Físicos do Laboratório de Física do Plasma de Princeton (PPPL) descobriram uma maneira de prevenir o plasma - o calor, estado carregado de matéria composta de elétrons livres e núcleos atômicos - de causar curtos-circuitos em máquinas, como propulsores de espaçonaves, amplificadores de radar, e aceleradores de partículas. Em descobertas publicadas online no Journal of Applied Physics , Charles Swanson e Igor Kaganovich relatam que a aplicação de estruturas microscópicas que se assemelham a penas e bigodes às superfícies dentro dessas máquinas as mantém operando com desempenho máximo.

Os físicos calcularam que pequenas fibras chamadas de "fractais, "porque eles parecem iguais quando vistos em escalas diferentes, pode capturar elétrons desalojados das superfícies internas por outros elétrons que se aproximam do plasma. Os pesquisadores se referem aos elétrons da superfície desalojados como "emissões de elétrons secundárias" (SEE); prendê-los evita que tais partículas causem corrente elétrica que interfere nas funções das máquinas.

Com base em experimentos anteriores

Este trabalho baseia-se em experimentos anteriores que mostram que superfícies com texturas de fibra podem reduzir a quantidade de emissão de elétrons secundários. Pesquisas anteriores indicaram que superfícies com fibras simples chamadas "veludo", que não têm ramos semelhantes a penas, podem impedir que cerca de 50% dos elétrons secundários escapem para o plasma. O veludo captura apenas metade desses elétrons, já que se os elétrons do plasma atingirem as fibras em um ângulo raso, os elétrons secundários podem ricochetear sem obstrução.

"Quando olhamos para veludo, observamos que ele não suprimiu bem SEE de elétrons incidentes superficialmente, "Swanson disse." Então, adicionamos outro conjunto de fibras para suprimir os elétrons secundários restantes e a abordagem fractal parece funcionar bem. "

A nova pesquisa mostra que as fibras emplumadas podem capturar elétrons secundários produzidos pelos elétrons que se aproximam de um ângulo raso. Como resultado, as fibras fractais podem reduzir a emissão de elétrons secundários em até 80 por cento.

Swanson e Kaganovich verificaram as descobertas realizando cálculos de computador que compararam as texturas de veludo e fractal emplumado. "Simulamos numericamente a emissão de elétrons secundários, inicializar muitas partículas e permitir que elas sigam balística, trajetórias em linha reta até interagirem com a superfície, "Swanson disse." Ficou aparente que adicionar bigodes às laterais dos bigodes primários reduziu drasticamente o rendimento de elétrons secundários. "

Patente provisória

Os dois cientistas agora têm uma patente provisória sobre a técnica da textura emplumada. Esta pesquisa foi financiada pelo Escritório de Pesquisa Científica da Força Aérea, e segue um trabalho experimental semelhante feito no PPPL por outros físicos. Especificamente, Yevgeny Raitses, trabalhando no PPPL; Marlene Patino, um estudante de pós-graduação na Universidade da Califórnia, Los Angeles; e Angela Capece, um professor do College of New Jersey, publicaram no ano passado descobertas experimentais sobre como a emissão de elétrons secundários é afetada por diferentes materiais e estruturas de parede, com base na pesquisa que fizeram no PPPL.