ほこりの充電と紫外放射またはプラズマへの露出表面上動員の実験方法

この実験の全体的な目標は、宇宙や実験室の条件でレゴリスダスト粒子がロフトまたは動員されるのに十分な電荷を獲得するメカニズムを示すことです。この方法は、太陽系の空気のない物体の表面を形成する上での電気粉塵輸送の役割に関する重要な質問に答えるのに役立ちます。この方法は、既存の宇宙観測を最終的に説明し、将来のミッション調査のガイダンスを提供するための実験とコンピューターモデリングの両方を含む将来の研究への道を開きます。

この方法は、制御された方法でダスト粒子を移動させる方法を示しており、他の研究者が独自の実験を開発するのに役立ちます。その手順を実演するのは、私たちの研究室の学部生であるNoah Hoodです。実験には真空チャンバーが必要です。

これは直径50センチ、高さ28センチで、アルゴンタンクとポンプシステムに接続されています。内部には電気的に絶縁された金属板があります。この時点で、ダスト粒子をロードする準備をします。

直径20センチ、厚さ2センチの断熱プレートを使用し、その上に中央に穴の開いた侮辱的なゴムシートを置きます。次に、穴の中の不規則な形状のほこり粒子を絶縁します。絶縁プレートを真空チャンバーに移動します。

そこに、内側の金属板の上に置きます。次に、ほこりの動きを記録するためのビデオカメラをセットアップします。照明には、少なくとも500ワットの白熱源に相当するLEDライトを使用してください。

この画像は、ビームがダスト粒子と相互作用する前のダスト粒子のものです。この電子ビーム実験には2本のフィラメントが必要です。この例のように、2つの電極フィードスルーのそれぞれにトリウムタングステンフィラメントを取り付けます。

フィードスルーの1つを真空チャンバーの上部に取り付けます。このフィラメントをフィラメント電源に接続します。次に、チャンバーの底にフィラメントを使用して2番目のフィードスルーを取り付けます。

チャンバーを希望のベース圧力までポンプで送り続けます。次に、アルゴンガス供給を使用して、チャンバーを約1/2ミリトーまで満たします。準備ができたら、フィラメント電源をオンにし、バイアス電圧をマイナス120ボルトに設定します。

カメラの電源を入れて録画します。電源で、加熱ボリュームを上げますtage。放射電流が数ミリアンペアになったら停止します。

ダスト粒子の応答を記録します。動き始める2つの高エネルギー電子と熱電子を露出させます。フィラメントの電源を切り、下部のフィラメントに接続します。

電源がオンの状態で、バイアス電圧をマイナス40ボルトに設定します。加熱電圧を上げて、200ミリアンペアを超える放射電流に到達します。ダスト粒子の動きを記録します。

熱電子のみにさらされると、動きません。底部を密閉した真空チャンバーから始めます。金属板で支えられた絶縁板に粉塵粒子を装填します。

フィードスルーは 1 つだけ使用します。その上に1本のトリウムタングステンフィラメントを取り付けます。チャンバーの上部にフィードスルーを取り付け、フィラメント電源を接続します。

最初のシーケンスでは、バイアス電圧を負の 120 ボルトに設定します。次に、加熱電圧を上げます。放射電流が数ミリアンペアになったら停止します。

チャンバー内のダスト粒子の応答を記録します。この場合、彼らは動きます。2 番目のシーケンスは、最初のシーケンスと同じセットアップを使用します。

2 番目のシーケンスでは、バイアス電圧を 0 に設定します。加熱電圧を上げて、約2アンペアの加熱電流に到達します。次に、バイアス電圧をゼロからマイナスの120ボルトに徐々に変更します。

チャンバー内のダスト粒子の応答を記録します。この場合、彼らは動きません。この実験では、電極フィードスルーをチャンバーから取り外します。

フィードスルーに172ナノメートルのUVランプを取り付けます。フィードスルーを再度取り付け、ランプの電源を接続します。チャンバーを基本圧力にした状態で、ランプを点灯してダスト粒子を照射します。

これらの条件下での粒子の応答を記録します。この実験では、直径10〜50マイクロメートルのダスト粒子にプラズマと120電子ボルトのビーム電子を照射します。電子ビームが存在しない場合、粒子はロフトしません。

これは、ダストの帯電に寄与する二次電子と一致しています。ロフト粒子は、最初にバイアス電圧を設定し、次に加熱電圧を上げることによって生成される電子ビームによって誘導され、二次電子を生成するプロセスです。対照的に、加熱電圧を最初に設定した後、バイアス電圧を増加させると、ダストの動きは見られませんが、これは二次電子がないプロセスです。

172ナノメートルのUVランプに曝露されたダスト粒子は、この写真のようにダストホッピングを示します。粉塵が紫外線に長時間さらされると、粉塵の表面が変化します。これは、表面が滑らかになり、最終的には平らになる一連の写真に捉えられています。

このビデオを見れば、制御された方法でダスト粒子を移動させる方法についてよく理解できるはずです。重要な点は、ほこりの多い表面から完全な電子および/または二次電子を作成することです。この方法に基づいて、新しい実験やコンピュータモデリングを開発して、粉塵の帯電と輸送の性質をより適切に分類することができます。

この技術は、宇宙惑星科学やダスティプラズマの研究者が、空気のない惑星体の表面処理や、これらの天体周辺の地表近くのダスト環境における静電ダスト輸送の役割を探求するための道を開くものです。トリウムの放射能が低いため、トリウム化されたタングステンワイヤーを取り扱うときは手袋を着用することを忘れないでください。また、真空チャンバーの窓を覆って、紫外線にさらされないようにしてください。