Métodos experimentais de poeira e mobilização sobre superfícies com exposição à radiação ultravioleta ou Plasmas de

O objetivo geral deste experimento é mostrar os mecanismos que fazem com que as partículas de poeira de regolito no espaço ou em condições de laboratório ganhem carga suficiente para serem elevadas ou mobilizadas. Este método pode ajudar a responder a uma questão-chave sobre o papel do transporte de poeira elétrica na formação da superfície de corpos sem ar no sistema solar. Este método abre caminho para estudos futuros, incluindo experimentos e modelagem computacional para explicar as observações espaciais existentes e fornecer orientação para futuras investigações de missões.

Este método demonstra como mover partículas de poeira de maneira controlada, o que pode ajudar outros pesquisadores a desenvolver seus próprios experimentos. Demonstrando o procedimento estará Noah Hood, um estudante de graduação de nosso laboratório. Os experimentos requerem uma câmara de vácuo.

Este tem 50 centímetros de diâmetro e 28 centímetros de altura e está conectado a um tanque de argônio e a um sistema de bomba. Dentro há uma placa de metal que é isolada eletricamente. Neste ponto, prepare-se para carregar partículas de poeira.

Use uma placa isolante de 20 centímetros de diâmetro e dois centímetros de espessura e coloque em cima dela uma folha de borracha insultuosa com um orifício central. Em seguida, coloque partículas de poeira isolantes de formato irregular no orifício. Mova a placa isolante para a câmara de vácuo.

Lá, coloque-o na placa de metal dentro. Em seguida, configure uma câmera de vídeo para registrar o movimento da poeira. Para iluminação, use uma luz LED equivalente a pelo menos uma fonte incandescente de 500 watts.

Esta imagem é das partículas de poeira antes que qualquer feixe tenha interagido com elas. Este experimento de feixe de elétrons requer dois filamentos. Como neste exemplo, instale um filamento de tungstênio toriado em cada uma das duas passagens de eletrodo.

Instale uma das passagens na parte superior da câmara de vácuo. Conecte este filamento a fontes de alimentação de filamento. Em seguida, instale a segunda passagem com um filamento no fundo da câmara.

Continue bombeando a câmara até a pressão de base desejada. Em seguida, use a alimentação de gás argônio para encher a câmara até cerca de meio militorr. Quando estiver pronto, ligue as fontes de alimentação de filamento e defina a tensão de polarização para 120 volts negativos.

Ligue a câmera para gravar. Na fonte de alimentação, aumente a tensão de aquecimento. Pare quando a corrente de emissão for de alguns miliamperes.

Registre a resposta das partículas de poeira. Exponha dois elétrons energéticos e térmicos que começam a se mover. Desligue as fontes de alimentação do filamento e conecte-as ao filamento inferior.

Com as fontes de alimentação ligadas, defina o volume de polarizaçãotage para 40 volts negativos. Aumente a tensão de aquecimento para atingir uma corrente de emissão acima de 200 miliamperes. Registre o movimento das partículas de poeira.

Expostos apenas a elétrons térmicos, eles não se movem. Comece com a câmara de vácuo com o fundo selado. Coloque as partículas de poeira na placa isolante suportada pela placa de metal.

Use apenas um feed-through. Instale um filamento de tungstênio toriado nele. Instale a passagem na parte superior da câmara e conecte as fontes de alimentação do filamento.

Na primeira sequência, defina a tensão de polarização para 120 volts negativos. Em seguida, aumente a tensão de aquecimento. Pare quando a corrente de emissão for de alguns miliamperes.

Registre a resposta das partículas de poeira na câmara. Nesse caso, eles se movem. A segunda sequência usa a mesma configuração que a primeira.

Na segunda sequência, defina a tensão de polarização para zero. Aumente a tensão de aquecimento para atingir uma corrente de aquecimento de cerca de dois amperes. Em seguida, altere gradualmente a tensão de polarização de zero para 120 volts negativos.

Registre a resposta das partículas de poeira na câmara. Nesse caso, eles não se movem. Para este experimento, remova a passagem do eletrodo da câmara.

Instale uma lâmpada UV de 172 nanômetros na passagem. Reinstale a passagem e conecte a fonte de alimentação do lamp. Com a câmara à pressão de base, ligue a lâmpada para irradiar as partículas de poeira.

Registre a resposta das partículas nessas condições. Neste experimento, partículas de poeira de 10 a 50 micrômetros de diâmetro são expostas ao plasma e elétrons de feixe de 120 elétrons-volts. Nenhuma partícula é lançada quando o feixe de elétrons está ausente.

Isso é consistente com os elétrons secundários que contribuem para o carregamento de poeira. As partículas elevadas são induzidas por um feixe de elétrons criado primeiro definindo uma tensão de polarização e depois aumentando a tensão de aquecimento, um processo que cria elétrons secundários. Em contraste, nenhum movimento de poeira é visto quando a tensão de aquecimento é definida pela primeira vez, seguida pelo aumento da tensão de polarização, um processo sem elétrons secundários.

Partículas de poeira expostas à lâmpada UV de 172 nanômetros mostram o salto de poeira, conforme indicado nesta foto. Quando a poeira é exposta à radiação UV por um longo tempo, a superfície da poeira muda. Isso é capturado em uma série de fotos nas quais a superfície se torna mais lisa e, eventualmente, se achata.

Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como mover partículas de poeira de maneira controlada. O ponto-chave é criar elétrons completos e/ou elétrons secundários a partir de superfícies empoeiradas. Com base nesses métodos, novos experimentos, bem como modelagem computacional, podem ser desenvolvidos para categorizar melhor a natureza da carga e transporte de poeira.

Essa técnica abre caminho para pesquisadores em ciência espacial e planetária, bem como plasmas empoeirados, explorarem o papel do transporte eletrostático de poeira no processamento da superfície em corpos planetários sem ar e também em um ambiente de poeira próximo à superfície ao redor desses corpos. Não se esqueça de usar luvas ao manusear fios de tungstênio toriados por causa da baixa radioatividade do tório. Além disso, cubra as janelas da câmara de vácuo para evitar qualquer possível exposição aos raios UV.