Uitbarstingen van plasma, plasmastralen genoemd, hebben tal van toepassingen, variërend van de ontwikkeling van efficiëntere motoren, die ooit ruimtevaartuigen naar Mars zou kunnen sturen, voor industrieel gebruik, zoals het spuiten van coatings van nanomaterialen op 3D-objecten.

Capillaire ontladingsplasmajets zijn die die worden gecreëerd door een grote stroom die door een gas met lage dichtheid gaat in wat een capillaire kamer wordt genoemd. Het gas ioniseert en verandert in plasma, een mengsel van elektronen en positief geladen ionen. Wanneer plasma uitzet in de capillaire kamer als gevolg van verwarming van boogenergie, plasma stoot uit het capillaire mondstuk en vormt de plasmastraal.

Deze week in Beoordeling van wetenschappelijke instrumenten , een nieuwe studie onderzoekt hoe de afmetingen van het capillair dat het plasma produceert van invloed zijn op de lengte van de jet. Onderzoekers van de Huazhong University of Science and Technology ontdekten dat ze de langste plasmastraal konden bereiken door de afmetingen te veranderen om de energiedichtheid in de capillaire kamer te maximaliseren.

"Experimentele resultaten tonen aan dat de langste plasmastraallengte kan worden verkregen door de geometrische factoren aan te passen, " zei Jiaming Xiong, van de Huazhong University of Science and Technology en een van de auteurs. "Capillaire plasmajets hebben een breed scala aan toepassingen en de lengte van de plasmajet is een belangrijke karakteristieke parameter."

Eerdere studies op dit gebied waren gericht op de vorming van de plasmastraal en numerieke simulaties van het capillaire ontladingsplasma, maar weinig onderzoekers hebben gekeken naar hoe de structuur van het capillair de grootte van de plasmastraal beïnvloedt.

Xiong en de groep onderzoekers zetten hun capillaire plasmastraal op onder normale atmosferische druk met een camera om de lengte van de plasmastraal te fotograferen. Het capillaire systeem bestaat uit een penelektrode voor de negatief geladen kathodezijde van het stroomtoevoerapparaat, en een plaatelektrode voor de positief geladen anode. Een isolerende wand omringt de kathode, een kamer creëren waar het gas ioniseert wanneer ze een triggerpuls toepassen.

Het plasma wordt uitgestoten door een kegelvormig mondstuk in de anode van de capillaire kamer. Door de lengte van de capillaire kamer te variëren, de diameter van de kathode en de lengte van de kathodepunt, de onderzoekers bepaalden de beste verhoudingen om de langste jet te genereren.

De studie suggereert dat de afmetingen met de grootste energiedichtheid in de kamer de langste plasmastraal zullen opleveren. Naarmate de lengte van het capillair toeneemt, de energie die wordt afgezet in het boogkanaal neemt ook toe, maar slechts tot op zekere hoogte. Dus, er is een optimale kamerlengte om de energiedichtheid in de capillaire kamer te maximaliseren.

Aanvullend, ze toonden aan dat het vergroten van de kathodediameter en de lengte van de kathodepunt de plasmastraal verkort, omdat deze veranderingen de energie die in het boogkanaal wordt afgezet, verminderen. In hun volgende studie, de onderzoekers zullen combinaties van verschillende pulsontladingscircuits en ontladingsenergieën gebruiken om te zien hoe deze factoren de lengte van de plasmastraal beïnvloeden.