Университета Тохоку и Австралийского национального университета обнаружила, что спонтанно возбужденные волны вызывают перенос намагниченных электронов внутрь поперечного поля к главной оси магнитного сопла, нейтрализуя отделение ионов. Перенос электронов внутрь на самом деле был полезен для отделения, помогая уменьшить расходимость расширяющегося плазменного пучка.

"Наше открытие - редкий случай, когда нестабильность плазмы действительно оказывает благоприятное влияние на инженерное дело", - сказал профессор Казунори Такахаси с факультета электротехники Университета Тохоку и ведущий автор исследования. "Наши результаты открывают новый взгляд на роль нестабильности в плазме и помогут в разработке радиочастотных плазменных двигателей с магнитным соплом".