在我日常的工作中，我負責處理太空船的離子推進器，這些推進器本質上是電力驅動的火箭，能以超高速噴射氙氣來產生推力，讓衛星得以改變軌道。氙氣是週期表上的一種稀有元素，非常適合用於太空推進，因為它相當重（所以每個原子能提供更多推力），而且它是一種惰性氣體，不會與任何管路或精密引擎零件發生化學反應。事實上，它是最重的非放射性惰性氣體（抱歉了氡和鿫）。你也可以使用較輕的惰性氣體，如氦氣、氖氣、氬氣或氪氣，事實上有些推進器確實是這樣做的，因為氙氣非常昂貴。一些尖端的離子引擎正在開發中使用碘、鋅或鉍等反應性燃料，這些燃料的優點是可以固態儲存，並且不需要高壓儲氣罐，以免在不對的情況下洩漏或爆炸。但氙氣是目前市場上性能最高、經過驗證的燃料。

總之，我與這種氙氣燃料的互動感覺相當抽象。氣體儲存在大型金屬氣缸中，透過複雜的管路、閥門和壓力錶系統泵入我們的衛星推進系統。這種難以捉摸的氙氣被隱藏在閃亮的金屬後面，只有在推進器進行熱點火測試時才會顯現，以確保它們在發射到太空前能在地面上「點燃」氣體。但即使是那些測試，也是在巨大的真空室中進行，抽掉所有空氣，而推進器的工作原理是透過其噴嘴周圍產生巨大的電磁場，你絕對不能觸碰。對於近距離接觸來說，這點很不理想。

所以，我想要一個小型的桌面展示品，以便與氣體互動。一個能讓我更熟悉離子化氣體一般行為的機會，以及一個在我處理推進問題時可以瞪著看的桌面替罪羊。亞馬遜上有專門為此目的銷售的氣體管！沒有單獨的氙氣選項，但我找到了一個包含所有惰性氣體的五件組，效果很好。然而，亞馬遜上沒有這些氣體管的展示架（網路上其他地方也沒有），所以製作一個支架的任務就落在我身上了。這是我最終成果的長曝光照片：

拿到氣體管後，支架需要三樣東西：

第一點，這很容易辦到，就是拆開一個等離子球玩具的底座。我認為這是獲取高壓射頻（RF）電源最便宜、最簡單，也是最重要的安全方法，而且它還可以電池供電，方便攜帶。維基百科引用了一篇文章，指出等離子燈通常輸出 35 kHz 的電流，電壓為 2-5 kV。從 5W 的電源供應器來看，最大電流為 5/2000 = 2.5 mA，這對於人體暴露於交流電來說，絕對在安全範圍內。但高壓電永遠不能玩得太安全——這離嚴重危險（>30 mA）只有一個數量級的差距，而且我不想僅憑粗略計算就信任廉價的中國電子產品。我最終購買了一個示波器的高壓探頭，在我的手指靠近裸露的電線之前直接測量輸出。不幸的是，我找不到我的測量記錄，但如果我沒記錯的話，輸出頻率在 20 kHz 的中段，輸出峰對峰電壓最低約為 1.5 kV（大量的射頻耦合導致示波器測量結果有雜訊，探頭引線的每次移動都會改變峰值高度）。所以相當安全，但第一次將我（良好接地）的手指接觸到那根電線末端時，仍然讓人心跳加速。而且我知道並非所有可能想重現這個項目的人都能獲得這種測試設備來確保他們不會殺死自己，所以我不會提供這個項目的 CAD 文件，也不能建議任何人自行拆開家裡的等離子球。

第二點，你如何將電線中的電能傳遞到氣體中？將電線末端接觸氣體管沒有任何反應。你需要透過玻璃來電容耦合高壓能量到氣體並使其離子化，而不是直接連接。對於原始的等離子球，內部有一個中空的柱子，裡面填充了類似鋼絲絨的金屬網。電線就是接觸這個金屬網，而整個金屬網就像一個天線，將能量輻射到周圍的氣體。對於氣體管，計劃是將這個設置顛倒過來，將金屬天線放在氣體管周圍，而不是放在裡面。最簡單的方法是什麼？小小的錫箔帽！

我還希望能夠在氣體管之間切換，因為我不確定系統是否有足夠的功率同時離子化所有 5 根氣體管。為此，我買了一個撥動開關，並將其連接在電源供應器和 5 個錫箔帽之間。我希望大量的熱熔膠能防止焊點之間發生任何高壓電弧，而我 DIY 雷射切割機剩下的高壓電線能防止電線本身擊穿。但那個開關是一個薄弱點，任何射頻工程師都會對這裡的串擾感到不安（稍後會詳細介紹）。但比乾淨的信號線更重要的是，它確實奏效了，所以我沒有費心去改進這個解決方案。

第三點，結構是一個相當直接的 CAD 和 3D 列印練習，測量了等離子球底座、氣體管和開關，並迭代了幾次以獲得一個能將所有東西組裝在一起同時看起來很漂亮的東西。你可以在左邊的圖片中看到我嘗試了多少次才達到這個效果。中間的圖片顯示了電線末端穿過每個氣體管支架的樣子——帶有錫箔和橡膠墊圈的氣體管被壓在上面。然後右邊的圖片就是最終的成品！我對它的成果相當滿意，絕對符合我追求的瘋狂科學美學。

這是一段展示「貴族之冠」運作的影片，切換點亮不同的氣體。白天可能很難看到除了氖氣以外的氣體發光，但在黑暗的房間裡，所有的氣體都會活躍起來。

這個裝置是一個射頻的蜂巢，並不總是像上面的影片那樣乾淨地運作：

最終，我對整個項目非常滿意。氙氣尤其美麗，其黃色的核心逐漸淡出為藍色，觸摸氣體管讓光束彎曲和舞動的樂趣永不減退。這是一個有趣的小桌面玩具，現在我可以隨心所欲地玩弄我的推進劑了——這對於建立對這些離子化惰性氣體性質的動手直覺非常有幫助。