Summary

ほこりの充電と紫外放射またはプラズマへの露出表面上動員の実験方法

Published: April 03, 2018
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Summary

ほこりの充電と動員は、電子ビーム、ビーム電子のみ、または紫外 (紫外線) 放射のみを熱プラズマへの露出で 3 つの実験で示されます。これらの実験は、静電ダスト輸送の高度な理解とエアレスの惑星ボディの表面を形作る上でその役割を紹介します。

Abstract

静電ダスト輸送に異常な惑星現象の観察の数を説明する仮定されたが。ここでは、最近 3 を使用して開発の切り粉の粒子は電子ビーム、ビーム電子のみ、または紫外 (紫外線) 放射のみを熱プラズマにさらされている実験を示した。UV 光源は、172 を中心とした波長狭帯域 nm。120 eV のエネルギーを持つビーム電子は負バイアスのホット フィラメントで作成されます。ところてんはアルゴンのガス満ちている、電子ビームに加え熱プラズマが作成されます。数十ミクロン径の絶縁のダスト粒子は、実験で使用されます。ダスト粒子は、最大 1 m/秒の起動速度と数センチまでの高さにロフトに記録されます。これらの実験は、ダスト粒子の帯電機構を表面からほこりの多い写真や二次電子の放出に変化を示しています。最近開発された「パッチ電荷モデル」、によると周辺のほこりに強化された負電荷の蓄積引き起こす表面の下の近隣のダスト粒子間微小共振器中励起された電子を再吸収できる粒子。この間斥力の荷電粒子を動員し、表面を離れてそれらを持ち上げるのに十分な大きさがあります。これらの実験は挨りだらけの表面にほこり充電と輸送の高度な理解を示しエアレスの惑星ボディの表面の進化におけるその役割の将来の調査の基礎を築いた。

Introduction

月や小惑星などの風通しの悪い天体は、レゴリスと呼ばれる微細な塵埃粒子で覆われています。地球とは異なり、これらの風通しの悪い体は、太陽風プラズマと太陽紫外 (紫外線) 放射、課金にレゴリスのほこりの原因に直接公開されます。これらのダスト粒子がありますしたがってする動員、ロフト、輸送、あるいは排出し、静電気力により表面から失われた満たされました。最初、いわゆるこの静電プロセスの証拠が示唆「月の地平線の輝き」、日没直後後の 5、6、および 7 の測量衛星によって観測された 5 年前 (図 1 a) 西の地平線の上の明瞭な白熱1 2,3。この輝きが散乱を静電ロフトのダスト粒子 (5 μ m の半径) < 月面ターミネーター1,2,3近く表面上 1 m の高さに日光によって引き起こされたえられています。アポロ宇宙飛行士4,5によって報告された高度に達する線のような鯉のぼりを担当する静電リリースされた微細な塵埃が示唆されました。

以来これらのアポロ観測他風通しの悪い体の上の観測数も静電ほこり動員の機構にリンクまたはロフティング、土星の放射状のスポークなどは、67,リングします。8、小惑星エロス (図 1 b)9塵池および彗星 67 P1011の主要なベルトの小惑星のスペクトルから示された多孔性の表面の土星の氷の非常に滑らかな表面月アトラス12と月面まんじ13レゴリス。さらに、静電ロフトほこり14の蓄積によって月表面のレーザーの再帰性反射物の劣化も発生可能性があります。

実験室調査主動機になっているほこり充電の物理的なプロセスを理解し、輸送するためにこれらの異常な空間の観察によって。ほこりの動員は、ガラス球表面15,16、プラズマ シース17で浮上し、導電性と絶縁の両方で移動する記録からのダスト粒子の流した様々 なプラズマ条件で観察されています。表面18,19,20,21。しかし、ダスト粒子がロフトや動員に十分な大きさの料金を得る方法のままかり。料金ロフトする動員ダスト微粒子のためあまり小さい滑らかな表面22個々 のダスト粒子とプラズマに浸漬23のほこりの多い表面の平均電荷密度の充満の測定を示します。

事前理論16,24,25の充電のみと考えられていた UV やプラズマに直接さらされているトップの表面層に発生します。料金は頻繁に全体のほこりだらけの表面、すなわち上に均一に分布すると考慮します。、それぞれ個々 のダスト粒子が担当、いわゆる”電荷モデルを共有”16によって記述されるのと同じ量を取得。ただし、このモデルから計算された料金は単独で重力の力よりはるかに小さいです。電子とイオン表面16,24のフラックスの確率過程は、静電気の力で一時的な強化を示していますが、それは比較して小さいままのアカウント料金変動理論、重力。

本稿で静電ほこりロフティングと動員は最近 3 を使用して開発実験26、エアレスの惑星ボディのレゴリスにダスト輸送を理解するために重要である示されています。これらの実験は、電子ビーム、ビーム電子のみ紫外線のみに熱プラズマの条件で実行されます。これらの実験は、最近開発された「パッチ電荷モデル」26,27の有効性を示す、どの微小共振器形成の間に近隣の表面の下のダスト粒子再吸収できる出力された写真や大規模な生成する二次電子は負隣接のダスト粒子の表面電荷です。これらの負電荷の間の冷淡な力を動員したり、ほこりの粒子を持ち上げるのに十分な大きさになることができます。

Protocol

1. 真空チャンバのセットアップ (厚さ 2 cm と直径 20 cm) の絶縁板に直径 1.9 cm 孔を有する断熱ゴム シート (厚さ 0.2 cm、直径 5 cm) を配置 (図 2 ab)。(直径 10 〜 50 μ m) の間の穴に絶縁性、不規則な形のダスト粒子をロードします。 真空チャンバーの真ん中に金属板立って上絶縁板を配置します。電気セラミック スペーサーを用いた室から金属板を…

Representative Results

上部または下部のフィラメントを使用して、一連の実験を行った。トップのフィラメントのセットアップでは、ダスト粒子のホッピング記録された (図 3 a)。対照的に、下部フィラメントを使用する場合、ダスト粒子は残りの部分にとどまっています。それは、表面に垂直電界では、両方の実験プロトコル手順 226に記載されて?…

Discussion

何十年も風通しの悪い体のレゴリスに静電ダスト輸送問題レゴリス ダスト粒子が動員になるか、ロフトに十分大きい料金を得るか未解決の問題に残った。最近研究室研究26,27は根本的にこの問題の理解を進めてきた。

ここでは、電子ビーム、ビーム電子のみ紫外線のみに熱プラズマによるほこりの充電と動員を表示する示され…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

この作品は、プラズマのモデリング、大気、宇宙の塵 (インパクト) NASA/SSERVI の研究所、NASA の太陽光発電システムの仕組みのプログラムにサポートされていた (許可番号: NNX16AO81G)。

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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Wang, X., Schwan, J., Hood, N., Hsu, H., Grün, E., Horányi, M. Experimental Methods of Dust Charging and Mobilization on Surfaces with Exposure to Ultraviolet Radiation or Plasmas. J. Vis. Exp. (134), e57072, doi:10.3791/57072 (2018).

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