Natuurkundigen van het Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) hebben een manier gevonden om plasma te voorkomen:het hete, geladen toestand van materie die bestaat uit vrije elektronen en atoomkernen - van het veroorzaken van kortsluiting in machines zoals stuwraketten van ruimtevaartuigen, radarversterkers, en deeltjesversnellers. In bevindingen online gepubliceerd in de Tijdschrift voor Toegepaste Natuurkunde , Charles Swanson en Igor Kaganovich melden dat het toepassen van microscopische structuren die lijken op veren en snorharen op de oppervlakken in deze machines ervoor zorgen dat ze topprestaties blijven leveren.

De natuurkundigen berekenden dat kleine vezels die 'fractals' worden genoemd, " omdat ze er hetzelfde uitzien als ze op verschillende schalen worden bekeken, kan elektronen vangen die van de binnenoppervlakken zijn losgemaakt door andere elektronen die vanuit het plasma inzoomen. Onderzoekers verwijzen naar de losgeraakte oppervlakte-elektronen als "secundaire elektronenemissies" (SEE); door ze op te vangen, wordt voorkomen dat dergelijke deeltjes elektrische stroom veroorzaken die de functies van machines verstoort.

Voortbouwend op eerdere experimenten

Dit werk bouwt voort op eerdere experimenten die aantoonden dat oppervlakken met vezeltexturen de hoeveelheid secundaire elektronenemissie kunnen verminderen. Eerder onderzoek heeft uitgewezen dat oppervlakken met gladde vezels die "fluwelen" worden genoemd en die geen veerachtige vertakkingen hebben, kunnen voorkomen dat ongeveer 50 procent van de secundaire elektronen in het plasma ontsnapt. Het fluweel vangt slechts de helft van dergelijke elektronen op, want als de elektronen uit het plasma de vezels onder een kleine hoek raken, kunnen de secundaire elektronen ongehinderd wegkaatsen.

"Toen we naar fluweel keken, we zagen dat het SEE van ondiep invallende elektronen niet goed onderdrukte, "Zei Swanson. "Dus hebben we nog een set vezels toegevoegd om de resterende secundaire elektronen te onderdrukken en de fractale benadering lijkt goed te werken."

Het nieuwe onderzoek toont aan dat gevederde vezels secundaire elektronen kunnen opvangen die worden geproduceerd door de elektronen die vanuit een ondiepe hoek naderen. Als resultaat, de fractale vezels kunnen de secundaire elektronenemissie tot 80 procent verminderen.

Swanson en Kaganovich verifieerden de bevindingen door computerberekeningen uit te voeren die fluwelen en fractal gevederde texturen vergeleken. "We hebben numeriek de emissie van secundaire elektronen gesimuleerd, veel deeltjes initialiseren en ze ballistische, rechte lijnen totdat ze in wisselwerking stonden met het oppervlak, " zei Swanson. "Het was duidelijk dat het toevoegen van snorharen aan de zijkanten van de primaire snorharen de opbrengst aan secundaire elektronen dramatisch verminderde."

Voorlopig octrooi

De twee wetenschappers hebben nu een voorlopig patent op de gevederde-textuurtechniek. Dit onderzoek werd gefinancierd door het Air Force Office of Scientific Research, en volgt vergelijkbaar experimenteel werk dat bij PPPL door andere natuurkundigen is gedaan. specifiek, Jevgeny Raitses, werken bij PPPL; Marleen Patino, een afgestudeerde student aan de Universiteit van Californië, Los Angeles; en Angela Capece, een professor aan het College van New Jersey, hebben in het afgelopen jaar experimentele bevindingen gepubliceerd over hoe secundaire elektronenemissie wordt beïnvloed door verschillende wandmaterialen en structuren, op basis van onderzoek dat ze deden bij PPPL.