Wenn mikrometergroße Partikel in einem Plasma leben, werden sie aufgeladen und empfindlich gegenüber elektrischen Feldern wie den Elektronen und Ionen des Plasmas. Weil sie schwerer sind, reagieren die Partikel langsamer. Sie reagieren auch empfindlicher auf die Schwerkraft. Staubige Plasmen zeigen kollektives Verhalten, einschließlich der Aggregation von Partikeln zu fadenartigen Clustern (SLCs), wenn ein externes elektrisches Feld angelegt wird. SLCs wurden erstmals vor 15 Jahren gemeldet, aber die Forscher waren im Dunkeln darüber, wie sie sich genau entwickelt haben. Nun haben Eshita Joshi vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt und ihre Kollegen herausgefunden, welche Kräfte für ihre Entstehung verantwortlich sind.
Plasmabewegungen verstehen
Wenn ein elektrisches Feld an ein staubiges Plasma angelegt wird, neigen Ionen dazu, sich auf einer Seite der Partikel zu aggregieren, was zu einem Ladungsungleichgewicht führt. Die Abstoßungskraft zwischen Partikeln entlang der Richtung des elektrischen Felds nimmt als Ergebnis dieses Ungleichgewichts ab. Es ist möglich, dass diese Schubreduzierung ausreichte, um die Partikel zu SLCs auszurichten. Nach theoretischen Erwartungen können Ionen auch SLCs durch interpartikuläre Anziehung bilden. Tatsächlich bilden elektrorheologische Flüssigkeiten, die flüssige Analoga von pulverförmigen Plasmen sind, SLCs als Ergebnis einer Anziehung über große Entfernungen.
Joshi und Kollegen führten ein Experiment im Plasmakristall-4-Labor auf der Internationalen Raumstation durch, um zu bestimmen, welche interpartikulären Kräfte in SLCs dominieren. Auch Simulatoren auf Computern kamen zum Einsatz. Bei beiden Verfahren wurde ein elektrisches Wechselfeld an das Plasma angelegt; Seine Frequenz von 500 Hz war zu hoch, als dass die Teilchen auf die Schwingungen reagieren könnten, aber niedrig genug, damit die Ionen dies tun könnten. Sie schlossen auch regelmäßig das Feld, damit sich die SLCs trennen und wiedervereinigen konnten. Beide Theorien stimmten darin überein, dass weniger Druck erforderlich war, um Saiten zu bilden.
Quelle: physical.aps.org/articles/v16/s21
Günceleme: 05/03/2023 10:04