Qualquer superfície sólida imersa em um plasma, incluindo aqueles em motores de satélite e reatores de fusão, é circundado por uma camada de carga elétrica que determina a interação entre a superfície e o plasma. Compreendendo a natureza desse contato, o que pode afetar o desempenho dos dispositivos, muitas vezes depende da compreensão de como a carga elétrica é distribuída pela superfície. Agora, pesquisas recentes feitas por cientistas do Laboratório de Física do Plasma de Princeton (PPPL) do Departamento de Energia dos EUA (DOE) indicam uma maneira de medir com mais precisão essas propriedades elétricas.

A recente descoberta está relacionada à camada, a chamada capa de parede de plasma de carga elétrica que envolve os objetos, incluindo sondas de diagnóstico, dentro do plasma, que é composto de elétrons e íons carregados. Esta camada protege as sondas repelindo outros elétrons no plasma que afetam as medições do instrumento e às vezes até causam danos. "Na verdade, o objeto se isola de todos esses elétrons no plasma que transportam energia e calor e podem fazer com que a sonda derreta, "disse Brian Kraus, um estudante de graduação no Programa de Princeton em Física do Plasma que foi o autor principal do artigo que publicou as descobertas em Física dos Plasmas .

Kraus e o principal físico pesquisador Yevgeny Raitses, co-autor do artigo e consultor de pesquisa de Kraus em seu projeto de graduação do primeiro ano, descobri que a carga da camada às vezes pode ser positiva, contradizendo o que os cientistas há muito pensavam - que o cobertor sempre tem uma carga mais negativa do que o plasma circundante. As descobertas indicam que os pesquisadores devem determinar exatamente que tipo de carga envolve a sonda para poder fazer correções que irão gerar uma medição precisa das condições dentro do plasma.

Especificamente, pesquisa conduzida no Hall Thruster Experiment (HTX) conduzido por Raitses no PPPL, que é normalmente usado para estudar propulsores de plasma para espaçonaves e dispositivos de plasma relacionados, mostraram que um diagnóstico de emissão de calor que não está conectado a um fio aterrado pode às vezes produzir a carga positiva. O HTX foi capaz de fornecer uma plasma estável que permitiu aos cientistas detectar com mais precisão que tipo de carga estava se acumulando próximo à sonda.

"A grande novidade é que, até agora, cientistas por pelo menos uma década desenvolveram cálculos teóricos e realizaram simulações computacionais mostrando que a camada positiva, ou bainha inversa, poderia ocorrer, mas ninguém tinha visto isso em experimentos envolvendo sondas, "Kraus disse." Neste artigo, dizemos que achamos que estamos realmente vendo isso em um experimento, bem como ver a transição entre os invólucros negativos e positivos. "

A pesquisa foi a primeira a apoiar esses cálculos relativos ao efeito das chamadas paredes altamente emissivas. Desenvolvendo tais cálculos estavam Michael Campanell, Alexander Khrabrov, e Igor Kaganovich do PPPL, junto com Dmytro Sydorenko na Universidade de Alberta. (Campanell está agora no Laboratório Nacional Lawrence Livermore do DOE.) Os novos experimentos fornecem um excelente exemplo de como as previsões teóricas motivam a pesquisa experimental que, por sua vez, valida as previsões teóricas.

De acordo com Raitses e Kraus, pesquisas futuras envolvendo experimentos físicos medirão com mais cuidado o quão bem o modelo de sonda altamente emissiva corresponde às observações. Um desses experimentos determinaria se uma sonda emissiva com um fio longo reteria uma carga positiva com mais facilidade.