Co způsobuje iontový vítr?

Únor 7, 2018

autor: Lisa Zygová , Phys.org

funkce

(vlevo nahoře) obraz plazmového paprsku v kontinuálním režimu a (vlevo dole) kompozitní obraz obrazů s rozlišením nanosekund. (Vpravo) Schlieren fotografické obrazy trajektorie toku plynu s plazmovým paprskem a bez něj. Zápočet: Park a kol. Publikováno v Nature Communications

fenomén iontového větru je znám po staletí: použitím napětí na dvojici elektrod, elektrony jsou odizolovány z blízkých molekul vzduchu, a ionizovaný vzduch se srazí s neutrálními molekulami vzduchu, když se pohybuje z jedné elektrody na druhou. Efekt je natolik snadný, že se často objevuje na vědeckých veletrzích a může mít dokonce budoucnost v pohonu kosmických lodí. Přesně to, co způsobuje iontový vítr, je však stále otevřenou otázkou.

v novém článku publikovaném v Nature Communications tým vědců z Jižní Koreje a Slovinska experimentálně zkoumal, jak je iontový vítr způsoben, když se nabité částice srazí s neutrálními částicemi. Jedním z jejich hlavních zjištění je, že elektrony—a nejen ionty-hrají důležitou roli při vytváření iontového větru, přimět je, aby nazvali efekt “ elektrický vítr.“

„obecně se elektrický vítr nazývá „iontový vítr“, protože pouze kladné a záporné ionty byly považovány za klíčové hráče, „řekl spoluautor Wonho Choe, profesor na Korejském pokročilém institutu vědy a techniky Phys.org,“ v naší studii se však elektrony i ionty podílejí na tvorbě elektrického větru v závislosti na polaritě zkreslené elektrody. Použití nomenklatury pro „iontový vítr“ tedy vyžaduje nový konsensus. Používáme termín „elektrický vítr“ namísto „iontového větru“, protože naše klíčové zjištění naznačuje, že elektrony jsou spíše hlavním hráčem než zápornými ionty, jako je O2 – a O – během období záporného napětí.“

ve svých experimentech vědci generovali neutrální proud helia a pulzní plazmový paprsek při různých napětích. Poté použili techniku zvanou Schlieren photography (která se často používá k fotografování letadel za letu) k fotografování toků těchto částic. Řízením šířky a výšky impulsu plazmového paprsku vědci sledovali, jak tyto změny ovlivňují pohyb částic a výsledný vítr.

protože se jedná o první experiment, který jasně ukazuje vazbu mezi neutrálními a nabitými částicemi v plazmě, výsledky poskytují přímý důkaz toho, co se stane, když elektrony a ionty tlačí neutrální částice pryč. Výsledný přenos hybnosti způsobuje odpor nabitých částic, který generuje elektrohydrodynamickou sílu (způsobenou nabitými částicemi), což vede k jasně pozorovatelnému větru nabitých částic.

„elektrický vítr byl dříve považován za výsledek kolizního přenosu hybnosti ze zrychlených nabitých částic a neutrálních částic na základě heuristických pozorování a experimentů,“ řekl Choe. „Jak je však uvedeno v našem článku, neexistovaly žádné přesvědčivé důkazy týkající se hlavního mechanismu (korelace mezi přenosem plazmy a hybnosti) pro generování elektrického větru, který vzniká buď během“ šíření streameru (ionizační vlna) „nebo“ drift vesmírného náboje.“Naše modelové experimenty jasně ukazují, že příspěvek pohybujícího se plazmového streameru k výrobě elektrického větru je zanedbatelný a elektrický vítr je způsoben hlavně zbytkovými prostorovými náboji poté, co se plazmový streamer šíří a zhroutí.“

výsledky by měly vést k lepšímu pochopení interakcí mezi nabitými a neutrálními částicemi v různých situacích a mají potenciální aplikace v oblastech, jako je řízení toku.

„naše zjištění mohou mít aplikace pro snížení tažné síly na vozidle, což má za následek snížení spotřeby paliva a oxidů dusíku, které jsou znečišťující látkou životního prostředí a jedním z hlavních zdrojů mikro prachu,“ řekl Choe. „Může také snížit oddělení toku na lopatkách větrných turbín.“

vědci také plánují prozkoumat potenciální aplikace s plazmy.

„jedním z posledních zajímavých témat v plazmové komunitě je selektivní kontrola chemické výroby nízkoteplotním vzduchovým plazmatem,“ řekl Choe. „Plánovali jsme výzkum ke studiu korelace mezi plazmovými chemikáliemi a elektrickým větrem. Můžeme také prozkoumat možnou korelaci mezi elektrickým větrem a plazmovou koulí, což je jev, ke kterému může dojít při úderu blesku.“

více informací: Sanghoo Park, Uros Cvelbar, Wonho Choe, a Se Youn Moon. „Vytvoření elektrického větru v důsledku elektrohydrodynamické síly.“Nature Communications. DOI: 10.1038 / s41467-017-02766-9

informace deníku: Nature Communications

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.