Erken Güneş Sistemi Toz-agrega Çatışmayı Deneysel Simülasyon Laboratuvarı Bırak Towers

Bu prosedürün genel amacı, erken güneş sistemindeki toz kümeleri arasındaki çarpışmaları deneysel olarak simüle etmek ve gezegen oluşumunun ilk adımlarını anlamaktır. Bu, önce genç güneş sistemindeki toz parçacıklarını temsil eden iki gözenekli toz agregasının hazırlanmasıyla gerçekleştirilir. İkinci adım, her iki toz agregasını da mikro yerçekimi koşulları altında toz agregaları arasında bir çarpışma oluşturacak şekilde şartlandırılmış laboratuvar düşürme kulelerinden birine yerleştirmektir.

Daha sonra deney yapılır ve yüksek hızlı kameralar iki toz agregası arasındaki çarpışmayı kaydeder. Son adım, enerji kaybı, kütle transferi ve toz agregalarının parçalanması ile ilgili olarak çarpışmanın yüksek hızlı kaydının analizidir. Sonuç olarak, bu sonuçlar, gezegen oluşumunun ilk adımlarının modellenmesi için gerekli olan genç güneş sistemindeki toz agregası çarpışmalarının fiziksel modellerini geliştirmek için kullanılır.

Bu yöntem, gezegenlerin yapı taşlarının çarpışmalarının sonucu gibi gezegen oluşumu alanındaki temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir. Bu yöntem için ilk olarak, kırılgan toz agregaları arasında çok sayıda çok düşük hızlı çarpışma gerçekleştirmenin yollarını ararken aklımıza geldi. Ticari mikro yerçekimi tesisleri gibi mevcut yöntemlerin bu tekniğinin temel avantajı, deneylerin daha sık yapılabilmesi ve laboratuvarda uygun maliyetli olmasıdır.

Bu yöntemin görsel olarak gösterilmesi çok önemlidir, çünkü hazırlanan numuneler çok kırılgan olduğu için numune hazırlama adımlarının öğrenilmesi zordur. Başlamak için, aşağıdaki denklemi kullanarak istenen şekil için gereken malzeme miktarını hesaplayın. Yeterli miktarda malzemeyi 0,5 milimetrelik bir ağ C ile eleyin ve hesaplanan kütleyi bir kalıba doldurun.

Ardından, numune beş santimetreye ulaşana kadar bir pistonu elle iterek malzemeyi kalıbın içinde sıkıştırın. Son olarak kalıbı ters çevirin. Taban plakasını açın ve numuneyi pistonla yavaşça dışarı itin.

Küresel üst parçacık numuneleri için, parçacığı bir ip serbest bırakma mekanizmasında kullanın. Bu tür bir serbest bırakmayı ayarlamak için, serbest bırakılacak parçacığı bir ipe bağlayın. Bu, numune sıkıştırması sırasında, bir ip için bir geçitli bir piston kullanılarak yapılır.

Küresel alt parçacık numuneleri için solenoid mıknatıs ile katı metal karşı parça arasına sıkıştırarak ipi yerinde tutun. Tuzak kapısı serbest bırakma mekanizmasını kullanın. Parçacığı yarı küresel bir kalıba yerleştirerek başlayın.

Uygun zamanda, bundan sonra üst serbest bırakma mekanizmasının solenoid mıknatısına bir elektrik akımı uygulayın. Küre kümeleri gibi daha karmaşık düzenlemeleri incelerken, bir dönme solenoidi kullanarak tuzak kapısını aşağı doğru döndürmek için bir elektrik akımı uygulayın, iki tuzak kapısı serbest bırakma mekanizmasını birbirinin üzerine monte edin. Her iki tuzak kapısı mekanizması da yüklendikten sonra, silindirik numuneler için numuneleri doğru zamanlarda serbest bırakmak için bir elektrik akımı uygulayın.

Makas tipi bir çift serbest bırakma mekanizmasını yerine monte edin. Ardından silindirik numuneleri nazikçe serbest bırakma plakalarına yerleştirin. Daha önce olduğu gibi, numuneleri serbest bırakmak için solenoid mıknatıslara bir elektrik akımı uygulayın.

Bir numune basitçe serbest düşme yerine hızlandırılacaksa, elektromanyetik olarak tahrikli doğrusal aşama gibi bir parçacık hızlandırma mekanizması kullanın. Silindirik numuneleri partikül hızlandırma ile birlikte test ederken, çift kanatlı tuzak kapısı serbest bırakma mekanizmasını kullanın. Silindirik toz örneğini kapalı tuzak kapısına yerleştirin.

Ardından solenoid mıknatısa bir elektrik akımı uygulayarak tuzak kapısının kilidini açın. Girdap akımı kopmalarının, düşük hızlı çarpışma elde etmek için kapının numuneye geri sıçramasını nasıl önlediğine dikkat edin. Saniyede 0.09 metre hız.

Bir santimetrelik parçacıklardan birini bir ip mekanizmasındaki parçacığa ve diğerini bir santimetrelik parçacığı yedi milimetre uzağa tuzak kapısı serbest bırakma mekanizmasına yerleştirin. Ardından vakumlu cam tüpü kapatın. Tüpteki havanın yavaş tahliyesini başlatmak için vakum pompalarına giden valfi dikkatlice açın.

Ardından, serbest bırakma mekanizmalarının zaman gecikmesini dokuz milisaniye olarak ayarlayın. Bu, önce üst toz agregasının serbest bırakılacağı ve dokuz milisaniye sonra alt partikülün serbest bırakılacağı anlamına gelir, daha sonra kameraları serbest bırakma ünitelerine takın ve aydınlatmayı açın. Ardından sürekli kaydı başlatın.

Bir milibardan daha iyi istenen vakuma ulaşıldığında, deney tamamlandığında zamanlayıcı dizisini başlatmak için serbest bırakma düğmesine basın, yüksek hızlı kameralar tarafından kaydedilen görüntü dizilerini bir bilgisayara indirin. Önce bir numuneyi çift kanatlı tuzak kapısı serbest bırakma mekanizmasına ve diğerini doğrusal kademeli hızlandırıcının numune tutucusuna yükleyerek yüksek hızlı bir çarpışma için beş santimetre çapında ve yüksekliğinde iki silindirik numune hazırlayın. Numuneler yerleştirildikten sonra, cam tüpü kapatarak ve tüpteki havayı çıkarmak için vakum valfini açarak hazneyi daha önce olduğu gibi hazırlayın.

Ardından, serbest bırakma mekanizmasının ve doğrusal hızlandırıcının zamanlamasını istenen koşullara göre ayarlayın. Ardından, uygun aydınlatmayı açın ve yüksek hızlı kamera ile kayda başlayın. 0,01 milibardan daha iyi istenen vakuma ulaşıldığında, tamamlandıktan sonra çarpışmayı başlatmak için serbest bırakma düğmesine basın.

Farklı boyutlardaki agregalar için kameralar tarafından kaydedilen görüntü dizilerini daha önce olduğu gibi indirin. Büyük numuneyi bir serbest bırakma mekanizmasına yükleyin, ardından daha küçük numuneyi hızlandırıcının numune tutucusuna yerleştirin. Mono dispers küresel ve poli dispers düzensiz silika parçacıklarının bu elektron mikroskobu görüntüleri, laboratuvar damla kulesi deneylerinde kullanılan numunelerin fiziksel özelliklerini göstermektedir.

Toz agregaları, bir santimetre, iki santimetre ve beş santimetre çapında toz silindirleri ve bir santimetre ve iki santimetre çapında toz küreleri dahil olmak üzere çeşitli numune boyutlarında ve şekillerinde yapılabilir. Ek olarak, silindirik bir toz agrega numunesinin iç yapısının x-ışını tomografisi rekonstrüksiyonu kullanılarak iki ila üç milimetre boyutunda aydınlatıcı kürelerden oluşan kümeler kullanılabilir. Bu yüksek gözenekliliğe sahip numunenin, milimetre boyutunda toz agregaları kullanılarak monte edildiği açıkça görülmektedir.

Gri ölçek, hacim doldurma faktörünü, numunenin kütle yoğunluğunun oranını ve çarpışma hızlarını sıçrayan monomer toz parçacıklarının malzeme yoğunluğunu, çarpışmadan sonraki ve önceki hızı elde etmek için zaman içindeki parçacık konumları izlenerek analiz edildi. Bu değerlerin oranına geri dönüş katsayısı denir ve çarpışmadaki enerji kaybını tanımlar. Analiz edilen iade katsayıları, çarpışma hızlarına karşı çizilir.

Küresel toz, agregalar ve silindirik toz agregaları arasındaki çarpışmalar için veriler, bir kez ustalaştıktan sonra artan çarpma hızı ile azalan bir geri kazanım katsayısı eğilimi göstermektedir. Bu teknik, düzgün bir şekilde yapılırsa bir saat içinde yapılabilir. Mikrometre büyüklüğündeki partiküllerle çalışmak son derece tehlikeli olabilir, bu nedenle işlem sırasında her zaman koruyucu maskeler, eldivenler ve bunun gibi davlumbazlar gibi önlemler alınmalıdır.