पराबैंगनी विकिरण या प्लाज्मा के लिए जोखिम के साथ सतहों पर धूल चार्ज और जुड़ाव के प्रायोगिक तरीकों
Summary
धूल चार्ज और जुड़ाव थर्मल प्लाज्मा के साथ बीम इलेक्ट्रॉनों के लिए जोखिम के साथ तीन प्रयोगों में प्रदर्शन किया है, केवल बीम इलेक्ट्रॉनों, या पराबैंगनी (यूवी) विकिरण ही । इन प्रयोगों इलेक्ट्रोस्टैटिक धूल परिवहन और वायुहीन ग्रहों निकायों की सतहों को आकार देने में अपनी भूमिका की उन्नत समझ प्रस्तुत करते हैं ।
Abstract
इलेक्ट्रोस्टैटिक धूल परिवहन के लिए असामांय ग्रहों की घटनाओं की टिप्पणियों की एक संख्या समझाने की परिकल्पना की गई है । यहां, यह तीन हाल ही में विकसित प्रयोगों जिसमें धूल कणों बीम इलेक्ट्रॉनों, बीम इलेक्ट्रॉनों के साथ थर्मल प्लाज्मा के संपर्क में हैं, या पराबैंगनी (यूवी) केवल विकिरण का उपयोग कर प्रदर्शन किया है । यूवी प्रकाश स्रोत तरंग दैर्ध्य में एक संकीर्ण बैंडविड्थ 172 एनएम पर केंद्रित है । बीम इलेक्ट्रॉन 120 eV की ऊर्जा के साथ एक नकारात्मक पक्षपातपूर्ण गर्म रेशा के साथ बनाया जाता है । जब वैक्यूम चैंबर आर्गन गैस से भरा होता है तो इलेक्ट्रॉनक बीम के अलावा एक थर्मल प्लाज्मा बनाया जाता है । व्यास में माइक्रोन के कुछ दसियों के धूल कणों को अछूता प्रयोगों में उपयोग किया जाता है । धूल कणों एक ऊंचाई करने के लिए एक प्रक्षेपण गति के साथ कुछ सेंटीमीटर करने के लिए ऊपर हो दर्ज कर रहे है 1 मी । इन प्रयोगों का प्रदर्शन है कि तस्वीर और/या एक धूल की सतह से माध्यमिक इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन धूल कणों के चार्ज तंत्र में परिवर्तन । हाल ही में विकसित “समझौता प्रभारी मॉडल” के अनुसार, उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों फिर से सतह के नीचे पड़ोसी धूल कणों के बीच microcavities अंदर अवशोषित किया जा सकता है, आसपास की धूल पर बढ़ाया नकारात्मक शुल्क के संचय के कारण कणों. इन नकारात्मक आरोप कणों के बीच प्रतिकारक बलों जुटाने और उन्हें सतह से लिफ्ट करने के लिए काफी बड़ा हो सकता है । इन प्रयोगों धूल चार्ज और धूल सतहों पर परिवहन की उन्नत समझ मौजूद है, और वायुहीन ग्रहों निकायों की सतह विकास में अपनी भूमिका के भविष्य की जांच के लिए एक नींव रखी ।
Introduction
इस तरह के चंद्रमा और क्षुद्रग्रहों के रूप में वायुहीन ग्रहों निकायों, ठीक धूल regolith बुलाया कणों के साथ कवर कर रहे हैं । इन वायुहीन निकायों, पृथ्वी के विपरीत, सीधे सौर हवा प्लाज्मा और सौर पराबैंगनी (यूवी) विकिरण के संपर्क में हैं, regolith धूल के कारण आरोप लगाया जा करने के लिए । ये आरोप लगाया धूल कणों इसलिए जुटाया जा सकता है, बुलंद, उत्पात, या भी बाहर निकाल दिया और इलेक्ट्रोस्टैटिक बलों के कारण सतह से खो दिया है । पहले इस इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रक्रिया का सुझाव दिया सबूत तथाकथित “चंद्र क्षितिज चमक”, पश्चिमी क्षितिज के ऊपर एक अलग चमक सर्वेयर 5, 6 द्वारा सूर्यास्त के बाद शीघ्र ही मनाया गया था, और 7 अंतरिक्ष यान पांच दशक पहले (चित्र 1a)1, 2,3. यह कल्पना की गई है कि इस चमक सूर्य के electrostatically मचान धूल कणों से दूर बिखरे हुए (5 माइक्रोन त्रिज्या) के लिए एक ऊंचाई < 1 मीटर के पास की सतह के ऊपर चंद्र टर्मिनेटर1,2,3। Electrostatically जारी ठीक धूल भी एक उच्च ऊंचाई अपोलो अंतरिक्ष यात्री4,5द्वारा रिपोर्ट तक पहुंचने के लिए रे तरह स्ट्रीमर के लिए जिंमेदार होने का सुझाव दिया गया था ।
कभी इन अपोलो टिप्पणियों के बाद से, अन्य वायुहीन शरीर पर टिप्पणियों के एक नंबर भी इलेक्ट्रोस्टैटिक धूल जुड़ाव या मचान के तंत्र से जुड़े थे, जैसे कि शनि के छल्ले में रेडियल स्पोक्स6,7, 8, क्षुद्रग्रह इरोज (चित्रा 1b)9 और धूमकेतु 67P10पर धूल तालाबों, छिद्रित मुख्य बेल्ट क्षुद्रग्रह स्पेक्ट्रा11से संकेत दिया सतहों, शनि के बर्फीले चंद्रमा एटलस की असामांय रूप से चिकनी सतह12, और चंद्र भंवर में regolith13। इसके अलावा, चंद्र की सतह पर लेजर retroreflectors का क्षरण भी electrostatically मचान धूल14के संचय की वजह से हो सकता है ।
प्रयोगशाला अध्ययन काफी हद तक इन असामांय अंतरिक्ष टिप्पणियों से प्रेरित किया गया है ताकि धूल चार्ज और परिवहन की शारीरिक प्रक्रियाओं को समझने के लिए । धूल जुटाना विभिंन प्लाज्मा परिस्थितियों में मनाया गया है, जिसमें धूल के कणों से एक गिलास क्षेत्र की सतह से15,16, levitated प्लाज्मा खोल में17, और दोनों के संचालन और अछूता पर कदम दर्ज की गई है सतहों18,19,20,21। हालांकि, कैसे धूल कण बड़े पर्याप्त शुल्क हासिल करने के लिए मचान या जुटाए खराब समझ रहे थे । एक चिकनी सतह पर22 और एक धूल की सतह पर औसत प्रभार घनत्व23 प्लाज्मा में डूबे पर व्यक्तिगत धूल कणों पर आरोप की माप बताते है कि आरोप अभी तक धूल के कणों के लिए बहुत छोटा है मचान या जुटा हो ।
पहले सिद्धांतों में16,24,25, चार्ज केवल शीर्ष सतह परत है कि सीधे यूवी या प्लाज्मा को उजागर किया जाता है पर होने के लिए माना जाता था । आरोप अक्सर पूरी धूल भरी सतह पर समान रूप से वितरित किया जा करने के लिए माना जाता है, यानी, प्रत्येक व्यक्ति धूल कण, तथाकथित “साझा प्रभारी मॉडल”16द्वारा वर्णित आरोप की एक ही राशि का अधिग्रहण । हालांकि, इस मॉडल से गणना शुल्क बहुत गुरुत्वाकर्षण बल अकेले से छोटे हैं । एक आरोप उतारने सिद्धांत है कि इलेक्ट्रॉनों और आयनों की सतह16के लिए प्रवाह के stochastic प्रक्रिया के लिए खातों,24 इलेक्ट्रोस्टैटिक बल में एक लौकिक वृद्धि से पता चलता है, लेकिन यह की तुलना में छोटा रहता है गुरुत्वाकर्षण बल ।
इस पत्र में, इलेक्ट्रोस्टैटिक धूल मचान और जुड़ाव तीन हाल ही में विकसित प्रयोग26है, जो वायुहीन ग्रहों के शरीर के regolith पर धूल परिवहन को समझने के लिए महत्वपूर्ण है का उपयोग कर प्रदर्शन किया है । इन प्रयोगों बीम इलेक्ट्रॉनों के साथ थर्मल प्लाज्मा की शर्तों में प्रदर्शन कर रहे हैं, बीम इलेक्ट्रॉनों केवल या यूवी विकिरण ही. इन प्रयोगों हाल ही में विकसित “समझौता प्रभारी मॉडल”26,27, जिसमें microcavities सतह के नीचे पड़ोसी धूल कणों के बीच गठन फिर से उत्सर्जित तस्वीर को अवशोषित कर सकते हैं की वैधता का प्रदर्शन और/ माध्यमिक इलेक्ट्रॉनों, पड़ोसी धूल कणों की सतहों पर बड़े नकारात्मक शुल्क पैदा । इन नकारात्मक आरोपों के बीच प्रतिकारक बलों को जुटाने या धूल कणों से लिफ्ट करने के लिए काफी बड़ा हो सकता है ।
Protocol
Representative Results
Discussion
दशकों के लिए, वायुहीन निकायों के regolith पर इलेक्ट्रोस्टैटिक धूल परिवहन की समस्या एक खुला सवाल है कि कैसे regolith धूल कणों पर्याप्त बड़े शुल्क हासिल करने के लिए जुटाए या बुलंद बने रहे । हाल ही में प्रयोगशाला अध?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
यह काम नासा/SSERVI के प्लाज्मा, वायुमंडल और ब्रह्मांडीय धूल (प्रभाव) और नासा सौर प्रणाली कार्य कार्यक्रम (अनुदान संख्या: NNX16AO81G) द्वारा मॉडलिंग के लिए संस्थान द्वारा समर्थित किया गया था ।
Materials
| Vacuum chamber | Any | NA | |
| Vacuum electrode feedthrough | Lesker | EFT0113053 | |
| Tungsten filament (0.1 mm thick) | Goodfellow | W055250 | Thoriated |
| Power supply #1 (0-8V, 3A) | Agilent | E3610A | Or equivalent |
| Power supply #2 (0-140V, 0.5A) | Agilent | E3612A | Or equivalent |
| UV lamp | Osram | XERADEX L40/120/SB-SX48/KF50HV | Or equivalent |
| Dust sample | Any | Mars or Lunar simulants or other types | Irregularly-shaped, sieved, insulating |
| Insulating plate | Any | NA | Thickness > 1 cm |
| Rubber sheet | Any | NA | Thickness > 1 mm |
| Metal plate | Any | NA | |
| Ceramic stands | McMaster | 94335A130 | 1/2" diameter |
| Video camera (consumer) | Panasonic | HC-VX870 | Or equivalent |
| Video camera (high-speed) | Phantom | V2512 | > 1000 fps |
| LED lamp | Any | NA | > 500W Tungsten Equivalent |
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