طرق تجريبية من الغبار الشحن والتعبئة على الأسطح مع التعرض للأشعة فوق البنفسجية أو البلازما

الهدف العام من هذه التجربة هو إظهار الآليات التي تتسبب في اكتساب جزيئات غبار الثرى في الفضاء أو ظروف المختبر شحنة كافية لتصبح مرتفعة أو معبأة. يمكن أن تساعد هذه الطريقة في الإجابة على سؤال رئيسي حول دور نقل الغبار الكهربائي في تشكيل سطح الأجسام الخالية من الهواء في النظام الشمسي. وتمهد هذه الطريقة الطريق للدراسات المستقبلية بما في ذلك التجارب والنمذجة الحاسوبية على حد سواء لشرح عمليات الرصد الفضائية الحالية في نهاية المطاف وتوفير التوجيه لتحقيقات البعثات في المستقبل.

توضح هذه الطريقة كيفية تحريك جزيئات الغبار بطريقة خاضعة للرقابة والتي يمكن أن تساعد الباحثين الآخرين على تطوير تجاربهم الخاصة. سيوضح الإجراء نوح هود ، طالب جامعي من مختبرنا. تتطلب التجارب غرفة مفرغة.

يبلغ قطر هذا الجهاز 50 سم وطوله 28 سم ومتصل بخزان أرجون ونظام مضخة. يوجد في الداخل صفيحة معدنية معزولة كهربائيا. في هذه المرحلة ، استعد لتحميل جزيئات الغبار.

استخدم صفيحة عازلة قطرها 20 سم وسمكها سنتيمترين ، وضع فوقها لوح مطاطي مهين به ثقب مركزي. بعد ذلك ، قم بتحميل جزيئات الغبار العازلة غير المنتظمة الشكل في الحفرة. انقل اللوحة العازلة إلى غرفة التفريغ.

هناك ، ضعه على اللوح المعدني بالداخل. بعد ذلك ، قم بإعداد كاميرا فيديو لتسجيل حركة الغبار. للإضاءة ، استخدم مصباح LED مكافئ لمصدر متوهج بقوة 500 واط على الأقل.

هذه الصورة لجزيئات الغبار قبل أن تتفاعل أي حزم معها. تتطلب تجربة شعاع الإلكترون هذه خيطين من الفتيل. كما هو الحال مع هذا المثال ، قم بتثبيت خيوط تنجستن ثورية على كل من

قم بتثبيت إحدى عمليات التغذية في الجزء العلوي من غرفة التفريغ. قم بتوصيل هذا الفتيل بإمدادات الطاقة الفتيرة. ثم قم بتثبيت التغذية الثانية مع خيوط في الجزء السفلي من الغرفة.

استمر في ضخ الغرفة إلى الضغط الأساسي المطلوب. بعد ذلك ، استخدم تغذية غاز الأرجون لملء الغرفة بحوالي نصف ملليتور. عندما تصبح جاهزا ، قم بتشغيل مصادر الطاقة الخيطية واضبط جهد التحيز على سالب 120 فولت.

قم بتشغيل الكاميرا للتسجيل. عند مصدر الطاقة ، قم بزيادة جهد التسخين. توقف عندما يكون تيار الانبعاث بضعة مللي أمبير.

سجل استجابة جزيئات الغبار. كشف اثنين من الإلكتروناتين النشطين والحرارية التي تبدأ في الحركة. قم بإيقاف تشغيل مصادر الطاقة الخيطية وتوصيلها بالفتيل السفلي.

مع تشغيل مصادر الطاقة ، اضبط جهد التحيز على سالب 40 فولت. قم بزيادة جهد التسخين للوصول إلى تيار انبعاث أعلى من 200 مللي أمبير. سجل حركة جزيئات الغبار.

تتعرض للإلكترونات الحرارية فقط ، فهي لا تتحرك. ابدأ بغرفة التفريغ مع إغلاق القاع. قم بتحميل جزيئات الغبار على اللوحة العازلة المدعومة باللوحة المعدنية.

استخدم خلاصة واحدة فقط. قم بتثبيت خيوط تنغستن واحدة عليه. قم بتثبيت التغذية في الجزء العلوي من الغرفة وقم بتوصيل إمدادات الطاقة الفتيرة.

في التسلسل الأول ، اضبط جهد التحيز على سالب 120 فولت. ثم قم بزيادة جهد التسخين. توقف عندما يكون تيار الانبعاث بضعة مللي أمبير.

سجل استجابة جزيئات الغبار في الغرفة. في هذه الحالة ، يتحركون. يستخدم التسلسل الثاني نفس الإعداد مثل الأول.

في التسلسل الثاني ، اضبط جهد التحيز على الصفر. قم بزيادة جهد التسخين للوصول إلى تيار تسخين يبلغ حوالي أمبيرين. بعد ذلك ، قم بتغيير جهد التحيز تدريجيا من صفر إلى سالب 120 فولت.

سجل استجابة جزيئات الغبار في الغرفة. في هذه الحالة ، لا يتحركون. في هذه التجربة ، قم بإزالة تغذية القطب من الغرفة.

قم بتركيب مصباح للأشعة فوق البنفسجية 172 نانومتر على التغذية. أعد تركيب التغذية وقم بتوصيل مصدر طاقة المصباح. مع وجود الغرفة في الضغط الأساسي ، قم بتشغيل المصباح لإشعاع جزيئات الغبار.

سجل استجابة الجسيمات في ظل هذه الظروف. في هذه التجربة ، تتعرض جزيئات الغبار التي يبلغ قطرها من 10 إلى 50 ميكرومتر إلى إلكترونات شعاع 120 إلكترون فولت. لا يتم رفع أي جزيئات عندما يكون شعاع الإلكترون غائبا.

هذا يتوافق مع الإلكترونات الثانوية التي تساهم في شحن الغبار. يتم تحفيز الجسيمات المرتفعة بواسطة شعاع إلكترون يتم إنشاؤه عن طريق ضبط جهد التحيز أولا ثم زيادة جهد التسخين ، وهي عملية تخلق إلكترونات ثانوية. في المقابل ، لا تظهر حركة الغبار عند ضبط جهد التسخين لأول مرة متبوعا بزيادة جهد التحيز ، وهي عملية بدون إلكترونات ثانوية.

تظهر جزيئات الغبار المعرضة لمصباح الأشعة فوق البنفسجية 172 نانومتر قفز الغبار كما هو موضح في هذه الصورة. عندما يتعرض الغبار للأشعة فوق البنفسجية لفترة طويلة ، يتغير سطح الغبار. يتم التقاط هذا في سلسلة من الصور التي يصبح فيها السطح أكثر نعومة ويسطح في النهاية.

بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية تحريك جزيئات الغبار بطريقة خاضعة للرقابة. النقطة الأساسية هي إنشاء إلكترونات كاملة و / أو إلكترونات ثانوية من الأسطح المتربة. بناء على هذه الأساليب ، يمكن تطوير تجارب جديدة ، بالإضافة إلى النمذجة الحاسوبية ، لتصنيف طبيعة شحن الغبار ونقله بشكل أفضل.

تمهد هذه التقنية الطريق للباحثين في علوم الفضاء والكواكب ، وكذلك البلازما المتربة ، لاستكشاف دور نقل الغبار الكهروستاتيكي في المعالجة السطحية على أجسام الكواكب الخالية من الهواء وبيئة الغبار القريبة من السطح حول هذه الأجسام أيضا. لا تنس ارتداء القفازات عند التعامل مع أسلاك التنغستن المصابة بسبب انخفاض النشاط الإشعاعي للثوريوم. قم أيضا بتغطية نوافذ غرفة التفريغ لتجنب أي تعرض محتمل للأشعة فوق البنفسجية.