먼지가 충전 및 자외선 또는 플라즈마에 노출 표면에 동원의 실험 방법

이 실험의 전반적인 목표는 우주 또는 실험실 조건에서 표토 먼지 입자가 로프트 또는 동원될 수 있는 충분한 전하를 얻도록 하는 메커니즘을 보여주는 것입니다. 이 방법은 태양계에서 공기가 없는 천체의 표면을 형성하는 데 있어 전기 먼지 수송의 역할에 대한 핵심 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 방법은 실험 및 컴퓨터 모델링을 포함한 향후 연구를 위한 길을 열어 궁극적으로 기존 우주 관측을 설명하고 향후 임무 조사에 대한 지침을 제공합니다.

이 방법은 다른 연구자들이 자신의 실험을 개발하는 데 도움이 될 수 있는 통제된 방식으로 먼지 입자를 이동시키는 방법을 보여줍니다. 이 절차를 시연하는 사람은 우리 연구실의 학부생인 Noah Hood입니다. 실험에는 진공 챔버가 필요합니다.

이것은 지름이 50cm, 높이가 28cm이며 아르곤 탱크와 펌프 시스템에 연결되어 있습니다. 내부에는 전기적으로 절연된 금속판이 있습니다. 이 시점에서 먼지 입자를 로드할 준비를 합니다.

직경 20cm, 두께 2cm의 절연판을 사용하고 그 위에 중앙 구멍이 있는 모욕적인 고무 시트를 놓습니다. 다음으로, 절연체를 불규칙한 모양의 먼지 입자를 구멍에 넣습니다. 절연판을 진공 챔버로 이동합니다.

거기에 내부의 금속판 위에 올려 놓습니다. 다음으로 먼지의 움직임을 기록하도록 비디오 카메라를 설정합니다. 조명의 경우 최소 500와트 백열등에 해당하는 LED 조명을 사용하십시오.

이 이미지는 빔이 상호 작용하기 전의 먼지 입자를 보여줍니다. 이 전자빔 실험에는 두 개의 필라멘트가 필요합니다. 이 예에서와 같이, 두 전극 피드 스루 각각에 토륨 텅스텐 필라멘트를 설치하십시오.

진공 챔버 상단에 피드스루 중 하나를 설치합니다. 이 필라멘트를 필라멘트 전원 공급 장치에 연결합니다. 그런 다음 챔버 바닥에 필라멘트로 두 번째 피드스루를 설치합니다.

챔버를 원하는 기본 압력으로 펌핑하여 계속합니다. 다음으로, 아르곤 가스 공급물을 사용하여 챔버를 약 1/2 밀리토르로 채웁니다. 준비가 되면 필라멘트 전원 공급 장치를 켜고 바이어스 전압을 음의 120볼트로 설정합니다.

녹화할 카메라를 켭니다. 전원 공급 장치에서 가열 전압을 높입니다. 방출 전류가 몇 밀리암페어일 때 중지하십시오.

먼지 입자의 반응을 기록합니다. 움직이기 시작하는 두 개의 에너지 및 열 전자를 노출시킵니다. 필라멘트 전원 공급 장치를 끄고 하단 필라멘트에 연결합니다.

전원 공급 장치를 켠 상태에서 바이어스 전압을 음의 40볼트로 설정합니다. 200밀리암페어 이상의 방출 전류에 도달하려면 가열 전압을 높이십시오. 먼지 입자의 움직임을 기록합니다.

열 전자에만 노출되어 움직이지 않습니다. 바닥이 밀봉된 진공 챔버부터 시작합니다. 금속판으로 지지되는 절연판에 먼지 입자를 적재하십시오.

피드스루는 하나만 사용합니다. 그 위에 토륨 텅스텐 필라멘트 하나를 설치하십시오. 챔버 상단에 피드스루를 설치하고 필라멘트 전원 공급 장치를 연결합니다.

첫 번째 시퀀스에서 바이어스 전압을 음의 120V로 설정합니다. 그런 다음 가열 전압을 높입니다. 방출 전류가 몇 밀리암페어일 때 중지하십시오.

챔버 내 먼지 입자의 반응을 기록합니다. 이 경우 이동합니다. 두 번째 시퀀스는 첫 번째 시퀀스와 동일한 설정을 사용합니다.

두 번째 시퀀스에서 바이어스 전압을 0으로 설정합니다. 약 2암페어의 가열 전류에 도달하기 위해 가열 전압을 높입니다. 그런 다음 바이어스 전압을 0에서 음의 120V로 점차적으로 변경합니다.

챔버 내 먼지 입자의 반응을 기록합니다. 이 경우 움직이지 않습니다. 이 실험에서는 챔버에서 전극 피드스루를 제거합니다.

피드스루에 172나노미터 UV 램프를 설치합니다. 피드스루를 다시 설치하고 램프의 전원 공급 장치를 연결합니다. 챔버가 기본 압력에 도달한 상태에서 램프를 켜서 먼지 입자를 조사합니다.

이러한 조건에서 입자의 반응을 기록합니다. 이 실험에서는 직경 10-50마이크로미터의 먼지 입자가 플라즈마와 120개의 전자-볼트 빔 전자에 노출됩니다. 전자빔이 없을 때 어떤 입자도 로프트되지 않습니다.

이것은 먼지 충전에 기여하는 2차 전자와 일치합니다. 로프트된 입자는 먼저 바이어스 전압을 설정한 다음 2차 전자를 생성하는 과정인 가열 전압을 증가시켜 생성된 전자빔에 의해 유도됩니다. 대조적으로, 가열 전압을 먼저 설정한 다음 바이어스 전압을 증가시킬 때 2차 전자가 없는 과정인 경우 먼지의 움직임이 보이지 않습니다.

172나노미터 UV 램프에 노출된 먼지 입자는 이 사진에서 볼 수 있듯이 먼지 도약하는 모습을 보여줍니다. 먼지가 장기간 자외선에 노출되면 먼지 표면이 변합니다. 이것은 표면이 더 매끄러워지고 결국 평평해지는 일련의 사진에서 포착됩니다.

이 비디오를 시청한 후에는 제어 된 방식으로 먼지 입자를 이동하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다. 요점은 먼지가 많은 표면에서 전체 전자 및/또는 2차 전자를 생성하는 것입니다. 이 방법을 기반으로 새로운 실험과 컴퓨터 모델링을 개발하여 분진 포집 및 운반의 특성을 더 잘 분류할 수 있습니다.

이 기술은 우주 및 행성 과학 연구자들과 먼지 플라즈마 연구자들이 공기가 없는 행성체와 이러한 행성체 주변의 표면 근처 먼지 환경의 표면 처리에서 정전기 먼지 운반의 역할을 탐구할 수 있는 길을 열어줍니다. 토륨의 방사능이 낮기 때문에 토륨 텅스텐 와이어를 다룰 때는 장갑을 착용하는 것을 잊지 마십시오. 또한 UV 노출을 피하기 위해 진공 챔버의 창을 덮으십시오.