Toz şarj ve ultraviyole radyasyon veya plazmasının maruz kalma ile yüzeylerde seferberlik deneysel yöntemleri

Bu deneyin genel amacı, uzayda veya laboratuvar koşullarında regolit toz parçacıklarının havaya uçurulması veya harekete geçirilmesi için yeterli yük kazanmasına neden olan mekanizmaları göstermektir. Bu yöntem, güneş sistemindeki havasız cisimlerin yüzeyini şekillendirmede elektrik tozu taşınımının rolü hakkında önemli bir soruyu yanıtlamaya yardımcı olabilir. Bu yöntem, hem deney hem de bilgisayar modellemesini içeren gelecekteki çalışmaların önünü açarak, mevcut uzay gözlemlerini nihai olarak açıklamak ve gelecekteki görev araştırmaları için rehberlik sağlamak için yol açmaktadır.

Bu yöntem, diğer araştırmacıların kendi deneylerini geliştirmelerine yardımcı olabilecek toz parçacıklarının kontrollü bir şekilde nasıl hareket ettirileceğini göstermektedir. Prosedürü göstermek, laboratuvarımızdan bir lisans öğrencisi olan Noah Hood olacak. Deneyler bir vakum odası gerektirir.

Bu, 50 santimetre çapında ve 28 santimetre boyundadır ve bir argon tankına ve bir pompa sistemine bağlıdır. İçinde elektriksel olarak izole edilmiş metal bir plaka var. Bu noktada, toz parçacıklarını yüklemeye hazırlanın.

20 santimetre çapında ve iki santimetre kalınlığında bir yalıtım plakası kullanın ve üzerine merkezi bir deliği olan aşağılayıcı bir kauçuk levha yerleştirin. Ardından, deliğe düzensiz şekilli toz parçacıklarını yalıtın. Yalıtım plakasını vakum odasına taşıyın.

Orada, içindeki metal plakanın üzerine yerleştirin. Ardından, toz hareketini kaydetmek için bir video kamera kurun. Aydınlatma için en az 500 watt'lık bir akkor kaynağa eşdeğer bir LED ışık kullanın.

Bu görüntü, herhangi bir ışın onlarla etkileşime girmeden önce toz parçacıklarına aittir. Bu elektron ışını deneyi iki filament gerektirir. Bu örnekte olduğu gibi, iki elektrot geçişinin her birine toryumlu bir tungsten filamanı takın.

Geçişlerden birini vakum odasının üstüne takın. Bu filamenti filament güç kaynaklarına bağlayın. Ardından, ikinci geçişi haznenin altına bir filament ile takın.

Hazneyi istenen taban basıncına pompalayarak devam edin. Daha sonra, hazneyi yaklaşık yarım militorr'a kadar doldurmak için argon gazı beslemesini kullanın. Hazır olduğunuzda, filament güç kaynaklarını açın ve öngerilim voltajını negatif 120 volta ayarlayın.

Kaydetmek için kamerayı açın. Güç kaynağında, ısıtma voltajını artırın. Emisyon akımı birkaç miliamper olduğunda durun.

Toz parçacıklarının tepkisini kaydedin. Hareket etmeye başlayan iki enerjik ve termal elektronu açığa çıkarın. Filament güç kaynaklarını kapatın ve alt filamente bağlayın.

Güç kaynakları açıkken, öngerilim voltajını eksi 40 volta ayarlayın. 200 miliamperin üzerinde bir emisyon akımına ulaşmak için ısıtma voltajını artırın. Toz parçacıklarının hareketini kaydedin.

Sadece termal elektronlara maruz kaldıklarında hareket etmezler. Alt kısmı kapalı olan vakum odası ile başlayın. Toz parçacıklarının metal plaka tarafından desteklenen yalıtım plakasına yüklenmesini sağlayın.

Yalnızca bir geçiş kullanın. Üzerine bir toryumlu tungsten filaman takın. Geçişi haznenin üstüne takın ve filament güç kaynaklarını bağlayın.

İlk dizide, öngerilim voltajını negatif 120 volta ayarlayın. Ardından, ısıtma voltajını artırın. Emisyon akımı birkaç miliamper olduğunda durun.

Haznedeki toz parçacıklarının tepkisini kaydedin. Bu durumda hareket ederler. İkinci dizi, birinciyle aynı kurulumu kullanır.

İkinci sırada, öngerilim voltajını sıfıra ayarlayın. Yaklaşık iki amperlik bir ısıtma akımına ulaşmak için ısıtma voltajını artırın. Ardından, önyargı voltajını kademeli olarak sıfırdan negatif 120 volta değiştirin.

Haznedeki toz parçacıklarının tepkisini kaydedin. Bu durumda hareket etmezler. Bu deney için, elektrot geçişini hazneden çıkarın.

Geçişe 172 nanometrelik bir UV lambası takın. Geçişi yeniden takın ve lambanın güç kaynağını bağlayın. Hazne taban basıncındayken, toz parçacıklarını ışınlamak için lambayı açın.

Bu koşullar altında parçacıkların tepkisini kaydedin. Bu deneyde, 10 ila 50 mikrometre çapındaki toz parçacıkları plazmaya ve 120 elektron voltluk ışın elektronlarına maruz bırakılır. Elektron ışını olmadığında hiçbir parçacık yükselmez.

Bu, toz yüklenmesine katkıda bulunan ikincil elektronlarla tutarlıdır. Yükseltilmiş parçacıklar, önce bir önyargı voltajının ayarlanması ve ardından ikincil elektronlar oluşturan bir işlem olan ısıtma voltajının arttırılmasıyla oluşturulan bir elektron ışını tarafından indüklenir. Buna karşılık, ısıtma voltajı ilk ayarlandığında ve ardından ikincil elektronları olmayan bir işlem olan önyargı voltajı arttırıldığında toz hareketi görülmez.

172 nanometre UV lambasına maruz kalan toz parçacıkları, bu fotoğrafta gösterildiği gibi toz atlamasını gösterir. Toz uzun süre UV radyasyonuna maruz kaldığında, toz yüzeyi değişir. Bu, yüzeyin daha pürüzsüz hale geldiği ve sonunda düzleştiği bir dizi fotoğrafta yakalanır.

Bu videoyu izledikten sonra, toz parçacıklarını kontrollü bir şekilde nasıl hareket ettireceğinizi iyi anlamış olmalısınız. Kilit nokta, tozlu yüzeylerden tam elektronlar ve/veya ikincil elektronlar oluşturmaktır. Bu yöntemlere dayanarak, toz şarjı ve taşınmasının doğasını daha iyi kategorize etmek için yeni deneyler ve bilgisayar modellemesi geliştirilebilir.

Bu teknik, uzay ve gezegen bilimindeki araştırmacıların yanı sıra tozlu plazmaların, havasız gezegen cisimlerinde ve bu cisimlerin etrafındaki yüzeye yakın toz ortamında yüzey işlemede elektrostatik toz taşınımının rolünü keşfetmelerinin yolunu açıyor. Toryumun düşük radyoaktivitesi nedeniyle toryumlu tungsten telleri tutarken eldiven giymeyi unutmayın. Ayrıca, olası UV maruziyetini önlemek için vakum odasının pencerelerini kapatın.