Varje fast yta nedsänkt i en plasma, inklusive dem i satellitmotorer och fusionsreaktorer, är omgiven av ett lager av elektrisk laddning som bestämmer interaktionen mellan ytan och plasma. Förstå arten av denna kontakt, som kan påverka enheternas prestanda, beror ofta på att förstå hur elektrisk laddning fördelas runt ytan. Nu, ny forskning av forskare vid U.S. Department of Energy's (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) indikerar ett sätt att mer exakt mäta dessa elektriska egenskaper.

Den senaste upptäckten avser skiktet, den så kallade plasmaväggshöljet för elektrisk laddning som omger föremål, inklusive diagnostiska sonder, inuti plasma, som består av laddade elektroner och joner. Detta lager skyddar sonder genom att avvisa andra elektroner i plasma som påverkar instrumentets mätningar och ibland även orsakar skada. "I själva verket, objektet isolerar sig från alla dessa elektroner i plasma som bär energi och värme och kan få sonden att smälta, "sa Brian Kraus, en doktorand i Princeton -programmet i plasmafysik som var huvudförfattare till artikeln som publicerade resultaten i Plasmas fysik .

Kraus och huvudforskningsfysikern Yevgeny Raitses, medförfattare av artikeln och forskningsrådgivare för Kraus om sitt första års doktorandprojekt, fann att lagrets laddning ibland kan vara positiv, motsäger vad forskare länge har trott - att filten alltid har en mer negativ laddning än den omgivande plasma. Fynden indikerar att forskare måste bestämma exakt vilken typ av laddning som omger sonden för att kunna göra korrigeringar som kommer att generera en noggrann mätning av förhållandena inuti plasma.

Specifikt, forskning utförd på Raitses-ledde Hall Thruster Experiment (HTX) på PPPL, som vanligtvis används för att studera plasmastuschrar för rymdfarkoster och relaterade plasmaanordningar, visade att en värmeavgivande diagnos som inte är ansluten till en jordad tråd ibland kan ge den positiva laddningen. HTX kunde ge en stabil, stabil plasma som låter forskarna mer exakt upptäcka vilken typ av laddning som byggdes upp bredvid sonden.

"Det stora nya är att tills nu, forskare i minst ett decennium hade utvecklat teoretiska beräkningar och utfört beräkningssimuleringar som visar att det positiva lagret, eller omvänd mantel, kan inträffa, men ingen hade sett det i experiment med sönder, "Kraus sa." I den här artikeln, vi säger att vi tror att vi verkligen ser det i ett experiment, liksom att se övergången mellan negativa och positiva mantlar. "

Forskningen var den första som stödde dessa beräkningar avseende effekten av så kallade högemitterande väggar. Michael Campanell utvecklade sådana beräkningar, Alexander Khrabrov, och Igor Kaganovich från PPPL, tillsammans med Dmytro Sydorenko vid University of Alberta. (Campanell är nu på DOE:s Lawrence Livermore National Laboratory.) De nya experimenten ger därmed ett utmärkt exempel på hur teoretiska förutsägelser motiverar experimentell forskning som i sin tur validerar teoretiska förutsägelser.

Enligt Raitses och Kraus, framtida forskning som involverar fysiska experiment kommer att mäta noggrannare hur väl den högemitterande sondmodellen matchar observationer. Ett sådant experiment skulle avgöra om en avgivande sond med en lång tråd lättare skulle behålla en positiv laddning.