Name: Méthodes expérimentales de charge de poussière et de mobilisation sur les Surfaces à l’exposition au rayonnement Ultraviolet ou Plasmas (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-04-03T13:30:00.000+00:00
Duration: 7 min 54 s
Description: Découvrez les mécanismes de charge et de mobilisation des particules de poussière régolithique dans des conditions spatiales ou en laboratoire. Cette méthode expérimentale utilise des plasmas thermiques, des faisceaux d'électrons et le rayonnement ultraviolet pour étudier le transport électrostatique des poussières sur les corps planétaires sans atmosphère.

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Ce travail a été soutenu par Institute de la NASA/SSERVI for Modeling Plasma, des atmosphères et des poussières cosmiques (IMPACT) et par le programme de fonctionnement de systèmes solaires de la NASA (numéro de licence : NNX16AO81G).

1. Configuration vacuum chamber
<ol><li>Placer une feuille isolante en caoutchouc (0,2 cm d’épaisseur, 5 cm de diamètre) avec un trou central de 1,9 cm de diamètre sur une plaque isolante (2 cm d’épaisseur et 20 cm de diamètre) (Figure 2 a, b). Charger les particules de poussière isolante, de forme irrégulière (entre 10 et 50 μm de diamètre) dans le trou.</li>
	<li>Placer la plaque isolante sur un permanent de la plaque de métal au milieu d’une chambre à vide. Isoler électriquement la plaque métallique de la chambre à l’aide d’entretoises en céramique.</li>
	<li>Mettre en marche les pompes à vide (une pompe turbo soutenue par une pompe mécanique d’ébauche) pour atteindre la base pression de ~ 10-6 Torr. Les expériences mettant en évidence sont effectuées dans une chambre cylindrique en acier inoxydable à vide, 50 cm de diamètre et de 28 cm de hauteur (Figure 2c).</li>
	<li>Enregistrer le mouvement de la poussière et le lissage avec une caméra vidéo à une vitesse régulière de 30 images/s (fps) ou une caméra à grande vitesse (> 2000 fps). Utilisez une lumière LED avec l’éclairement maximal équivalant à > 500W Consumer lumière pour produire suffisamment d’éclairage sur les particules de poussière pour l’enregistrement vidéo de bonne qualité. Remarque : En utilisant le caoutchouc est en raison de sa couleur sombre qui minimise la réflexion de la lumière à la caméra. Les particules de poussière de couleur claire doivent être utilisés pour mieux photographier en raison du contraste de la couleur à la surface en caoutchouc noir. La plaque isolante épaisse est utilisée pour éliminer l’effet du champ électrique entre la surface de la plaque isolante et plaque de métal sur la charge de poussière et de la mobilisation. Dans cette démonstration, simulant de Mars (JSC-Mars-1, tamisé pour le diamètre moyen de 38 à 48 μm, une masse volumique de 1,9 g/cm-3 et la grande composition de SiO2 28) ont été utilisées, qui ressemble à la poussière de régolithe générales des organes airless à l’intérieur système solaire. Divers autres types d’isolants de particules de poussière ont aussi été testées, comme lunaire simulant (JSC-1), simulant lunaire highland (LHT) et la poussière de silice pure.</li>
</ol>2. exposition au plasma thermique avec des électrons du faisceau
<ol><li>Attacher un filament de tungstène thorié (0,1 mm d’épaisseur et ~ 3 cm de long) pour une traversée de l’électrode et l’installer sur le dessus de la chambre. Pomper la chambre jusqu'à la pression de base.</li>
	<li>Remplir la chambre à vide avec gaz argon à la pression de ~ 0,5 mTorr.</li>
	<li>Tourner sur les blocs d’alimentation et régler la tension de polarisation -120 V pour le filament.</li>
	<li>Augmenter la tension de chauffage pour le chauffage actuel ~ 2 a jusqu'à ce que l’émission actuelle atteigne une valeur désirée (quelques mA). Des électrons énergétiques avec l’énergie de 120 eV seront émis du filament. Remarque : Ces électrons primaires du faisceau comme impact atomes d’argon neutre, obligeant à être ionisé et la création d’un plasma avec une température électronique autour de 2 eV. Une grande fraction des électrons faisceau primaire atteint directement la surface poussiéreuse sans collisions avec des atomes neutres. Les particules de poussière sont donc exposés à deux électrons thermiques plasma et faisceau.</li>
	<li>Pour montrer le rôle des électrons du faisceau énergétique dans le transport de la poussière, utilisez une alternative opération de création d’un plasma thermique au-dessus de particules de poussière.<ol>
<li>Allumez un autre filament dans le fond de la chambre avec la tension de polarisation -40 V et l’émission actuelle jusqu'à 400 mA (Figure 2 a). Les électrons primaires émis par le filament seront arrêtés par la plaque de métal sous la plaque insultante sur lequel les particules de poussière de repos (Figure 2 a, b).</li>
		<li>Varier les émissions actuelles de modifier le champ électrique au-dessus de la surface. Courant plus élevé crée la plus grande densité de plasma, gaine plus mince et donc plus de champ électrique.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. exposition à faisceau d’électrons seulement
<ol><li>L’expérience d’installation comme décrit dans l’expérience ci-dessus par le filament albums.</li>
	<li>Allumez le filament albums sous la pression de base 10-6 Torr (i.e., aucun gaz argon ne nourris dans la chambre). Aucun plasma n’est créée alors que seuls les électrons de faisceau 120 eV émise par la bombarde à incandescence les particules de poussière.</li>
	<li>Exploiter le filament dans deux modes différents.<ol>
<li>Réglez la tension de polarisation -120 V, puis augmentez la tension de chauffage jusqu'à ce que l’émission actuelle atteint quelques mA.</li>
		<li>Augmenter la tension de chauffage pour atteindre un chauffage désiré actuel ~ 2 A, puis augmentez la tension de polarisation de 0 V à -120 V pour émettre des électrons avec un courant d’émission de quelques mA progressivement.</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. l’exposition au rayonnement UV seulement
<ol><li>Remplacer le filament albums avec une lampe UV (Figure 2 b) et la chambre à la pression de la base de la pompe. Utiliser une lampe au xénon de Osram excimer, qui émet de la lumière de longueur d’onde de 172 nm UV. L’énergie des photons correspondant est de 7,2 eV, plus grande que la fonction de travail de la surface de poussière (~ 5,5 eV) pour émettre des photoélectrons. Remarque : Plus courte longueur d’onde UV qui émet des photons d’énergie plus élevées devrait créer plus de charges sur les particules de poussière et donc plus de mobilisation, basé sur la charge raccordée modèle26,27.</li>
	<li>Allumez la lampe UV pour émettre des particules de poussière. Au cours de la démonstration, l’irradiance de photon est 40 mW/cm-2 à la source d’UV et ~ 16 mW/cm-2 à la surface poussiéreuse.</li>
</ol>

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<li>Smith, B. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+new+look+at+the+Saturn+system+-+the+Voyager-2+images%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">A new look at the Saturn system - the Voyager-2 images.</a> Science. 215 (4532), 504-537 (1982).</li>
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</ol>

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Pendant des décennies, le problème du transport de poussière électrostatique sur le régolithe d’organes airless demeurait une question ouverte, comment les particules de poussière de régolithe gagner suffisamment grands frais pour devenir mobilisés ou lobée. Récentes laboratoire études26,27 ont fondamentalement fait progresser la compréhension de ce problème.
Ici, c’est démontrés trois expériences récemment mis au point pour montrer la...

Airless corps planétaires, comme la lune et les astéroïdes, sont recouvertes de fines particules de poussière appelées régolithe. Ces organes airless, contrairement à la terre, sont directement exposés au vent solaire plasmatique et solaires ultraviolets (UV), causant la poussière de régolithe qui seront pratiqués. Ces chargées de particules de poussière peuvent donc être mobilisés, lobées, transportés, voire éjectés et perdus de la surface en raison des forces électrostatiques. Le premier a proposé des preuves de ce procédé électrostatique a été ce qu’on appelle « lueur lunaire horizon », une lueur distincte au-dessus de l’horizon Ouest observé peu après le coucher du soleil, par sonde Surveyor 5, 6 et 7, il y a cinq ans (Figure 1 a)1, 2,3. Il a émis l’hypothèse que cette lueur a été causée par le rayonnement solaire dispersé hors de particules de poussière électrostatiquement lobée (rayon de 5 μm) jusqu'à une hauteur de 1 m < au-dessus de la surface près du terminateur lunaire1,2,3. Poussières fines électrostatiquement libéré a également été suggéré à l’origine pour les serpentins de ray-comme pour atteindre une altitude élevée, rapportée par les astronautes de Apollo4,5.
Depuis ces observations Apollo, un certain nombre d’observations sur les autres plans airless ont été également liés aux mécanismes de mobilisation de poussière électrostatique ou traçage, tels que les rayons radiaux dans de la Saturne anneaux6,7, 8, les étangs de la poussière sur l’astéroïde Eros (Figure 1 b)9 et comète 67P10, les surfaces poreuses indiquent de la ceinture principale spectres astéroïdes11, la surface exceptionnellement lisse de Saturne icy moon Atlas12et le régolithe les tourbillons lunaire13. En outre, la dégradation de la rétroréflecteurs laser sur la surface lunaire peut être causée par l’accumulation de poussière électrostatiquement lobée14.
Des études en laboratoire ont été en grande partie motivées par ces observations inhabituelles de l’espace afin de comprendre les processus physiques de poussière de charge et de transport. Mobilisation de la poussière a été observée dans diverses conditions de plasma, dans lequel les particules de poussière sont jeter hors d’un verre sphère surface15,16, fait de la lévitation à plasma gaines17et enregistré pour déplacer sur conduite et isolants surfaces18,19,20,21. Cependant, comment les particules de poussière gagner assez grands frais à être lobée ou mobilisés demeure mal comprise. Les mesures des accusations sur les particules de poussière individuels sur une surface lisse22 et la densité moyenne de la charge sur une surface poussiéreuse23 immergé dans les plasmas montrent que les frais sont beaucoup trop petits pour être lobée ou mobilisés, les particules de poussière.
Dans les théories antérieures16,24,25, la charge a été seulement considéré se produisent sur la couche de surface qui est directement exposée aux UV ou plasma. Les frais sont souvent considérés comme uniformément répartie sur toute la surface poussiéreuse, i.e., chaque particule de poussière individuels acquiert la même dose de charge, décrit par le soi-disant « partagé le modèle de charge »16. Toutefois, les frais calculés à partir de ce modèle sont beaucoup plus petits que la force gravitationnelle seule. Une théorie de fluctuation de charge qui prend en compte le processus stochastique des flux d’électrons et d’ions à la surface16,24 montre une amélioration temporelle dans la force électrostatique, mais il demeure faible par rapport à la force de gravitation.
Dans cet article, traçage de poussière électrostatique et la mobilisation est démontrée en utilisant trois récemment mis au point des expériences26, qui sont importantes pour comprendre le transport de la poussière sur le régolithe des corps planétaires airless. Ces expériences sont réalisées dans les conditions de plasma thermique avec faisceau électrons, faisceau électrons seulement ou rayonnement UV seulement. Ces expériences démontrent la validité de la développée récemment « modèle de charge patché »26,27, dans laquelle microcavités forment entre voisins sous la surface des particules de poussière peuvent réabsorber la photo émise et/ou les électrons secondaires, générant un grand négatif frais sur les surfaces les voisins des particules de poussière. Les forces de répulsion entre ces charges négatives peuvent devenir assez grandes pour mobiliser ou décoller les particules de poussière.

<table><tbody><tr><td>Chambre à vide</td><td>N’importe quelle</td><td></td> traversée d’électrode à vide NA <td></td></tr><tr><td></td> Filament <td>de</td> tungstène EFT0113053 <td></td><td></td></tr><tr><td>Lesker (0,1 mm d’épaisseur)</td><td>Goodfellow</td><td>W055250</td><td>Thoriated</td></tr><tr><td>Bloc d’alimentation #1 (0-8V, 3A)</td><td>Agilent</td><td>E3610A</td><td>Ou équivalent</td></tr><tr><td>Bloc d’alimentation #2 (0-140V, 0.5A)</td><td>Agilent</td><td>E3612A</td><td>Ou équivalent</td></tr><tr><td>Lampe UV</td><td>Osram</td><td>XERADEX L40/120/SB-SX48/KF50HV</td><td>Ou équivalent</td></tr><tr><td>Échantillon de poussière</td><td>Tout</td><td>simulant de Mars ou de Lunar ou autres types</td><td>De forme irrégulière, tamisé, isolant</td></tr><tr><td>Plaque isolante</td><td>N’importe quelle</td><td>NA</td><td>Épaisseur > 1 cm</td></tr><tr><td>Feuille de caoutchouc</td><td>N’importe quelle</td><td>NA</td><td>Épaisseur > 1 mm</td></tr><tr><td>Plaque métallique</td><td>N’importe quelle</td><td>NA</td><td></td></tr><tr><td>Supports en céramique</td><td>McMaster</td><td>94335A130</td><td>1/2" de diamètre</td></tr><tr><td>Caméra vidéo (grand public)</td><td>Panasonic</td><td>HC-VX870</td><td>Ou équivalent</td></tr><tr><td>Caméra vidéo (haute vitesse)</td><td>Phantom</td><td>V2512</td><td>> Lampe LED 1000 fps</td></tr><tr><td></td><td>N’importe quel</td><td>NA</td>> <td>500W Tungsten Equivalent</td></tr></tbody></table>

méthodes expérimentales de charge de poussière et de mobilisation sur les surfaces à l’exposition au rayonnement ultraviolet ou plasmas

Experimental Methods of Dust Charging and Mobilization on Surfaces with Exposure to Ultraviolet Radiation or Plasmas

Transport de poussière électrostatique a émis l’hypothèse pour expliquer un certain nombre d’observations de phénomènes planétaires inhabituelles. Ici, il est démontré en utilisant trois récemment mis au point des expériences dans les poussières, particules sont exposés à plasma thermique avec faisceau électrons, faisceau électrons uniquement ou seulement le rayonnement ultraviolet (UV). La source de lumière UV a une largeur de bande étroite de longueur d’onde centrée à 172 nm. Les électrons du faisceau avec l’énergie de 120 eV sont créés avec un filament chaud biaisé négativement. Quand la chambre à vide est remplie de gaz argon, un plasma thermique est créé en plus le faisceau d’électrons. Les particules de poussière isolante de quelques dizaines de microns de diamètre sont utilisés dans les expériences. Les particules de poussière sont enregistrés pour être lancéee jusqu'à une hauteur jusqu'à quelques centimètres avec une vitesse de lancement jusqu'à 1 m/s. Ces expériences démontrent que les émissions photo et/ou des électrons secondaires d’une surface poussiéreuse changement le mécanisme de chargement des particules de poussière. Selon la récemment mis au point « patché modèle de charge », les électrons émis peuvent être re-absorbées à l’intérieur des microcavités entre voisins des particules de poussière sous la surface, provoquant l’accumulation de charges négatives améliorées sur la poussière environnante particules. Les forces de répulsion entre ces négativement chargée de particules peuvent être assez grandes pour mobiliser et les décoller de la surface. Ces expériences présentent la compréhension avancée de la poussière de charge et le transport sur les surfaces poussiéreuses et jeté les bases pour de futures études de son rôle dans l’évolution de surface des corps planétaires airless.

Une série d’expériences ont été réalisées en utilisant les filaments en haut ou en bas. Avec l’installation de filament haut de la page, le saut de la poussière a été enregistré (Figure 3 a). En revanche, les particules de poussière sont restés au repos lorsque vous utilisez le filament de bas. Il a été mesuré que le champ électrique vertical à la surface était d’environ même (16 V/cm) dans les deux expériences dans les conditions décrites dans le protocole é...

Charge de poussière et de mobilisation est démontrée dans les trois expériences avec exposition à plasma thermique avec faisceau électrons, faisceau électrons uniquement ou seulement le rayonnement ultraviolet (UV). Ces expériences présentent la compréhension avancée du transport de poussière électrostatique et son rôle dans le façonnement de la surface des corps planétaires airless.

Méthodes expérimentales de charge de poussière et de mobilisation sur les Surfaces à l’exposition au rayonnement Ultraviolet ou Plasmas

Electrostatic dust transport has been hypothesized to explain a number of observations of unusual planetary phenomena. Here, it is demonstrated using ...

L’objectif général de cette expérience est de montrer les mécanismes qui font que les particules de poussière de régolithe dans des conditions spatiales ou de laboratoire acquièrent suffisamment de charge pour se gonfler ou se mobiliser. Cette méthode peut aider à répondre à une question clé sur le rôle du transport de poussière électrique dans la formation de la surface des corps sans air dans le système solaire. Cette méthode ouvre la voie à de futures études, y compris des expériences et des modélisations informatiques, afin d’expliquer les observations spatiales existantes et de fournir des orientations pour les futures enquêtes de mission.Cette méthode montre comment déplacer les particules de poussière de manière contrôlée, ce qui peut aider d’autres chercheurs à développer leurs propres expériences. La démonstration de la procédure sera assurée par Noah Hood, un étudiant de premier cycle de notre laboratoire. Les expériences nécessitent une chambre à vide.Celui-ci mesure 50 centimètres de diamètre et 28 centimètres de haut et est relié à un réservoir d’argon et à un système de pompe. À l’intérieur se trouve une plaque métallique isolée électriquement. À ce stade, préparez-vo

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Une méthode expérimentale pour étudier l'évolution du plasma début induite par lasers engendrent des impulsions est décrite. En utilisant cette méthode, des images de haute qualité de plasma au début sont obtenus avec de hautes résolutions spatiales et temporelles. Un roman modèle intégré atomistique est utilisé pour simuler et d'expliquer les mécanismes de plasma au début.

Enquête de l&#39;évolution rapide du plasma induite par lasers engendrent des impulsions

Cavitation acoustique dans les liquides soumis à des ultrasons de puissance crée des conditions extrêmes transitoires à l'intérieur des bulles s'effondrent, qui sont à l'origine de rare réactivité chimique et l'émission de lumière, connue sous le nom sonoluminescence. En présence de gaz nobles, le plasma de non-équilibre est formé. Les particules "chaudes" et les photons générés par l'effondrement des bulles sont capables d'exciter des espèces en solution.

Activation de molécules, des ions et des particules solides avec cavitation acoustique

Cette vidéo montre comment une torche à plasma atmosphérique peut être allumée par micro-ondes sans allumeurs supplémentaires et fournit un fonctionnement stable et continu du plasma adapté à de nombreuses applications.

Comment Ignite une pression atmosphérique à micro-ondes de la flamme plasma sans aucune Allumeurs supplémentaires

Dans cet article, un protocole expérimental pour étudier aérosolisation des particules d'un produit sous l'abrasion et sous l'altération de l'environnement est présenté. Résultats sur l'émission des nanomatériaux manufacturés, sous la forme d'aérosols sont présentés. Le dispositif expérimental spécifique est décrit en détail.

Protocole expérimental pour enquêter sur des particules Aérosolisation d&#39;un produit sous Abrasion et sous Weathering environnementale

Le développement de nouveaux matériaux ablatifs et leur modélisation numérique nécessitent des recherches expérimentales approfondies. Ce protocole décrit les procédures de caractérisation de la réponse des matériaux dans les écoulements de plasma, les techniques de base étant des méthodes non intrusives pour suivre la récession du matériau ainsi que la chimie de la couche limite réactive par spectroscopie d’émission.

Investigation de la couche d&#39;émission spectroscopique Boundary au cours d&#39;essai des matériaux ablatif dans Plasmatron

Un dispositif expérimental a été créé pour le jet de plasma à fréquence kHz fonctionnant à l’hélium. L’installation comprend une cage pour l’alimentation et le jet de plasma, ainsi qu’un réacteur construit en interne pour surveiller les espèces réactives induites par le plasma sans interférence de l’atmosphère ambiante.

Une configuration de plasma Pression atmosphérique pour enquêter sur la formation espèces réactives

Cet article décrit un réacteur à micro-ondes fluide qui est utilisé pour conduire une chimie non équilibrée efficace pour l'application de la conversion / activation de molécules stables telles que le CO 2 , le N 2 et le CH 4 . Le but de la procédure décrite ici est de mesurer la température in situ du gaz et la conversion du gaz.

Plasma à micro-ondes non équilibré pour une chimie à haute température efficace

Un protocole de traitement plasma physique froid haut débit des liquides et des cellules s’affiche. Il consiste à mettre en place des compositions de différents gaz d’alimentation pour l’allumage de plasma, mesurant les spectres d’émission de plasma et l’analyse subséquente des liquides et l’activité cellulaire après traitement au plasma.

Recherche fondamentale en médecine Plasma - une approche de débit des liquides aux cellules

Ce protocole est présenté pour caractériser la configuration, la manipulation et l’application du COST-Jet pour le traitement de diverses surfaces telles que les solides et les liquides.

Traitement des surfaces avec un plasma à pression atmosphérique froide à l’aide du COST-Jet

Cette étude présente la méthodologie de génération de six types différents de décharges plasmatiques dans un réacteur à plasma vortex hyperbolique pour la dégradation des micropolluants dans l’eau, y compris les produits pharmaceutiques et les substances per- et polyfluoroalkylées (PFAS).

Mise en place d’un réacteur à plasma vortex hyperbolique pour l’élimination des micropolluants dans l’eau

Découvrez les mécanismes de charge et de mobilisation des particules de poussière régolithique dans des conditions spatiales ou en laboratoire. Cette méthode expérimentale utilise des plasmas thermiques, des faisceaux d'électrons et le rayonnement ultraviolet pour étudier le transport électrostatique des poussières sur les corps planétaires sans atmosphère.

Méthodes expérimentales de charge de poussière et de mobilisation sur les Surfaces à l’exposition au rayonnement Ultraviolet ou Plasmas (Vidéo) | JoVE Journal

Méthodes expérimentales de charge de poussière et de mobilisation sur les Surfaces à l’exposition au rayonnement Ultraviolet ou Plasmas

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